DE102018127349A1

DE102018127349A1 - Verfahren zum steuern von luftkühlsystemen für turbolader-kompressoren

Info

Publication number: DE102018127349A1
Application number: DE102018127349.5A
Authority: DE
Inventors: Mark R. Claywell; Maqsood Rizwan ALI KHAN
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2017-11-06
Filing date: 2018-11-01
Publication date: 2019-05-09
Also published as: CN109751115A; US20190136746A1

Abstract

Es sind Verfahren zum Steuern von Systemen vorgesehen, einschließlich eines Turboladers, der zum Verdichten von Luft für einen Motor konfiguriert ist, eines Kühlers, der zum Empfangen von turboaufgeladener Druckluft konfiguriert ist, eines Kühlers, eines Kühlmittelkreislaufs zum Zirkulieren von Kühlmittel zwischen dem Kühler und dem Radiator und mit einem Bypass zum Manipulieren des Kühlmitteldurchsatzes durch den Kühler. Die Verfahren beinhalten das Schließen des Bypasses, wenn die Motordrehzahl und/oder Last einen Schwellenwert überschreitet, und ansonsten eines oder mehrere des Reduzierens des Kühlmitteldurchsatzes durch den Kühler, wenn die in den Kühler eintretende Kühlmitteltemperatur höher ist als die in den Kühler eintretende Drucklufttemperatur, das Manipulieren des Kühlmittelstroms durch den Kühler basierend auf der Temperatur der vom Motor aufgenommenen Druckluft und das Reduzieren des Kühlmitteldurchsatzes durch den Kühler, wenn die Temperatur des in den Kühler eintretenden Kühlmittels kleiner ist als eine Temperatur der Umgebungsluft. Das Reduzieren des Kühlmitteldurchsatzes durch den Kühler reduziert den Druckabfall des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf.

Description

HINTERGRUND
Während eines Verbrennungszyklus eines Verbrennungsmotors (ICE - Internal Combustion Engine) werden Luft-/Kraftstoffgemische für Zylinder des ICE bereitgestellt. Die Luft-/Kraftstoffgemische werden komprimiert und/oder gezündet und verbrannt, um ein Abtriebsdrehmoment bereitzustellen. Viele Diesel- und Benzin-ICEs verwenden eine Aufladevorrichtung, wie einen von einer Abgasturbine angetriebener Turbolader, der den Luftstrom komprimiert, bevor er in den Ansaugkrümmer des Motors eintritt, um Leistung und Wirkungsgrad des Motors zu erhöhen. Insbesondere verwendet ein Turbolader das Abgas, um eine Turbine anzutreiben, die wiederum einen Kompressor antreibt. Der Kompressor liefert Luft mit einer höheren Dichte, bezogen auf das, was mit dem Umgebungsluftdruck erreichbar ist, an die Zylinder des ICE. Die zusätzliche Masse sauerstoffhaltiger Luft, die in den ICE gepresst wird, verbessert den volumetrischen Wirkungsgrad des Motors, indem dieser mehr Kraftstoff in einem gegebenen Zyklus verbrennen kann und dadurch mehr Leistung erzeugt. Die vom Turbolader übertragene Luft erhöht die Wärme während der Verdichtung und wird häufig gekühlt, bevor sie in einen oder mehrere Zylinder des ICE geleitet wird.
KURZDARSTELLUNG
Es sind Verfahren zum Steuern eines Luftkühlsystems für einen Turbolader-Kompressor vorgesehen. Die Systeme beinhalten einen Turbolader mit einem Kompressor zum Verdichten und einem Kühler zum Empfangen von Druckluft aus dem Kompressor, einen Kühler, einen Kühlmittelkreislauf zum Zirkulieren von Kühlmittel im Kühler, sodass das Kühlmittel thermisch mit der Druckluft im Kühler und der Umgebungsluft im Kühler zusammenwirken kann, worin der Kühlmittelkreislauf einen Bypass umfasst, der einen Bypass-Einlass in Fluidverbindung mit einem Abschnitt des Kühlmittelkreislaufs zwischen einem Kühlmittelauslass des Kühlers und einem Kühlmitteleinlass des Kühlers und einen Bypass-Auslass in Fluidverbindung mit einem Abschnitt des Kühlmittelkreislaufs zwischen einem Kühlmittelauslass des Kühlers und einem Kühlmitteleinlass des Kühlers umfasst, wobei die Kühlmitteldurchflussmenge durch den Kühler durch Öffnen und/oder Schließen des Bypasses manipuliert werden kann, sowie einen Verbrennungsmotor (ICE), der zum Empfangen von Druckluft aus dem Kühler konfiguriert ist. Die Verfahren können das Reduzieren des Kühlmittelstroms durch den Kühler durch Öffnen des Bypasses beinhalten, wenn die Temperatur des in den Kühler eintretenden Kühlmittels höher ist als die Temperatur der in den Kühler eintretenden Druckluft. Das Verfahren kann das zumindest teilweise Isolieren des Kühlers vom Kühlmittelkreislauf durch Öffnen des Bypasses beinhalten, wenn die Temperatur des in den Kühler eintretenden Kühlmittels höher ist als die Temperatur der in den Kühler eintretenden Druckluft abzüglich eines Pufferwerts. Der Pufferwert kann ein fester Wert sein. Der Pufferwert kann sich erhöhen, wenn eine oder mehrere der ICE-Lasten und die ICE-Geschwindigkeit sinken. Der Pufferwert kann sich verringern, wenn sich eine oder mehrere der ICE-Lasten und die ICE-Geschwindigkeit erhöhen. Der Bypass-Einlass kann näher am Kühlmitteleinlass des Kühlers angeordnet sein als der Kühlmittelauslass des Kühlers. Der Kühlmitteldurchsatz durch den Kühler kann durch Öffnen des Bypasses reduziert werden, wodurch der Druckverlust des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf reduziert wird.
