-
TECHNISCHES GEBIET
-
Diese Offenbarung betrifft im Allgemeinen Verbrennungsmotoren und insbesondere eine Verbrennungsmotoranordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, die mit einem Kondenswasser-Steuersystem für Motoren ausgestattet ist, die eine Turboladervorrichtung und ein Ladeluftkühlersystem integriert. Solch eine gattungsgemäße Verbrennungsmotoranordnung ist der Art nach im Wesentlichen aus der
DE 20 2014 101 948 U1 bekannt.
-
HINTERGRUND
-
Verbrennungsmotoren werden oftmals dazu herangezogen, ein erhebliches Leistungsniveau über längere Zeiträume auf zuverlässiger Grundlage zu erzeugen. Viele solcher Verbrennungsmotoranordnungen setzen eine mechanische Turbolader- oder Aufladevorrichtung ein, wie etwa einen Turbolader oder einen turbinenangetriebenen, aufladenden Turbolader oder Kompressor, der den Luftstrom komprimiert, bevor er in den Einlassverteiler des Motors eintritt, um Leistung und Wirkungsgrad des Motors anzupassen. Insbesondere ist ein Turbolader ein Gaskompressor, der mehr Luft und damit mehr Sauerstoff in die Verbrennungskammern des Motors presst, als andernfalls mit Umgebungsluftdruck erreichbar ist. Die zusätzliche Masse sauerstoffhaltiger Luft, die in den Motor gepresst wird, verbessert den volumetrischen Wirkungsgrad des Motors, indem dieser mehr Kraftstoff in einem gegebenen Zyklus verbrennen kann und dadurch mehr Leistung erzeugt.
-
Unter extremen Betriebsbedingungen kann das „Turboaufladungs“- oder „Aufladungs“-Verfahren die Temperaturen der Ansaugluft soweit erhöhen, dass eine Vorbestimmung der Kraftstoff-/Luftladung vor einer zeitgesteuerten Funkenzündung auftreten und möglicherweise den Motor beschädigen kann. Um diesem Problem zu begegnen, haben die Motorenhersteller in der Vergangenheit eine Vorrichtung verwendet, die normalerweise als Zwischenkühler bekannt ist, aber eher als Ladeluftkühler (CAC nach Charge Air Cooler) oder Nachkühler identifiziert wird, um Wärme aus der Luft zu entziehen, die aus der Turboaufladungs- oder Aufladevorrichtung austritt. Ein CAC ist eine Wärmeaustauschvorrichtung, die verwendet wird, um die Luftladung zu kühlen und somit den volumetrischen Wirkungsgrad des Motors weiter zu verbessern, indem die Ansaugluftladungsdichte durch Kühlung erhöht wird. Eine Abnahme der Luftansaugtemperatur sorgt für eine dichtere Ansaugladung für den Motor und ermöglicht, dass mehr Luft und Kraftstoff pro Motortakt verbrannt werden, wodurch die Leistung des Motors erhöht wird.
-
Das Wärmeaustauschverfahren kann dazu führen, dass Feuchtigkeit kondensiert und sich somit innerhalb des CAC-Systems bildet, insbesondere wenn es in Bedingungen durchgeführt wird, in denen die Umgebungsluft, die durch die Turboaufladungs- oder Aufladevorrichtung fließt, und der CAC im Wesentlichen feucht sind, wie etwa mehr als 90 % relative Feuchtigkeit und, wenn der externe Luftstrom, der den CAC kühlt, relativ hoch ist und der interne Luftstrom vom Turbolader relativ gering ist. Das Kondenswasser kann sich entweder im CAC selbst und/oder stromabwärts des CAC ansammeln, innerhalb der Leitung, durch die der Ansaugkrümmer den turbogeladenen oder aufgeladenen Luftstrom empfängt. Das verflüssigte Kondenswasser kann in den Ansaugkrümmer gezogen werden, z. B. wenn der Fahrer eine Beschleunigung befiehlt, und in die verschiedenen Zylinderbrennkammern eintreten. Abhängig von der Konfiguration des CACs und den Turboaufladungs- oder Aufladevorrichtungen, sowie deren einzelne und relative Verpackung, kann das Kondenswasser in ausreichenden Mengen in die Brennkammern eindringen, was möglicherweise den Motor fehlzünden lässt, was zu einem vorzeitigen Motorenbauteilverschleiß führt, wie etwa der Katalysator, und eine Betriebsmotor-Kontrollleuchte auslöst.
-
Einige CAC-Systeme können einen Kondensatbehälter oder -tank umfassen, der so konfiguriert ist, um Wasserkondensation zu sammeln. Das angesammelte Kondensat, das nicht ordnungsgemäß von einem CAC evakuiert wird, kann jedoch einfrieren, wenn die Umgebungstemperaturen unter dem Gefrierpunkt liegen und den Betrieb des CACs beeinflussen. Darüber hinaus können Betriebsbedingungen mit einigen Fahrzeug-/Motorsystemen auftreten, die dazu führen können, dass das Kurbelgehäuseentlüftungs (PCV nach Positive Crankcase Ventilation)-System des Motors die Kurbelgehäusefeuchtigkeit direkt in den Turbolader und den CAC entlüftet. Bei kalten Umgebungsbedingungen kann eine solche Feuchtigkeit im Inneren des CAC einfrieren und eine Eisansammlung im Inneren des CAC verursachen, wodurch der interne Luftdruckabfall des CAC erhöht wird und schließlich den Motor vom Empfangen der notwendigen Luftstrommenge abhalten. Eine solche Bedingung kann zu einem unzureichenden Turbo-Boost-Druck am Einlass des Motors führen, wodurch eine Betriebsmotor-Kontrollleuchte ausgelöst wird.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gattungsgemäße Verbrennungsmotoranordnung dahingehend weiterzuentwickeln, dass der Motor und insbesondere auch das CAC-System selbst bei extrem niedrigen Temperaturen zuverlässig arbeiten.
