DE102018131832A1

DE102018131832A1 - Lufteinlasssystem für motoren

Info

Publication number: DE102018131832A1
Application number: DE102018131832.4A
Authority: DE
Inventors: Brian D. Hoff; Kraig M. Love
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2017-12-13
Filing date: 2018-12-11
Publication date: 2019-06-13
Also published as: IL263643B; US10543443B2; US20190176075A1; IL263643A

Abstract

Ein Verfahren zum Betreiben eines Lufteinlasssystems für einen Motor wird offenbart. Das Lufteinlasssystem umfasst einen Luftfilter, der dazu ausgestaltet ist, gefilterte Luft an den Motor zur Verbrennung bereitzustellen. Das Verfahren umfasst das Aktivieren eines Gebläses durch ein Steuergerät, um einen Sog zu erzeugen und ausgeblasene Verunreinigungen aus dem Luftfilter abzuziehen, um das Ausblasen des Luftfilters zu erleichtern. Das Verfahren umfasst ferner das Deaktivieren des Gebläses durch das Steuergerät, wenn bestimmt wurde, dass das Ausblasen des Luftfilters abgeschlossen ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein ein Lufteinlasssystem für einen Motor, und betrifft insbesondere ein Verfahren zum Betreiben des Lufteinlasssystems zum Steuern eines Gebläses, zum Ausblasen eines Luftfilters.
Hintergrund
Verbrennungsmotoren von Motorsystemen werden allgemein mit Luft für die Verbrennung versorgt. In der Regel umfasst eine Luftzufuhr Staub und Verunreinigungen. Um mögliche Verunreinigungen und Schäden an internen Motorkomponenten durch das Ansaugen von Staub und Verunreinigungen zu verhindern, werden im allgemeinen Filter vorgesehen, um die zur Verbrennung zugeführte Luft zu filtern. Mit der Zeit können solche Filter durch den Staub und die Verunreinigungen verstopft werden, und es kann notwendig werden, sie zu auszublasen. Ein typischer Ausblasvorgang kann das Durchführen von Luft gegen eine Richtung eines eingehenden Luftstroms umfassen, um die Verunreinigungen von dem Filter zu lösen, und dann die Verunreinigungen an die Umgebung abzuführen. In der Regel wird ein Gebläse verwendet, um eine Strömung der ausgeblasenen Verunreinigungen zusammen mit der Luft aus dem Luftfilter an die Umgebung durch Erzeugen eines Sogs zu erleichtern. Das Gebläse erhält im Allgemeinen Leistung von einem Motor des Motorsystems, und diese Leistung ist im Wesentlichen ungeregelt, was zusätzliche Kosten verursacht.
Das US-Patent Nr. 9,273,648 betrifft ein Lufteinlasssystem für ein Arbeitsfahrzeug. Das Lufteinlasssystem umfasst eine Filteranordnung mit einem Vorfilter und einem Luftfilter. Die Filteranordnung definiert zumindest einen Auslassanschluss. Das Lufteinlasssystem kann auch ein Luftventil, dass zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung beweglich ist, und ein Gebläse umfassen, das mit der Auslassöffnung über eine Leitung gekoppelt ist. Das Gebläse kann dazu ausgestaltet sein, ein Vakuum innerhalb der Leitung zu erzeugen, sodass Partikel aus der Filteranordnung durch den Auslassanschluss entfernt werden. Wenn das Luftventil in der geöffneten Stellung ist, kann eine Luftströmung in einer Einlassrichtung von dem Vorfilter durch den Luftfilter geleitet werden, und wenn das Luftventil in der geschlossenen Stellung ist, kann der Luftstrom in einer umgekehrten Richtung durch den Luftfilter geleitet werden.
Zusammenfassung der Erfindung
In einem Aspekt betrifft die Offenbarung ein Verfahren zum Betreiben eines Lufteinlasssystems für einen Motor. Das Lufteinlasssystem umfasst einen Luftfilter, der dazu ausgestaltet ist, gefilterte Luft an den Motor zur Verbrennung bereitzustellen. Das Verfahren umfasst das Aktivieren eines Gebläses durch ein Steuergerät, um einen Sog zu erzeugen und ausgeblasene Verunreinigungen aus dem Luftfilter abzuziehen, um das Ausblasen des Luftfilters zu erleichtern. Das Verfahren umfasst auch das Deaktivieren des Gebläses durch das Steuergerät.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Offenbarung ein Lufteinlasssystem für einen Motor. Das Lufteinlasssystem umfasst einen Luftfilter, ein Luftreservoir, ein Steuerventil und ein Steuergerät. Der Luftfilter ist dazu ausgestaltet, gefilterte Luft an den Motor zur Verbrennung bereitzustellen. Das Luftreservoir speichert Luft unter einem Druck und ist dazu ausgestaltet, die Luft an den Luftfilter zu liefern, um ein Ausblasen von Verunreinigungen aus dem Luftfilter zu erleichtern. Das Steuerventil ist dazu ausgestaltet, den Luftstrom von dem Luftreservoir an den Luftfilter zu steuern, während das Gebläse fluidmäßig mit dem Luftfilter gekoppelt ist. Das Steuergerät ist dazu ausgestaltet, das Gebläse durch ein Steuergerät zu aktivieren, um einen Sog zu erzeugen und ausgeblasene Verunreinigungen aus dem Luftfilter abzuziehen, um das Ausblasen des Luftfilters zu erleichtern, und das Gebläse zu deaktivieren, wenn bestimmt wurde, dass das Ausblasen des Luftfilters abgeschlossen ist.
In noch einem weiteren Aspekt bezieht sich die Offenbarung auf ein Motorsystem. Das Motorsystem umfasst einen Motor, ein Lufteinlasssystem, das fluidmäßig mit dem Motor gekoppelt ist, um Luft zur Verbrennung an den Motor zuzuführen. Das Lufteinlasssystem umfasst einen Luftfilter, ein Luftreservoir, ein Steuerventil und ein Steuergerät. Der Luftfilter filtert die an den Motor zugeführte Luft. Das Luftreservoir speichert Luft unter einem Druck und ist dazu ausgestaltet, die Luft an den Luftfilter zu liefern, um ein Ausblasen von Verunreinigungen aus dem Luftfilter zu erleichtern. Das Steuerventil ist dazu ausgestaltet, einen Luftstrom von dem Luftreservoir zu dem Luftfilter zu steuern. Das Gebläse ist fluidmäßig mit dem Luftfilter gekoppelt und ist dazu ausgestaltet, einen Sog zu erzeugen und ausgeblasene Verunreinigungen aus dem Luftfilter abzuziehen, um das Ausblasen des Luftfilters zu erleichtern. Das Steuergerät ist dazu ausgestaltet, den Beginn des Ausblasens des Luftfilters zu bestimmen, das Gebläse zu aktivieren, wenn der Beginn des Ausblasens des Luftfilters bestimmt wurde, und das Gebläse zu deaktivieren, wenn bestimmt wurde, dass das Ausblasen des Luftfilters abgeschlossen ist.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht eines Motorsystems mit einem Motor und einem Lufteinlasssystem für den Motor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.