Es sind Verfahren zum Steuern eines Luftkühlsystems für einen Turbolader-Kompressor vorgesehen. Die Systeme können einen Turbolader mit einem Kompressor zum Verdichten und einen Kühler zum Empfangen von Druckluft aus dem Kompressor, einen Kühler und einen Kühlmittelkreislauf zum Zirkulieren von Kühlmittel im Kühler beinhalten, sodass das Kühlmittel thermisch mit der Druckluft im Kühler und der Umgebungsluft im Kühler zusammenwirken kann, worin der Kühlmittelkreislauf einen Bypass umfasst, der einen Bypass-Einlass in Fluidverbindung mit einem Abschnitt des Kühlmittelkreislaufs zwischen einem Kühlmittelauslass des Kühlers und einem Kühlmitteleinlass des Kühlers und einen Bypass-Auslass in Fluidverbindung mit einem Abschnitt des Kühlmittelkreislaufs zwischen einem Kühlmittelauslass des Kühlers und einem Kühlmitteleinlass des Kühlers umfasst, wobei die Kühlmitteldurchflussmenge durch den Kühler durch Öffnen und/oder Schließen des Bypasses manipuliert werden kann, sowie einen Verbrennungsmotor (ICE), der zum Empfangen von Druckluft aus dem Kühler konfiguriert ist. Die Verfahren können das Manipulieren des Kühlmitteldurchsatzes durch den Kühler beinhalten, indem der Bypass basierend auf der Temperatur der vom ICE empfangenen Druckluft geöffnet oder geschlossen wird. Der Kühlmitteldurchsatz durch den Kühler kann manipuliert werden, indem der Kühlmitteldurchsatz durch den Kühler reduziert wird, wenn die vom ICE empfangene Drucklufttemperatur unter einen Mindesttemperaturschwellenwert fällt. Der Kühlmitteldurchsatz durch den Kühler kann durch Erhöhen des Kühlmitteldurchsatzes durch den Kühler beeinflusst werden, wenn die Temperatur der vom ICE empfangenen Druckluft einen maximalen Lufttemperaturschwellenwert überschreitet. Der Kühlmitteldurchsatz durch den Kühler kann manipuliert werden, um eine gewünschte Drucklufttemperatur zu erreichen, die vom ICE empfangen wird, wobei die Solltemperatur basierend auf einer oder mehreren der ICE-Lasten und der ICE-Geschwindigkeit bestimmt werden kann. Der Bypass kann ventilgesteuert sein. Der Bypass-Einlass kann näher am Kühlmitteleinlass des Kühlers angeordnet sein als der Kühlmittelauslass des Kühlers. Der Kühlmitteldurchsatz durch den Kühler kann durch Öffnen des Bypasses reduziert werden, wodurch der Druckverlust des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf reduziert wird.
Es sind Verfahren zum Steuern eines Luftkühlsystems für einen Turbolader-Kompressor vorgesehen. Die Systeme können einen Turbolader mit einem Kompressor zum Verdichten und einen Kühler zum Empfangen von Druckluft aus dem Kompressor, einen Kühler und einen Kühlmittelkreislauf zum Zirkulieren von Kühlmittel im Kühler beinhalten, sodass das Kühlmittel thermisch mit der Druckluft im Kühler und der Umgebungsluft im Kühler zusammenwirken kann, worin der Kühlmittelkreislauf einen Bypass umfasst, der einen Bypass-Einlass in Fluidverbindung mit einem Abschnitt des Kühlmittelkreislaufs zwischen einem Kühlmittelauslass des Kühlers und einem Kühlmitteleinlass des Kühlers und einen Bypass-Auslass in Fluidverbindung mit einem Abschnitt des Kühlmittelkreislaufs zwischen einem Kühlmittelauslass des Kühlers und einem Kühlmitteleinlass des Kühlers umfasst, wobei die Kühlmitteldurchflussmenge durch den Kühler durch Öffnen und/oder Schließen des Bypasses manipuliert werden kann, sowie einen Verbrennungsmotor (ICE), der zum Empfangen von Druckluft aus dem Kühler konfiguriert ist. Die Verfahren können den Betrieb in einem geschlossenen Regelkreis beinhalten, wobei der Bypass im Wesentlichen geschlossen wird, wenn die Drehzahl des ICE einen Schwellenwert für die Drehzahl des ICE überschreitet und/oder wenn das Drehmoment des ICE einen Schwellenwert für das Drehmoment des ICE überschreitet, und wenn die Drehzahl des ICE unter dem Schwellenwert liegt und das Drehmoment des ICE unter dem Schwellenwert liegt, wobei der Betrieb im offenen Regelkreis durch einen oder mehrere des Reduzierens des Kühlmittelstroms durch den Kühler durch das Öffnen des Bypasses gesteuert wird, wenn die Temperatur des in den Kühler eintretenden Kühlmittels höher ist als die Temperatur der in den Kühler eintretenden Druckluft, Manipulieren des Kühlmitteldurchsatzes durch den Kühler durch Öffnen oder Schließen des Bypasses basierend auf der Temperatur der vom ICE aufgenommenen Druckluft und Reduzieren des Kühlmittelstroms durch den Kühler durch Öffnen des Bypasses, wenn die Temperatur des in den Kühler eintretenden Kühlmittels kleiner als eine Temperatur der Umgebungsluft ist. Das Reduzieren des Kühlmitteldurchsatzes durch den Kühler durch Öffnen des Bypasses kann den Druckverlust des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf reduzieren. Der Bypass-Einlass kann näher am Kühlmitteleinlass des Kühlers angeordnet sein als der Kühlmittelauslass des Kühlers. Der Kühlmitteldurchsatz durch den Kühler kann manipuliert werden, um eine gewünschte Drucklufttemperatur zu erreichen, die vom ICE empfangen wird, wobei die Solltemperatur basierend auf einer oder mehreren der ICE-Lasten und der ICE-Geschwindigkeit bestimmt werden kann. Der Schwellenwert für die ICE-Drehzahl kann eine oder mehrere einer ICE-Drehzahl oder eine Änderungsrate der ICE-Drehzahl sein, und/oder der Schwellenwert für das ICE-Drehmoment kann eines oder mehrere der ICE-Drehmomente oder eine Änderungsrate des ICE-Drehmoments sein. Der Kühlmitteldurchsatz durch den Kühler kann durch Öffnen des Bypasses reduziert werden, wenn die Temperatur des in den Kühler eintretenden Kühlmittels höher ist als die Temperatur der in den Kühler eintretenden Druckluft abzüglich eines Pufferwerts. Der Pufferwert kann umgekehrt zu Änderungen einer oder mehrerer ICE-Lasten und einer Erhöhung der ICE-Drehzahl variieren.