-
ZUSAMMENFASSUNG
-
Diese Aufgabe wird mit einer Verbrennungsmotoranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst
-
Mindestens ein Flussregulierungssystem steht in Verbindung mit dem elektronischen Steuergerät und ist gezielt zwischen einer ersten und einer zweiten Position positionierbar, um die Luftgeschwindigkeit aus der Turboladervorrichtung durch das CAC-System und zum Verwalten der Kondenswasserbildung im CAC-System einzustellen. In einer Ausführungsform der Offenbarung beinhaltet das mindestens eine Flussregulierungssystem des CAC-Systems ein Ventil, das gezielt zwischen der ersten Position und einer im Wesentlichen geschlossenen Position positionierbar ist, um den Luftstrom von der Turboladervorrichtung einzuschränken.
-
Das Ventil des mindestens einen Flussregulierungssystems kann auf einem Einlasskanal in Fluidverbindung mit einem Auslassabschnitt des CAC-Systems und einem Luftansaugkrümmer des Ansaugsystems angeordnet sein. Alternativ kann das Ventil des mindestens einen Flussregulierungssystems ganzheitlich zu einer Öffnung im Auslassabschnitt des CAC-Systems gebildet sein und in Fluidverbindung mit dem Luftansaugkrümmer des Ansaugsystems durch den Einlasskanal stehen.
-
In einer weiteren Ausführungsform der Offenbarung beinhaltet das mindestens eine Flussregulierungssystem des CAC-Systems eine Klappe innerhalb des CAC-Systems und liegt benachbart zum Auslassabschnitt, der gezielt zwischen der ersten Position und einer oder mehreren zweiten betätigten Positionen positionierbar ist, um den Luftstrom durch die Turboladervorrichtung zum Ansaugsystem einzuschränken. In noch einer weiteren Ausführungsform der Offenbarung umfasst das mindestens eine Flussregulierungssystem des CAC-Systems ferner eine Klappe innerhalb des CAC-Systems und liegt benachbart zu einem Einlassabschnitt, der gezielt zwischen der ersten Position und einer oder mehreren zweiten betätigten Positionen positionierbar ist, um den Luftstrom durch die Turboladervorrichtung zum Ansaugsystem einzuschränken.
-
Das elektronische Steuergerät der Verbrennungsmotoranordnung kann in Verbindung mit einem oder mehreren Sensoren in der Motoranordnung stehen. Ein Manifold-Absolute-Pressure (MAP nach Manifold Absolute Pressure)-Sensor kann funktionsfähig mit dem Ansaugkrümmer derart gekoppelt sein, sodass der MAP-Sensor in der Lage ist einen Ansaugkrümmerdruck zu überwachen. Ein Verteiler-Luftstrom (MAF nach Manifold Airflow)-Sensor kann funktionsfähig mit dem Reinluftfilter oder dem Reinluftkanal gekoppelt sein, sodass der MAF-Sensor in der Lage ist, die in den Turbolader eintretende Luftmasse zu überwachen. Ein Manifold-Air-Temperature (MAT nach Manifold Air Temperature)-Sensor kann funktionsfähig mit dem Ansaugkrümmer derart gekoppelt sein, sodass der MAT-Sensor in der Lage ist, eine Ansaugkrümmertemperatur zu überwachen.
-
Eine Verbrennungsmotoranordnung mit einem Motorblock kann ein Abgassystem mit einer Abgaskrümmer in Fluidverbindung mit dem Motorblock zum Empfangen und Abgeben von Abgasen daraus umfassen. Ein Drosselkörper, der ein Druckgefälles erzeugt, wenn der Verbrennungsmotor eingeschaltet ist, kann in Fluidverbindung mit einem Ansaugkrümmer eines Ansaugsystems stehen. Eine Turboladervorrichtung in Fluidverbindung mit dem Ansaugsystem ist so konfiguriert, um Druckluftstrom an das Ansaugsystem vorzusehen.
-
Ein elektronisches Steuergerät ist in Verbindung mit dem Ansaugsystem und der Turboladervorrichtung bereitgestellt. Ein CAC-System (Ladeluftkühlersystem nach charge air cooler system) in stromabwärtiger Fluidverbindung mit der Turboladervorrichtung und stromaufwärter Fluidverbindung mit dem Ansaugsystem beinhaltet mindestens ein Flussregulierungssystem in Verbindung mit dem elektronischen Steuergerät beinhaltet und gezielt zwischen einer ersten und einer zweiten Position zum Einstellen der Luftgeschwindigkeit aus der Turboladervorrichtung durch das Ladeluftkühlersystem zum Verwalten der Kondenswasserbildung im CAC-System.
-
In einer Ausführungsform der Offenbarung beinhaltet das mindestens eine Flussregulierungssystem des CAC-Systems ein Ventil, das gezielt zwischen der ersten Position und einer im Wesentlichen geschlossenen Position positionierbar ist, um den Luftstrom von der Turboladervorrichtung einzuschränken. Das Ventil kann in einem Einlasskanal in Fluidverbindung mit einem Auslassabschnitt des CAC-Systems und einem Luftansaugkrümmer des Ansaugsystems angeordnet sein. Alternativ kann das Ventil ganzheitlich zu einer Öffnung im Auslassabschnitt des CAC-Systems gebildet sein und in Fluidverbindung mit dem Luftansaugkrümmer des Ansaugsystems durch den Einlasskanal stehen.
-
In einer weiteren Ausführungsform der Offenbarung umfasst das mindestens eine Flussregulierungssystem des CAC-Systems ferner eine Klappe innerhalb des CAC-Systems und liegt benachbart zum Auslassabschnitt, der gezielt zwischen der ersten Position und einer oder mehreren zweiten betätigten Positionen positionierbar ist, um den Luftstrom durch die Turboladervorrichtung zum Ansaugsystem einzuschränken. Alternativ umfasst das mindestens eine Flussregulierungssystem des CAC-Systems ferner eine Klappe innerhalb des CAC-Systems und liegt benachbart zu einem Einlassabschnitt, der gezielt zwischen der ersten Position und einer oder mehreren zweiten betätigten Positionen positionierbar ist, um den Luftstrom durch die Turboladervorrichtung zum Ansaugsystem einzuschränken.
-
Das elektronische Steuergerät der Verbrennungsmotoranordnung kann in Verbindung mit einem oder mehreren Sensoren in der Motoranordnung stehen. Ein Manifold-Absolute-Pressure (MAP nach Manifold Absolute Pressure)-Sensor kann funktionsfähig mit dem Ansaugkrümmer derart gekoppelt sein, sodass der MAP-Sensor in der Lage ist einen Ansaugkrümmerdruck zu überwachen. Ein Verteiler-Luftstrom (MAF)-Sensor kann funktionsfähig mit dem Ansaugkrümmer derart gekoppelt sein, sodass der MAF-Sensor in der Lage ist die Luftmasse in einem Ansaugkrümmer zu überwachen. Ein Manifold-Air-Temperature (MAT nach Manifold Air Temperature)-Sensor kann funktionsfähig mit dem Ansaugkrümmer derart gekoppelt sein, sodass der MAT-Sensor in der Lage ist einen Ansaugkrümmertemperatur zu überwachen.
-
In einer weiteren Ausführungsform der Offenbarung kann ein CAC-System in Fluidverbindung mit einem Ansaugsystem und einer Turboladervorrichtung einer Verbrennungsmotoranordnung vorgesehen sein. Das System kann ein elektronisches Steuergerät in Verbindung mit dem Ansaugsystem und der Turboladervorrichtung beinhalten. Das CAC-Systemgehäuse beinhaltet einen Einlassabschnitt an einem ersten Ende in Fluidverbindung mit der Turboladervorrichtung, einen Auslassabschnitt an einem gegenüberliegenden zweiten Ende in Fluidverbindung mit dem Ansaugsystem und einen dazwischen definierten Hohlraum.
-
Mindestens ein Flussregulierungssystem steht in Verbindung mit dem elektronischen Steuergerät und ist gezielt zwischen einer ersten und einer zweiten Position positionierbar, um die Luftgeschwindigkeit aus der Turboladervorrichtung durch das CAC-System und zum Verwalten der Kondenswasserbildung im CAC-System einzustellen. In einer Ausführungsform der Offenbarung beinhaltet das mindestens eine Flussregulierungssystem des CAC-Systems ein Ventil, das gezielt zwischen der ersten Position und einer im Wesentlichen geschlossenen Position positionierbar ist, um den Luftstrom von der Turboladervorrichtung einzuschränken.
-
Das Ventil des mindestens einen Flussregulierungssystems kann in einem Einlasskanal in Fluidverbindung mit einem Auslassabschnitt des CAC-Systems und einem Luftansaugkrümmer des Ansaugsystems angeordnet sein. Alternativ kann das Ventil ganzheitlich zu einer Öffnung im Auslassabschnitt des CAC-Systems gebildet sein und in Fluidverbindung mit dem Luftansaugkrümmer des Ansaugsystems durch den Einlasskanal stehen.
-
Die oben aufgeführten Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der Offenbarung sind ohne Weiteres aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen und der besten Arten zur Ausführung der Offenbarung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen und beigefügten Ansprüchen ersichtlich.