Weitere Zwecke, Vorteile und neuartige Merkmale der Ausführungsformbeispiele ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den beigefügten Zeichnungen.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Diagramm eines Verbrennungsmotorsystems gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.
2 ist ein Blockdiagramm eines Verfahrens für ein Luftkühlsystem eines Turbolader-Kompressors gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind hierin beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgerecht; einige Merkmale können größer oder kleiner dargestellt sein, um die Einzelheiten bestimmter Komponenten zu veranschaulichen. Folglich sind die hierin offenbarten aufbau- und funktionsspezifischen Details nicht als einschränkend zu verstehen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachleuten die verschiedenen Arten und Weisen der Nutzung der vorliegenden Erfindung zu vermitteln. Wie Fachleute verstehen, können verschiedene Merkmale, die mit Bezug auf beliebige der Figuren dargestellt und beschrieben werden, mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht explizit dargestellt oder beschrieben sind. Die dargestellten Kombinationen von Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung übereinstimmen, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen und Implementierungen erwünscht sein.
Hierin vorgesehen sind Systeme für Verbrennungsmotor-(ICE)-Systeme, insbesondere turboaufgeladene und/oder aufgeladene ICE-Systeme, mit Kühlern, die zum Kühlen von Druckluft konfiguriert sind, bevor sie diese an einen ICE weiterleiten. Die hierin verwendeten Systeme und Verfahren verwenden Kühlmittelbypasskreisläufe, um eine effiziente und dynamische Steuerung der Kühler zu erreichen, sodass die ICE-Leistung und die Gesamtwirksamkeit des Systems verbessert werden.
1 veranschaulicht eine schematische Darstellung eines turboaufgeladenen Verbrennungsmotor-(ICE)-Systems 1. System 1 umfasst einen ICE 7 mit einem Ansaugkrümmer 10 und einem Abgaskrümmer 11, eine Lufteinlassleitung 2 zum Fördern von Frischluft aus der Umgebung im Ansaugkrümmer 10, eine Abgasleitung 3 zum Fördern des Abgases vom Abgaskrümmer 11 in die Umgebung und einen Turbolader 4, der einen in der Einlassleitung 2 angeordneten Kompressor 40 zum Verdichten des darin strömenden Luftstroms umfasst, sowie eine Turbine 41 in der Abgasleitung 3 zum Antreiben des Kompressors 40, zum Beispiel über eine gemeinsame Welle. System 1 kann ferner ein elektronisches Steuermodul (ECM) 5 umfassen, das konfiguriert ist, um eine Steuerung innerhalb des Systems 1 gemäß den hierin beschriebenen Steuerverfahren und -strategien durchzuführen. Der hier verwendete Begriff „Modul“ bezieht sich auf eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppenprozessor) und einen Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten ausführt, die die beschriebene Funktionalität bieten. So kann beispielsweise das ECM 5 funktionsfähig mit verschiedenen Komponenten des ICE 7, verschiedenen Temperatursensoren (nicht dargestellt) und einem oder mehreren Ventilen verbunden werden.