-
Figurenliste
-
- 1 ist eine schematische Darstellung einer Verbrennungsmotoranordnung, die mit einer Turboladervorrichtung und einem CAC-System mit einem Kondenswasser-Steuersystem gemäß der Offenbarung ausgestattet ist;
- 2 ist eine Draufsicht auf ein nicht erfindungsgemäßes CAC-System;
- 3 ist eine Draufsicht auf ein weiteres nicht erfindungsgemäßes CAC-System;
- 4 ist noch eine Draufsicht auf ein weiteres nicht erfindungsgemäßes CAC-System;
- 5A ist eine Draufsicht auf ein weiteres nicht erfindungsgemäßes CAC-System;
- 5B ist eine Draufsicht eines Flussregulierungssystems, das in das CAC-System entlang Abschnitt 5B in 5A integriert ist;
- 6A ist eine Draufsicht auf eine Variante eines erfindungsgemäßen CAC-Systems zur Verwendung mit der Offenbarung;
- 6B ist eine Draufsicht eines Flussregulierungssystems, das in das CAC-System entlang Abschnitt 6B in 6A integriert ist;
- 7A ist eine Draufsicht auf eine andere Variante eines erfindungsgemäßen CAC-Systems zur Verwendung mit der Offenbarung; und
- 7B ist eine Draufsicht eines Flussregulierungssystems, das in das CAC-System entlang Abschnitt 7B in 7A gemäß der Offenbarung integriert ist.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
-
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Komponenten in den verschiedenen Ansichten beziehen, ist 1 eine schematische Darstellung einer veranschaulichenden Verbrennungsmotoranordnung, die allgemein mit 10 bezeichnet ist, mit der die Offenbarung verwendet werden kann. Es sollte leicht verstanden werden, dass 1 lediglich eine exemplarische Anwendung ist. Zusätzlich sind die hier dargestellten Zeichnungen nicht maßstäblich und nur für Lehrzwecke vorgesehen.
-
Die Verbrennungsmotoranordnung 10 kann in einem motorisierten Fahrzeug, wie etwa normale Personenkraftwagen, Geländewagen, Leicht-LKW, Schwerfahrzeuge, Minivans, Busse, Transitfahrzeuge, Fahrräder, Roboter, landwirtschaftliche Fahrzeuge, Sport-bezogene Ausrüstung oder jede beliebige andere Transportvorrichtung vorgesehen sein. Die Motoranordnung 10 kann einen Motorblock, ein Kurbelgehäuse und einen Zylinderkopf umfassen, der zusammen mit 12 bezeichnet ist und mit einer Turbolader- oder Aufladevorrichtung ausgestattet ist, die hierin durch eine Turboladervorrichtung 14 und ein CAC-System 16 veranschaulicht ist.
-
Insbesondere sind der Motorblock, das Kurbelgehäuse und der Zylinderkopf 12, die Turboladervorrichtung 14 und das CAC-System 16, die in 1 gezeigt sind, stark vereinfacht worden, wobei zu verstehen ist, dass im Stand der Technik weitere Informationen bezüglich solcher Systeme gefunden werden können. Zusätzlich werden Fachleute erkennen, dass der Motorblock, das Kurbelgehäuse und der Zylinderkopf 12 ganzheitlich ausgebildet sein können, wie in 1 dargestellt, oder als Einzelkomponenten vorgefertigt werden, die nachfolgend verbunden sind, z. B. durch Verschrauben oder andere Befestigungsverfahren. Schließlich kann die Motoranordnung 10 in einem kompressionsgezündeten oder funkengezündeten Verbrennungsmodus betrieben werden.
-
Unter fortgesetzter Bezugnahme auf 1 beinhaltet die Motoranordnung 10 einen Auslassverteiler oder eine Sammelvorrichtung 30, die so konfiguriert ist, um Abgase daraus zu empfangen und auszustoßen. Der Zylinderblockabschnitt des Motorblocks und des Zylinderkopfes 12 definiert beispielsweise mehrere Auslassöffnungen (nicht dargestellt), durch die Abgase oder Abgasprodukte der Verbrennung gezielt aus mehreren variablen Volumenbrennkammern (nicht dargestellt) evakuiert werden. Die Auslassöffnungen leiten die Abgase in das Abgas- und Abgassystem einschließlich eines Abgaskrümmers 30, der innerhalb des Zylinderkopfabschnitts des Motorblocks und des Zylinderkopfes 12 definiert ist.
-
Die Motoranordnung 10 beinhaltet ebenso ein Ansaugsystem, das hierin durch einen Ansaugkrümmer oder Einlasskrümmer 40 in stromabwärtiger Fluidverbindung mit einem Drosselkörper 42 veranschaulicht ist. Der Drosselkörper 42 ist betreibbar, um die in den Motor einströmende Luftmenge, normalerweise als Reaktion auf eine Fahrereingabe, zu steuern. Andererseits ist der Ansaugkrümmer 40 für das Zuführen des Kraftstoff-Luft-Gemisches an die variablen Volumenbrennkammern verantwortlich. Der Drosselkörper 42 erzeugt ein Druckgefälle, wenn die Motoranordnung 10 eingeschaltet ist.
-
Die Turboladervorrichtung 14 befindet sich in Fluidverbindung mit der Motoranordnung 10. Insbesondere beinhaltet die Turboladervorrichtung 14 einen Turbinenabschnitt 18 und einem Verdichterabschnitt 20. Der Turbinenabschnitt 18 weist ein Turbinengehäuse 22 auf, das in Fluidverbindung mit dem Abgaskrümmer 30 über die Abgasleitung 38 steht. Das Turbinengehäuse 22 lenkt den strömenden Abgasstrom um, um eine Turbinenschaufel oder ein Laufrad zu drehen, versteckt dargestellt in 1 bei 28, die darin drehbar gelagert sind.
-
Der Verdichterabschnitt 20 weist ein Verdichtergehäuse 24 mit einer Verdichterschaufel auf, versteckt dargestellt in 1 bei 26, die darin drehbar gelagert sind. Die Einlassluft wird vom Verdichtergehäuse 24 von einem Reinluftfilter 32 über den Reinluftkanal 44 aufgenommen. Die Turbinenschaufel 28 ist fest an der Verdichterschaufel 26 angebracht, um somit eine einheitliche Drehung zu ermöglichen. Wenn sich die Verdichterschaufel 26 dreht, wird die Luft, die von dem Luftfilter 32 aufgenommen wird, innerhalb des Verdichtergehäuses 24 komprimiert.
-
Luft, die durch den Verdichterabschnitt 20 komprimiert wird, wird durch den Verdichterauslasskanal oder den CAC-Einlasskanal 46 zum CAC-System 16 übertragen, wobei das Verdichtergehäuse 24 in stromaufwärtiger Fluidverbindung mit dem CAC-System 16 steht. Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, dass die Offenbarung einen einzelnen Turbolader, zwei Turbolader, einen gestuften Turbolader oder verschiedene andere Turbolader- oder Aufladevorrichtungen umfassen kann.
-
Unter weiterer Bezugnahme auf 1 der Zeichnungen ist ein MAF-Sensor 34 zwischen dem Reinluftfilter 32 und dem Reinluftkanal 44 angeordnet. Der MAF-Sensor 34 wird verwendet, um die Luftmasse oder die Frischluftmasse zu bestimmen, die in die Motoranordnung 10 eintritt, wie etwa durch den Verdichterabschnitt 20 der Turboladervorrichtung 14, und übermittelt diese Information an ein Motorsteuergerät oder -einheit (ECU) 36. Die Luftmasseninformationen sind für die ECU 36 erforderlich, damit es die richtige Kraftstoffmasse an den Ansaugkrümmer 40 berechnet und abgibt. Die ECU 36 steht mit einer oder mehreren Komponenten der Motoranordnung 10 in Verbindung, einschließlich dem Luftansaugsystem, der Turboladervorrichtung 14 und dem CAC-System 16.
-
Der Ladeluftauslass wird von dem Verdichterabschnitt 20 der Turboladervorrichtung 14 durch das CAC- oder Nachkühlersystem 16 geleitet, bevor er in den Ansaugkrümmer 40 eintritt. Zu diesem Zweck steht das CAC-System 16 in stromabwärtiger Fluidverbindung mit der Turboladervorrichtung 14 und in stromaufwärtiger Fluidverbindung mit dem Luftansaugsystem einschließlich des Luftansaugkrümmers 40 und des Drosselkörpers 42 positioniert. Das CAC-System 16 ist so konfiguriert, um Wärme aus dem Druckluftstrom abzugeben oder die aus der Turboladervorrichtung 14 austretende Luftladung zu kühlen. Obwohl die Kondenswasserbildung ein Phänomen ist, das normalerweise mit Luft-Luft-Ladeluftkühlervorrichtungen verbunden ist, kann das CAC-System 16 auch ein Wärmetauscher einer Luft-zu-Flüssigkeit-Ausführung sein.
-
Der Motoransaugkrümmer 40 kann einen MAP-Sensor 50 beinhalten, der den Absolutdruck des Ansaugkrümmers und den Umgebungsdruck innerhalb des Ansaugkrümmers überwacht. Vorzugsweise kann der MAP-Sensor 50 so konfiguriert sein, um positive und negative Drücke zu überwachen und ist somit in der Lage, den Verstärkungsdruck im Ansaugkrümmer 40 zu überwachen. Ein MAT-Sensor 52 überwacht die Lufttemperatur des Ansaugkrümmers. Andere Sensoren und Überwachungsschemata können zur Steuerung und Diagnose eingesetzt werden. Abgassensoren können beispielsweise einen oder mehrere Abgasparameter, z. B. Luft-Kraftstoff-Verhältnis und Abgasbestandteile, überwachen und können als Feedback für die Steuerung und Diagnose verwendet werden, und ein Verbrennungsdrucksensor kann konfiguriert sein, um den Zylinderdruck zu überwachen, aus dem ein mittlerer effektiver Druck oder ein anderer geeigneter Verbrennungsparameter bestimmt werden kann.
-
Das CAC-System 16 beinhaltet einen CAC-Behälter oder ein Gehäuse 54 mit einem Einlassabschnitt an einem ersten Ende 58 in Fluidverbindung mit der Turboladervorrichtung 14, einem Auslassabschnitt in einem gegenüberliegenden zweiten Ende 60 in Fluidverbindung mit dem Luftansaugkrümmer 40 und einem Hohlraum, der dazwischen definiert ist. Der Hohlraum kann so konfiguriert sein, um eine Wärmeaustauschkernanordnung 56 zwischen dem ersten Ende 58 und dem zweiten Ende 60 des Gehäuses 54 aufzunehmen. Das erste Ende 58 des Gehäuses 54 kann auch als das „warme Ende“ oder als „stromaufwärtig“ bezeichnet werden, während das zweite Ende 60 des Gehäuses 54 auch als das „Kalt-Ende“ oder „stromabwärts“ bezeichnet werden kann. Das stromaufwärtige oder erste Ende 58 sieht einen Übergang vor, um zu ermöglichen, dass die Ansaugluft von der Turboladervorrichtung 14 vom Verdichterauslasskanal 46 in die inneren Kühlrohre der Wärmeaustauschkernanordnung 56 des CAC-Systems 16 strömt. Der Luftdruck an einem Einlass der Drosselklappe 42 kann mithilfe eines Drosselklappeneinlassluftdruck (TIAP nach Throttle Inlet Air pressure)-Sensors 62 gemessen werden. Der TIAP-Sensor 62 kann stromabwärts der Drosselklappe 42 angeordnet sein.