Der ICE 7 kann als Fremdzünd- oder Selbstzünder ausgeführt sein. Der ICE 7 beinhaltet im Allgemeinen einen Motorblock 8, der eine Vielzahl von Zylindern 9 definiert. Der ICE 7 ist zur Vereinfachung als eine Reihenvierzylinderanordnung dargestellt. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegenden Lehren für eine beliebige Anzahl an Kolben-Zylinder-Anordnungen und eine Vielzahl von wechselseitigen Motorkonfigurationen gelten, einschließlich, aber nicht beschränkt auf V-Motoren, Reihenmotoren und horizontal gegenüberliegende Motoren sowie beide obenliegende Nockenwellen- und Blocknockenwellen-Konfigurationen. In bestimmten Ausführungsformen kann der ICE 7 einen Reihendrei- oder Sechszylindermotor umfassen. In weiteren spezifischen Ausführungsformen kann der ICE 7 unter anderem V-6, V-8, V-10 und V-12 Konfigurationsmotoren umfassen. Jeder der Zylinder 9 kann einen Kolben (nicht dargestellt) beinhalten, der darauf hin- und herbewegt werden kann, worin ein Zylinder und sein jeweiliger Kolben eine Verbrennungskammer definieren können, in die Kraftstoff und Luft eingespritzt werden. Die Kraftstoffverbrennung in einem Zylinder bewegt den zugehörigen Kolben, und eine Kurbelwelle (nicht dargestellt) wandelt die Hubbewegung der Kolben in eine Drehbewegung um. Die Kurbelwelle kann beispielsweise das Traktionsdrehmoment an den Antriebsstrang eines Fahrzeugs übertragen. Jeder der Zylinder nimmt über den Ansaugkrümmer 10 Luft auf. Die Zylinder können das Abgas auch über Niederdruck- und/oder Hochdruck-Abgasrückführungssysteme aufnehmen (nicht dargestellt). Das nach der Verbrennung aus den Zylindern ausgestoßene Abgas kann über die Abgasleitung 3 zu einer oder mehreren Abgasbehandlungsvorrichtungen 50 geleitet werden.
Das turboaufgeladene Dieselmotorsystem umfasst ferner einen Kühler 20, der sich in der Einlassleitung 2 stromabwärts des Kompressors 40 des Turboladers 4 befindet, zum Kühlen des Luftstroms, bevor er den Ansaugkrümmer 10 erreicht. Der Kühler 20 verwendet einen Kühlmittelkreislauf 34, um die verdichtete Wärme aus dem Kühler 20 über das Kühlmittel abzuführen und die Wärme aus dem Kühlmittel über einen Kühler 30 an die Umgebung abzugeben. Das Kühlmittel tritt an einem Kühlereinlass 21 in den Kühler 20 ein und tritt am Kühlerauslass 22 aus dem Kühler 20 aus. Ebenso tritt Kühlmittel an einem Kühlereinlass 31 in den Kühler 30 ein und tritt an einem Kühlerauslass 32 aus dem Kühler 30 aus. Der Kühler 20 ist im Allgemeinen so konfiguriert, dass er den Wärmeaustausch zwischen Druckluft und Kühlmittel aus dem Kühlmittelkreislauf 34 erleichtert. Der Kühler 20 kann in einigen Ausführungsformen zusätzlich Abgas aufnehmen und kühlen, wie beispielsweise Abgas, das durch ein Hochdruck- und/oder Niederdruck-Abgasrückführungssystem rückgeführt wird (nicht dargestellt). Der Radiator 30 kann ein Niedertemperaturradiator (LTR) sein. Die Temperaturen des Kühlmittels am Kühlereinlass 21, am Kühlerauslass 22, am Kühlereinlass 31 und am Kühlerauslass 32 können jeweils mit T_CCI, T_CCO, T_CRI und T_CRO bezeichnet werden. Die Druckluft tritt am Lufteinlass 23 in den Kühler 20 ein und tritt am Luftauslass 24 aus dem Kühler 20 aus. Die Temperaturen der Druckluft am Lufteinlass 23 und Luftauslass 24 können jeweils mit T_ACI und T_ACO bezeichnet werden. Die Temperatur der Umgebungsluft kann als T_AMB- bezeichnet werden.
Die vom Kompressor 40 übertragene Druckluft erhöht während der Verdichtung die Temperatur, was die Sauerstoffdichte der Luft volumenmäßig verringert. Der Kühler 20 kühlt die Druckluft, um die Sauerstoffdichte und damit den volumetrischen Wirkungsgrad des ICE 7 zu erhöhen. Die Solltemperatur der an den ICE 7 übertragenen Druckluft kann anhand vieler Faktoren bestimmt werden, wie beispielsweise die Last des ICE 7, die Drehzahl des ICE 7, die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Umgebungstemperatur und die Kalibrierung des ICE 7 (z. B. das gewünschte Kraftstoff-Luft-Verhältnis). Die Last des ICE 7 kann sich auf das vom ICE 7 erzeugte Drehmoment oder einen Drehmomentbefehl beziehen, wie er beispielsweise durch ein Fahrpedal und/oder ein ECM 5 bestimmt wird. So kann beispielsweise die Last des ICE 7 direkt gemessen oder modelliert werden. Die Drehzahl des ICE 7 kann sich auf die Umdrehungen pro Minute (U/min) der Kurbelwelle beziehen. So kann beispielsweise die Drehzahl des ICE 7 direkt gemessen oder modelliert werden. In einigen Szenarien, wie beispielsweise einem hohen Drehmoment des ICE 7 und/oder einer hohen Drehzahl des ICE 7, ist eine maximale Kühlung der Druckluft erforderlich. In weiteren Szenarien sollte die Druckluft nur oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts gekühlt werden. In einigen Szenarien, wenn T_CCI > T_ACI oder T_AMB > T_CRI ist, ist es nicht möglich, die Druckluft mit dem Kühler 20 zu kühlen.
Um eine effizientere Steuerung der Druckluftkühlung zu erreichen, umfasst der Kühlmittelkreislauf 34 weiterhin einen Bypass 35. Der Bypass 35 kann im Allgemeinen verwendet werden, um den Kühlmitteldurchsatz durch den Kühler 20 zu minimieren, wenn das Kühlen von Druckluft entweder nicht möglich, nicht erforderlich oder gewünscht ist. Des Weiteren reduziert das Öffnen oder teilweise Öffnen des Bypasses 35 den Druckverlust des zirkulierenden Kühlmittels, da der Kühler 20 typischerweise für einen großen Teil des Druckabfalls des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf 34 verantwortlich ist. Dementsprechend kann der Leistungsbedarf des Kühlmittelkreislaufs reduziert und/oder die Kühlmittelkühlrate im Radiator 30 durch die erhöhte Kühlmittelzirkulation erhöht werden. Der Bypass 35 umfasst einen Bypass-Einlass 36 in Fluidverbindung mit einem Abschnitt des Kühlmittelkreislaufs 34 zwischen dem Kühlerauslass 32 und dem Kühlereinlass 21 und einen Bypass-Auslass 37 in Fluidverbindung mit einem Abschnitt des Kühlmittelkreislaufs 34 zwischen dem Kühlerauslass 22 und dem Kühlereinlass 31. Der Kühlmitteldurchsatz durch den Kühler 20 kann über den Bypass verändert werden. Insbesondere wird durch das Erhöhen des Kühlmitteldurchsatzes (d. h. Öffnen) des Bypasses 35 der Kühlmitteldurchsatz durch den Kühler 20 verringert und durch das Verringern des Kühlmitteldurchsatzes (d. h. Schließen) des Bypasses 35 der Kühlmitteldurchsatz durch den Kühler 20 erhöht. Obwohl der Bypass 35 zumindest teilweise offen ist, zirkuliert ein erster Teil des Kühlmittels aktiv zwischen dem Bypass 35 und dem Radiator 30, und das aktive Kühlmittel kann innerhalb des Radiators 30 nach T_AMB abkühlen. Ein zweiter Abschnitt des Kühlmittels bleibt innerhalb des Kühlers 20 und optional zwischen Kühler 20 und Bypass 35 statisch oder teilweise statisch, und der zweite Abschnitt des Kühlmittels kann im Vergleich zum ersten Abschnitt des Kühlmittels heißer werden. Wenn der Bypass 35 geöffnet wird und der erste, statische Teil des Kühlmittels zu zirkulieren beginnt, können die unterschiedlichen Temperaturen des ersten und zweiten Kühlmittelabschnitts zu einer unerwünschten Kühlmittelkühlungsphase führen. Dementsprechend ist in einigen Ausführungsformen der Bypass-Einlass 36 näher am Kühlereinlass 21 des Kühlers 20 als der Kühlerauslass 32 des Radiators 30 angeordnet, um die Größe des ersten, statischen oder teilstatischen Kühlmittelabschnitts zu minimieren.
Der Bypass kann in und zwischen den Positionen vollständig geöffnet und vollständig geschlossen geschaltet werden. Wenn sich der Bypass in einer vollständig geschlossenen Position befindet, wird der Kühlmitteldurchsatz durch den Kühler 20 maximiert. In einigen Ausführungsformen umfasst das Maximieren des Kühlmitteldurchsatzes durch den Kühler 20 den Null-Kühlmitteldurchsatz durch den Bypass. Ebenso wird der Kühlmitteldurchsatz durch den Kühler minimiert, wenn sich der Bypass in einer vollständig geöffneten Position befindet. In einigen Ausführungsformen, wenn sich der Bypass in einer vollständig geöffneten Position befindet, fließt kein Kühlmittel durch den Kühler 20. In weiteren Ausführungsformen, wenn sich der Bypass in einer vollständig geöffneten Position befindet, erfolgt ein teilweiser oder minimaler Kühlmitteldurchsatz durch den Kühler 20. In einigen Ausführungsformen kann der Bypass 35 durch ein Ventil, wie beispielsweise Ventil 38, manipuliert werden. Ventil 38 ist als Zweiwegeventil dargestellt, das zwischen dem Bypass-Einlass 36 und dem Kühlereinlass 21 angeordnet ist, wobei jedoch auch andere Konfigurationen möglich sind. So kann beispielsweise das Ventil 38 in der Nähe oder integriert mit dem Kühlereinlass 21 oder im Bypass 35 zwischen dem Bypass-Einlass 36 und dem Bypass-Auslass 37 angeordnet werden. In einem weiteren Beispiel kann das Ventil 38 ein Dreiwegeventil umfassen, das am Bypass-Einlass 36 angeordnet ist. In einem weiteren Beispiel kann das Ventil 38 am oder zwischen dem Kühlerauslass 22 und dem Bypass-Auslass 37 angeordnet werden. Im Allgemeinen kann das Ventil 38 überall in einem Kühlmittel-Unterkreislauf angeordnet werden, der durch den Bypass 35 und den Kühler 20 definiert ist. Das Ventil 38 kann beispielsweise über das ECM 5 gesteuert werden.
2 veranschaulicht ein Verfahren 100 für ein Luftkühlsystem eines Turbolader-Kompressors. Das Verfahren 100 wird für Zwecke der Veranschaulichung unter Bezugnahme auf das System 1 beschrieben, soll dadurch jedoch nicht eingeschränkt werden. Insbesondere beschreibt das System 1 den grundlegenden Aspekt eines herkömmlichen ICE-Systems, wobei das Verfahren 100 jedoch geeignet auf elektrische und hybride elektrische Fahrzeugsysteme und Systeme mit zusätzlichen Funktionen wie Hochdruck-AGR und/oder Niederdruck-AGR-Komponenten angewendet werden kann. Das Verfahren 100 kann den Betrieb 120 in einem Modus des offenen Regelkreises zum Steuern des Bypass 35 umfassen. Der Modus des offenen Regelkreises kann eines oder mehrere aus dem Öffnen 121 des Bypass 35 umfassen, um den Kühlmitteldurchsatz durch den Kühler 20 zu reduzieren, wenn T_CCI > T_ACI ist, den Bypass 35 basierend auf T_ACO manipulieren 122 (d. h. die Temperatur der vom ICE 7 aufgenommenen Druckluft) und das Öffnen 123 des Bypasses 35, um den Kühlmitteldurchsatz durch den Kühler 20 zu reduzieren, wenn T_CRI > T_AMB ist.