-
Das stromaufwärtige oder erste Ende 58 kann in stromaufwärtiger Fluidverbindung mit dem stromabwärtigen oder zweiten Ende 60 des Gehäuses 54 sein. Der stromabwärtige Endbehälter 60 sieht einen Übergang vor, um zu ermöglichen, dass die Ansaugluft von den Rohren des CAC-Systems 16 zu einem Einlasskanal 48 strömt, um auf den Drosselklappenkörper 42 übertragen zu werden. Der Drosselkörper 42 erzeugt ein Druckgefälle, wenn die Motoranordnung 10 eingeschaltet ist. „Motorfehlzündung“ ist ein Phänomen, das auftreten kann, wenn sich innerhalb des CAC-Systems 16 ein Schwellenvolumen der Wasserkondensation aufbaut, der dann aufgrund eines plötzlichen Anstiegs des Turbolader-Luftstroms und des Luftdrucks in unerwünschte Volumina in den Ansaugkrümmer 40, als Reaktion auf eine plötzliche Beschleunigungsanweisung des Fahrzeugs durch den Fahrer, aufgenommen wird.
-
Unter Bezugnahme nun auf die 2-5 werden mehrere nicht erfindungsgemäße Varianten des CAC-Systems 16 detaillierter erörtert.
-
2 veranschaulicht ein erstes nicht erfindungsgemäßes CAC-System. Das zweite Ende 60 des Gehäuses 54 des CAC-Systems 16 weist eine Innenwand 64 auf, die sich zumindest teilweise durch das Innere des Gehäuses 54 erstreckt. Das zweite Ende 60 des Gehäuses 54 kann so konfiguriert sein, um einen ersten Entlüftungs- oder Auslassabschnitt 66 und einen entsprechenden zweiten Entlüftungs- oder Auslassabschnitt 68 zu beinhalten. In einer Ausführungsform der Offenbarung kann die Innenwand 64 zwischen dem ersten und dem zweiten Entlüftungs- oder Auslassabschnitt 66, 68 so angeordnet sein, dass die Innenwand mit dem Gehäuse 54 zusammenwirkt, um einen ersten Strömungsweg 70 zu schaffen, der mit dem ersten Auslass 66 und einem zweiten Strömungsweg 72 zusammenwirkt, die mit einem zweiten Entlüftung 68 zusammenwirken.
-
Der erste Strömungsweg 70 und der zweite Strömungsweg 72 in dem Gehäuse 54 leiten einen Luftstrom von dem CAC-System 16 in Richtung der ersten und zweiten Entlüftungen 66, 68. Der Einlasskanal 48 kann einen ersten und einen zweiten Kanal 74, 76 beinhalten, die mit den ersten und zweiten Entlüftungen 66, 68 in Fluidverbindung stehen, um den Luftstrom zur Drosselklappe 42 zu leiten. Das CAC-System 16, wie auch in 1 veranschaulicht, kann mindestens ein Flussregulierungssystem 78 beinhalten, das in Verbindung mit dem ECU 36 steht und gezielt zwischen einer ersten und einer zweiten Position positionierbar ist, um die Luftgeschwindigkeit aus der Turboladervorrichtung 14 durch das CAC-System 16 und zum Verwalten der Kondenswasserbildung im CAC-System 16 einzustellen.
-
Das in 2 dargestellte mindestens eine Flussregulierungssystem ist ein Ventil 78, das an dem Einlasskanal 48 angeordnet ist und mit diesem zusammenwirken kann. Das Ventil 78 ist gezielt zwischen einer ersten oder mindestens einer offenen Position einstellbar, wobei der Luftstrom durch das Ventil 78 und eine oder mehrere zweite oder im Wesentlichen geschlossene Positionen verläuft, wobei der Luftstrom nicht durch das Ventil 78 hindurchtritt. Bei der Ausführungsform, die in 2 dargestellt ist, ist das Ventil 78 in dem ersten Kanal 74 des Einlasskanals 48 angeordnet, obwohl es sich versteht, dass das Ventil 78 in dem zweiten Kanal 76 des Einlasskanal 48 angeordnet sein könnte, um die Ziele der Offenbarung zu erreichen.
-
Alternativ kann, wie in 3 dargestellt, das Ventil 78 am Äußeren des zweiten Endes 60 des Gehäuses 54 des CAC-Systems 16 befestigt oder ganzheitlich mit diesem ausgebildet sein und in Fluidverbindung mit dem Einlasskanal 48 stehen, um den Luftstrom durch das Ventil 78 vom CAC-System 16 zur Drosselklappe gezielt zu beschränken. Wie nachfolgend detaillierter beschrieben wird, kann das Ventil 78 funktionsfähig mit der in 1 gezeigten ECU 36 verbunden sein und zwischen der ersten Position und der einen oder mehreren zweiten oder im Wesentlichen geschlossenen Position bewegbar sein, um die Geschwindigkeit des Luftstroms durch den zweiten Strömungsweg einzustellen 70 und die Luftgeschwindigkeit einzustellen, die durch die Wärmeaustauschkernanordnung 56 fließt, um die Kondenswasserbildung innerhalb des CAC-Systems 16 zu verwalten.