Das Öffnen 121 des Bypasses 35 kann zumindest teilweise das Öffnen des Bypasses 35, das im Wesentlichen Öffnen des Bypasses 35, das vollständige Öffnen des Bypasses 35 oder das dynamische Öffnen des Bypasses 35 basierend auf dem Variieren von Tcci und/oder T_ACI umfassen. Wenn T_CCI > T_ACI ist, ist es dem Kühlmittel nicht möglich, der Druckluft im Kühler 20 Wärme zu entziehen, weshalb es wünschenswert ist, den Kühlmitteldurchsatz durch den Kühler 20 zu reduzieren oder zu stoppen. In einigen Ausführungsformen kann der Modus des offenen Regelkreises eine oder mehrere der Öffnungen 121 des Bypasses umfassen, um den Kühlmitteldurchsatz durch den Kühler 20 zu reduzieren, wenn T_CCI > (T_ACI - Puffer), worin der Puffer ein Temperaturkorrekturwert ist, der zum Stabilisieren der Manipulation des Bypasses 35, insbesondere unter dynamischen Betriebsbedingungen des ICE 7, verwendet wird. Der Puffer kann ein Festwert sein oder dynamisch bestimmt werden. So kann beispielsweise der Puffer über eine Datakarte bestimmt werden, die den Puffer basierend auf einem oder mehreren Parametern, wie beispielsweise der Last des ICE 7 und/oder der Drehzahl des ICE 7, variiert. In einer Ausführungsform kann der Puffer umgekehrt zu Änderungen einer oder mehrerer Lasten des ICE 7 und einer Erhöhung der Drehzahl des ICE 7 variieren. Insbesondere kann sich der Puffer in einer Ausführungsform erhöhen, wenn eine oder mehrere der Lasten des ICE 7 und der Drehzahl des ICE 7 abnehmen. In einer weiteren Ausführungsform kann sich der Pufferwert verringern, wenn eine oder mehrere der Lasten des ICE 7 und der Drehzahl des ICE 7 zunehmen. Der Puffer kann basierend auf einer Datenkarte bestimmt werden, die den Puffer in Abhängigkeit von der Last des ICE 7 bestimmt. Der Puffer kann basierend auf einer Datenkarte bestimmt werden, die den Puffer in Abhängigkeit von der Drehzahl des ICE 7 bestimmt. Der Puffer kann basierend auf einer Datenkarte bestimmt werden, die den Puffer in Abhängigkeit von der Last des ICE 7 und der Drehzahl des ICE 7 bestimmt.
Die Manipulation 122 des Bypasses 35 basierend auf T_ACO kann das Öffnen oder Schließen des Bypasses 35 umfassen, um den Kühlmitteldurchsatz durch den Kühler 20 zum Erreichen eines gewünschten T_ACO zu manipulieren. Ein gewünschtes T_ACO kann basierend auf den gewünschten Betriebskalibrierungen des ICE 7 und/oder dem allgemeinen Wirkungsgrad des Systems 1 bestimmt werden. In einer Ausführungsform umfasst das Manipulieren 122 des Kühlmitteldurchsatzes durch den Kühler 20 das Reduzieren des Kühlmitteldurchsatzes durch den Kühler 20 durch Öffnen des Bypasses 35, wenn T_ACO unter einen Mindestschwellenwert T_ACO fällt. Der Mindestschwellenwert T_ACO kann bestimmt werden, um eine übermäßige Abkühlung der Druckluft zu verhindern und/oder eine korrekte Temperatur der Druckluft zu gewährleisten, die beispielsweise an den ICE 7 übertragen wird. In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Manipulation 122 des Kühlmitteldurchsatzes durch den Kühler 20 das Erhöhen des Kühlmitteldurchsatzes durch den Kühler 20 durch Schließen des Bypasses 35, wenn T_ACO einen maximalen Schwellenwert T_ACO überschreitet. Der maximale Schwellenwert T_ACO kann bestimmt werden, um eine korrekte Temperatur der Druckluft zu gewährleisten, die beispielsweise an den ICE 7 übertragen wird. Der Kühlmitteldurchsatz durch den Kühler 20 kann manipuliert werden, um ein gewünschtes T_ACO zu erreichen, wobei das gewünschte T_ACO basierend auf einer oder mehreren der Lasten des ICE 7 und der Drehzahl des ICE 7 bestimmt werden kann. Ebenso können der Mindestschwellenwert T_ACO und der maximale Schwellenwert T_ACO basierend auf einer oder mehreren der Lasten des ICE 7 und der Drehzahl des ICE 7 bestimmt werden. Die einzelnen gewünschten T_ACO, der Mindestschwellenwert T_ACO und der maximale Schwellenwert T_ACO können basierend auf einer Datenkarte bestimmt werden, die den Puffer in Abhängigkeit von der Last des ICE 7 bestimmt. Die einzelnen gewünschten T_ACO, der Mindestschwellenwert T_ACO und der maximale Schwellenwert T_ACO können basierend auf einer Datenkarte bestimmt werden, die den Puffer in Abhängigkeit von der Drehzahl des ICE 7 bestimmt. Die einzelnen gewünschten T_ACO, der Mindestschwellenwert T_ACO und der maximale Schwellenwert T_ACO können basierend auf einer Datenkarte bestimmt werden, die den Puffer in Abhängigkeit von der Last des ICE 7 und der Drehzahl des ICE 7 bestimmt.
Das Öffnen 123 des Bypasses 35 kann zumindest teilweise das Öffnen des Bypasses 35, das im Wesentlichen Öffnen des Bypasses 35, das vollständige Öffnen des Bypasses 35 oder das dynamische Öffnen des Bypasses 35 umfassen, wenn T_CRI > T_AMB ist. Wenn T_CRI > T_AMB ist, ist es dem Kühlmittel nicht möglich, über den Radiator 30 Wärme an die Umgebung abzugeben, weshalb es wünschenswert ist, den Kühlmitteldurchsatz durch den Kühler 20 zu reduzieren oder zu stoppen, um ein Erwärmen der Druckluft zu verhindern.
Das Verfahren 100 kann optional vor dem Betrieb 120 im offenen Regelkreis den Betrieb 110 im geschlossenen Regelkreis beinhalten, wenn eine oder mehrere der Lasten des ICE 7 oder der Drehzahl des ICE 7 einen Schwellenwert überschreiten. Das Betreiben 120 im geschlossenen Regelkreis kann das Schließen 111 oder das im Wesentlichen Schließen 111 des Bypass 35 umfassen. Wenn der ICE 7 bei einer hohen Drehzahl und/oder Last betrieben wird, kann ein Bedarf an einer erhöhten oder hohen Druckluftversorgung des ICE 7 bestehen. Dementsprechend sorgt das Schließen 111 oder das im Wesentlichen Schließen 111 des Bypass 35 für eine maximale oder nahezu maximale Kühlung der Druckluft über den Kühler 20. Das System 1 kann anschließend im offenen Regelkreis betrieben 120 werden, wenn eine oder mehrere der Lasten des ICE 7 oder der Drehzahl des ICE 7 unter einen Schwellenwert fallen und im offenen Regelkreis betrieben 120 werden. Ein Lastschwellenwert des ICE 7 und/oder ein Drehzahlschwellenwert des ICE 7 können vorkalibriert oder über eine Datenkarte bestimmt werden. Die Kalibrierung eines Last- und/oder Drehzahlschwellenwerts kann basierend auf den Kühlleistungen des Radiators 30 und des Kühlers 20, der durch den ICE 7 erzeugten Wärme und den idealen Betriebstemperaturen von beispielsweise dem ICE 7 erfolgen.
Während oben exemplarische Ausführungsformen beschrieben wurden, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen beschreiben, die von den Ansprüchen umfasst sind. Vielmehr dienen die in der Spezifikation verwendeten Worte der Beschreibung und nicht der Beschränkung und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die nicht explizit beschrieben oder veranschaulicht werden. Während verschiedene Ausführungsformen beschrieben worden sein könnten, um Vorteile zu bieten oder gegenüber anderen Ausführungsformen oder Implementierungen des Standes der Technik in Bezug auf eine oder mehrere gewünschte Merkmale bevorzugt zu sein, werden Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass ein oder mehrere oder Eigenschaften beeinträchtigt werden können, um gewünschte Gesamtsystemattribute zu erreichen, die von der spezifischen Anwendung und Implementierung abhängen. Diese Attribute können Kosten, Festigkeit, Haltbarkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Aussehen, Verpackung, Größe, Gebrauchstauglichkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Leichtigkeit der Montage usw. beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt. Daher sind Ausführungsformen, die nach dem Stand der Technik, in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Implementierungen beschrieben sind, nicht außerhalb des Schutzumfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Luftkühlsystems eines Turbolader-Kompressors, umfassend einen Turbolader mit einem Kompressor zum Verdichten und einen Kühler zum Empfangen von Druckluft aus dem Kompressor, einen Kühler und einen Kühlmittelkreislauf zum Zirkulieren von Kühlmittel im Kühler beinhalten, sodass das Kühlmittel thermisch mit der Druckluft im Kühler und der Umgebungsluft im Kühler zusammenwirken kann, worin der Kühlmittelkreislauf einen Bypass umfasst, der einen Bypass-Einlass in Fluidverbindung mit einem Abschnitt des Kühlmittelkreislaufs zwischen einem Kühlmittelauslass des Kühlers und einem Kühlmitteleinlass des Kühlers und einen Bypass-Auslass in Fluidverbindung mit einem Abschnitt des Kühlmittelkreislaufs zwischen einem Kühlmittelauslass des Kühlers und einem Kühlmitteleinlass des Kühlers umfasst, wobei die Kühlmitteldurchflussmenge durch den Kühler durch Öffnen und/oder Schließen des Bypasses manipuliert werden kann, sowie einen Verbrennungsmotor (ICE), der zum Empfangen von Druckluft aus dem Kühler konfiguriert ist, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Reduzieren des Kühlmitteldurchsatzes durch Öffnen des Bypass, wenn die Temperatur des in den Kühler eintretenden Kühlmittels höher ist als die Temperatur der in den Kühler eintretenden Druckluft.