-
Unter Bezugnahme nun auf 4 wird ein weiteres nicht erfindungsgemäßes CAC-System 16 offenbart. Das mindestens eine Flussregulierungssystem ist eine Klappe oder ein Vorsprung 80, die/der innerhalb eines inneren Hohlraums benachbart zu einem zweiten Ende 60 des Gehäuses 54 des CAC-Systems 16 verstellbar gelagert werden kann. Die Klappe oder der Vorsprung 80 können benachbart an die Wärmeaustauschkernanordnung 56 und benachbart an eine Öffnung 86 in dem zweiten Ende 60 des Gehäuses 54 angeordnet sein. Der Vorsprung 80 ist gezielt zwischen einer ersten oder gespeicherten Position 82 und einer oder mehreren zweiten oder eingestellten Positionen, die allgemein durch die gestrichelte Linie 84 durch die ECU dargestellt sind, einstellbar. Wenn der Vorsprung 80 in der mindestens einen eingestellten Position 84 angeordnet ist, schränkt der Vorsprung 80 gezielt den Luftstrom von der Wärmeaustauschkernanordnung 56 in Richtung der Öffnung 86 ein, die mit dem Einlasskanal 48 zusammenwirkt, um die Luftgeschwindigkeit durch die Wärmeaustauschkernanordnung einzustellen 56 und die Kondenswasserbildung innerhalb des CAC-Systems 16 zu verwalten.
-
Unter Bezugnahme auf die 5 kann das CAC-System 16 auch andere Varianten des mindestens einen Flussregulierungssystems beinhalten, wobei die eine Ventilanordnung angrenzend an ein erstes Ende 58 des Gehäuses 54 des CAC-Systems 16 vorgesehen ist, um die Kondenswasserbildung innerhalb des CAC-Systems 16 zu verwalten. Die 5A-5B veranschaulichen ein nicht erfindungsgemäßes CAC-System 16, das ein Ventil oder eine Klappe 88 integriert, das einstellbar positioniert und angrenzend an eine Einlassöffnung 90 in dem ersten Ende 58 des Gehäuses 54 und der Wärmeaustauschkernanordnung 56 des CAC-Systems 16 angeordnet ist.
-
Wie in 5B entlang dem Abschnitt 5B von 5A detaillierter gezeigt ist, kann die Klappe 88 gezielt zwischen einer ersten oder gespeicherten Position 92 und einer oder mehreren zweiten oder eingestellten Positionen positioniert werden, die durch die Linie 94 durch die ECU veranschaulicht werden. Wenn die Klappe 88 in der einen oder mehreren eingestellten Position 94 angeordnet ist, schränkt die Klappe 88 den Luftstrom von dem Luftkanal 44 in das erste Ende 58 des Gehäuses ein, um die Luftstromgeschwindigkeit durch die Wärmeaustauschkernanordnung 56 einzustellen und die Kondenswasserbildung innerhalb des CAC-Systems zu verwalten.
-
Unter Bezugnahme auf die 6A-6B integriert eine erfindungsgemäße Variante des CAC-Systems 16 mindestens ein Flussregulierungssystem, das ein Ventil oder eine Klappe 96 ist, die benachbart und gezielt relativ zu einer Einlassöffnung 98 im ersten Ende 58 des Gehäuses 54 und der Wärmeaustauschkernanordnung 56 des CAC-Systems 16 angeordnet sind. Wie in 6B entlang dem Abschnitt 6B von 6A detaillierter gezeigt ist, kann die Klappe 96 gezielt zwischen einer oder mehreren Positionen als Reaktion auf Steuersignale von der ECU einstellbar sein. Eine ähnliche Anordnung ist in den 7A-7B gezeigt, wobei eine Klappe 100 benachbart an eine Öffnung 102 in dem zweiten Ende 60 des Gehäuses 54 des CAC-Systems 16 angeordnet sein kann und gezielt zwischen einer oder mehreren Positionen als Reaktion auf Steuersignale von der ECU 36 einstellbar sein kann.
-
Die Klappe 96, die in den 6A-6B gezeigt ist, und die Klappe 100, die in den 7A-7B gezeigt ist, können gezielt durch die ECU zwischen einer ersten Position, die als Nummer 104 gezeigt ist, angeordnet werden, wobei die Klappe 96, 100 dem CAC-System 16 ermöglicht, ohne Einschränkungen und eine oder mehrere aktive Modi und eine oder mehrere zweite Positionen betrieben werden zu können. In einer oder den zweiten Positionen, die allgemein als Nummer 106 gezeigt sind, wird die Klappe 96, 100 zu einer Position benachbart zum Gehäuse 54 des CAC-Systems 16 bewegt, sodass eine Bypasströmung durch den Kanal 110 erzeugt wird, um das Risiko einer Vereisungsbedingung im CAC-System 16 zu verringern und die Kondenswasserbildung im CAC-System 16 bei warmen Umgebungsbedingungen und die Eisbildung bei kalten Umgebungsbedingungen zu verringern oder zu beseitigen. In einer anderen der zweiten Positionen, die allgemein als Nummer 108 entlang des Abschnitts 7B von 7A gezeigt ist, wird die Klappe 96, 100 zu einer Position 108 benachbart zu der Wärmeaustauschkernanordnung 56 bewegt, um die Luftstromgeschwindigkeit durch die Wärmeaustauschkernanordnung 56 einzustellen und Kondenswasserbildung innerhalb des CAC-Systems 16 zu verwalten.
-
Die ECU steht, als Reaktion auf Informationen, die von einem oder mehreren Sensoren gesammelt werden, mit dem mindestens einen Flussregulierungssystem in Verbindung und ist funktionsfähig mit diesem verbunden, um das Flussregulierungssystem gezielt als Reaktion auf die Sensorausgabe zu anzuordnen. Die ECU kann beispielsweise in Verbindung mit einem MAP-Sensor stehen, der funktionsfähig mit dem Ansaugkrümmer derart gekoppelt ist, sodass der MAP-Sensor in der Lage ist einen Ansaugkrümmerdruck zu überwachen. Die ECU kann mit einem MAF-Sensor in Verbindung stehen, der mit dem Luftfilter oder dem Reinluftkanal so verbunden ist, dass der MAF-Sensor in der Lage ist, die Luftmasse im Turbolader zu überwachen.
-
Alternativ kann die ECU mit einem Luftmassensensor in Verbindung stehen, der zwischen dem Motorlufteinlass und dem Filter und der Turboladervorrichtung angeordnet ist, um Luft- oder Umgebungstemperatur- und Umgebungsfeuchtigkeitsbedingungen zu messen. Die ECU kann ferner in Verbindung mit einem MAT-Sensor stehen, der funktionsfähig mit dem Ansaugkrümmer derart gekoppelt ist, sodass der MAT-Sensor in der Lage ist eine Ansaugkrümmertemperatur zu überwachen.
-
Kondenswasser kann sich in einem CAC-System in einer Umgebung mit hoher Feuchtigkeit sammeln, wie vom Luftmassensensor erfasst und wo der Luftstrom durch das CAC-System aufgrund eines kontinuierlichen, niedrigen Motorluftstroms, wie er vom MAF-Sensor erfasst wird, reduziert wird. Die aus dem Kondenswasser resultierende Feuchtigkeit kann eine potentielle Motorfehlzündung erzeugen, wenn die Motorleistung als Reaktion auf eine Fahrzeugbeschleunigungsbedingung erhöht wird. Eine Vereisungsbedingung kann in einem CAC-System auftreten, in dem die Umgebungstemperatur der Umgebung, in der der Motor betrieben wird, unter etwa minus zehn (-10) Grad Celsius liegt, wie vom Luftmassensensor erfasst und wo das Motor-PCV-System die Kurbelgehäusefeuchtigkeit in den Turbolader und das CAC-System entlüftet. Feuchtigkeit aus dem PCV-System kann dann im Inneren des CAC einfrieren, wodurch der interne Luftdruckabfall des CAC erhöht wird und schließlich eine Turbo-Underboost-Bedingung verursacht wird.
-
In einer Ausführungsform der Offenbarung wird die ECU den mindestens einen Flussregulierungssystem gezielt an eine Position anordnen, die es dem Turbolader-Luftstrom ermöglicht, das CAC-System vollständig zu umgehen. Die ECU wird eine Vereisungsbedingung erfassen, wenn die vom Luftmassensensor erfasste Umgebungslufttemperatur unterhalb von minus zehn (-10) Grad Celsius liegt. Bei Erfassen dieser Bedingung bestimmt die ECU dann, ob der MAT-Sensor oder die Lufttemperatur aus dem TIAP-Sensor unter etwa Null Grad Celsius erkannt wird, und wenn der MAP-Sensor einen Druck erfasst, über dem das PCV-System die Kurbelgehäusefeuchtigkeit in das CAC-System entlüftet, wird die ECU das mindestens eine Flussregulierungssystem auf eine Position einstellen, die das CAC-System im Wesentlichen umgibt.
-
Alternativ wird die ECU gezielt das mindestens eine Flussregulierungssystem in einer im Wesentlichen geschlossenen Position anordnen, um die Anzahl der aktiven Kühlrohre in der Wärmeaustauschkernanordnung zu reduzieren, um die Luftgeschwindigkeit einzustellen und um Kondenswasser innerhalb des CAC-Systems zu verwalten, wenn eine Kondenswasserbedingung vorliegt. Die ECU erfasst eine Kondenswasserbedingung, wenn die vom Luftmassensensor erfasste Umgebungslufttemperatur über Null (0) Grad Celsius liegt und die Motorlufteinlassfeuchtigkeit oder die Umgebungsfeuchtigkeit hoch ist. Bei Erfassen dieser Bedingung, wenn der MAF-Sensor feststellt, dass der Motor-Luftstrom niedrig ist und der MAT-Sensor oder die Lufttemperatur aus dem TIAP-Sensor unter etwa fünfunddreißig (35) Grad Celsius erfasst wird, wird die ECU das mindestens ein Flussregulierungssystem zu einer im Wesentlichen geschlossenen Position anpassen.