Verfahren zum Steuern eines Luftkühlsystems eines Turbolader-Kompressors, umfassend einen Turbolader mit einem Kompressor zum Verdichten und einen Kühler zum Empfangen von Druckluft aus dem Kompressor, einen Kühler und einen Kühlmittelkreislauf zum Zirkulieren von Kühlmittel im Kühler beinhalten, sodass das Kühlmittel thermisch mit der Druckluft im Kühler und der Umgebungsluft im Kühler zusammenwirken kann, worin der Kühlmittelkreislauf einen Bypass umfasst, der einen Bypass-Einlass in Fluidverbindung mit einem Abschnitt des Kühlmittelkreislaufs zwischen einem Kühlmittelauslass des Kühlers und einem Kühlmitteleinlass des Kühlers und einen Bypass-Auslass in Fluidverbindung mit einem Abschnitt des Kühlmittelkreislaufs zwischen einem Kühlmittelauslass des Kühlers und einem Kühlmitteleinlass des Kühlers umfasst, wobei die Kühlmitteldurchflussmenge durch den Kühler durch Öffnen und/oder Schließen des Bypasses manipuliert werden kann, sowie einen Verbrennungsmotor (ICE), der zum Empfangen von Druckluft aus dem Kühler konfiguriert ist, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Manipulieren des Kühlmitteldurchsatzes durch den Kühler, indem der Bypass basierend auf der Temperatur der vom ICE empfangenen Druckluft geöffnet oder geschlossen wird.
Verfahren zum Steuern eines Luftkühlsystems eines Turbolader-Kompressors, umfassend einen Turbolader mit einem Kompressor zum Verdichten und einen Kühler zum Empfangen von Druckluft aus dem Kompressor, einen Kühler und einen Kühlmittelkreislauf zum Zirkulieren von Kühlmittel im Kühler beinhalten, sodass das Kühlmittel thermisch mit der Druckluft im Kühler und der Umgebungsluft im Kühler zusammenwirken kann, worin der Kühlmittelkreislauf einen Bypass umfasst, der einen Bypass-Einlass in Fluidverbindung mit einem Abschnitt des Kühlmittelkreislaufs zwischen einem Kühlmittelauslass des Kühlers und einem Kühlmitteleinlass des Kühlers und einen Bypass-Auslass in Fluidverbindung mit einem Abschnitt des Kühlmittelkreislaufs zwischen einem Kühlmittelauslass des Kühlers und einem Kühlmitteleinlass des Kühlers umfasst, wobei die Kühlmitteldurchflussmenge durch den Kühler durch Öffnen und/oder Schließen des Bypasses manipuliert werden kann, sowie einen Verbrennungsmotor (ICE), der zum Empfangen von Druckluft aus dem Kühler konfiguriert ist, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Betrieb im geschlossenen Regelkreis durch wesentliches Schließen des Bypasses, wenn die ICE-Drehzahl einen ICE-Drehzahlschwellenwert überschreitet und/oder wenn das ICE-Drehmoment einen ICE-Drehmomentschwellenwert überschreitet; und wenn die ICE-Drehzahl unter dem Drehzahlschwellenwert und das ICE-Drehmoment unter dem Drehmomentschwellenwert liegt, Betrieb im offenen Regelkreis durch eine oder mehrere der folgenden: Reduzieren des Kühlmitteldurchsatzes durch Öffnen des Bypasses, wenn die Temperatur des in den Kühler eintretenden Kühlmittels höher ist als die Temperatur der in den Kühler eintretenden Druckluft, Manipulieren des Kühlmitteldurchsatzes durch den Kühler, indem der Bypass basierend auf der Temperatur der vom ICE empfangenen Druckluft geöffnet oder geschlossen wird, und Reduzieren des Kühlmitteldurchsatzes durch den Kühler durch Öffnen des Bypasses, wenn die Temperatur des in den Kühler eintretenden Kühlmittels niedriger ist als die Temperatur der Umgebungsluft, worin das Reduzieren des Kühlmitteldurchsatzes durch den Kühler durch Öffnen des Bypasses den Druckabfall des Kühlmittels innerhalb des Kühlmittelkreislaufs reduziert.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin der Kühlmitteldurchsatz durch den Kühler durch Öffnen des Bypass reduziert wird, wenn die Temperatur des in den Kühler eintretenden Kühlmittels höher ist als die Temperatur der in den Kühler eintretenden Druckluft abzüglich eines Pufferwerts.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin der Pufferwert umgekehrt zu Änderungen in einer oder mehreren der ICE-Lasten und zum Erhöhen der ICE-Drehzahl variiert.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin der Bypass-Einlass näher am Kühlmitteleinlass des Kühlers angeordnet ist als der Kühlmittelauslass des Radiators.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin das Reduzieren des Kühlmitteldurchsatzes durch den Kühler durch Öffnen des Bypasses den Druckabfall des Kühlmittels innerhalb des Kühlmittelkreislaufs reduziert.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin das Manipulieren des Kühlmitteldurchsatzes durch den Kühler eines oder mehrere des Reduzierens des Kühlmitteldurchsatzes durch den Kühler umfasst, wenn die Temperatur der vom ICE aufgenommenen Druckluft unter einen minimalen Lufttemperaturschwellenwert fällt, und das Erhöhen des Kühlmitteldurchsatzes durch den Kühler, wenn die Temperatur der vom ICE aufgenommenen Druckluft einen maximalen Lufttemperaturschwellenwert überschreitet.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin der Kühlmitteldurchsatz durch den Kühler manipuliert wird, um eine gewünschte Temperatur der vom ICE aufgenommenen Druckluft zu erreichen, und die gewünschte Temperatur basierend auf einer oder mehreren der Lasten des ICE und der Drehzahl des ICE bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin der Drehzahlschwellenwert des ICE eine oder mehrere einer ICE-Drehzahl oder einer Änderungsrate der ICE-Drehzahl umfasst, und/oder der Drehzahlschwellenwert des ICE ein oder mehrere ICE-Drehmomente oder eine Änderungsrate des ICE-Drehmoments umfasst.