Detaillierte Beschreibung
Unter Bezugnahme auf 1 ist dort ein Motorsystem 100 dargestellt. Das Motorsystem 100 umfasst einen Motor 102 und ein Lufteinlasssystem 104 für den Motor 102. Das Motorsystem 100 kann zur Erzeugung von Bewegungsleistung in Maschinen verwendet werden, die Einsatz finden im Bau, Bergbau, in der Forstwirtschaft, Landwirtschaft, in Lokomotiven und in militärischen oder ähnlichen derartigen Umgebungen. Das Motorsystem 100 kann auch in Generatoraggregaten angewendet werden, etwa Notstromanwendungen, die verbreitet in gewerblichen und Wohngebäuden eingesetzt werden. Die Anwendbarkeit der Aspekte der vorliegenden Offenbarung kann sich auch auf verschiedene andere stromverbrauchende Einheiten erstrecken.
Der Antriebsmotor 102 kann ein Verbrennungsmotor eines oszillierenden Typs sein, und kann dazu ausgestaltet sein, ein Luft-KraftstoffGemisch in einer oder mehreren Verbrennungskammern (nicht dargestellt) innerhalb des Antriebsmotors 102 zur Verbrennung und darauf folgenden Leistungserzeugung aufzunehmen. Der Antriebsmotor 102 kann funktionell als ein Dieselmotor, ein Benzinmotor, ein Erdgasmotor, ein Dualkraftstoff-Motor implementiert sein, und/oder kann einem beliebigen in der Technik verfügbaren Motortyp entsprechen. Es wird angemerkt, dass eine V-Konfiguration des Motors 102 wie in 1 rein beispielhaft ist und auch verschiedene andere Antriebsmotorkonfigurationen in Betracht gezogen werden können. In einer Ausführungsform kann der Motor 102 ein Turbinenmotor sein.
Das Lufteinlasssystem 104 ist fluidmäßig mit dem Motor 102 gekoppelt und ist dazu ausgestaltet, Luft an den Motor 102 zur Verbrennung zuzuführen. Das Lufteinlasssystem 104 umfasst einen Luftfilter 110, ein Luftreservoir 112, ein Steuerventil 114, ein Gebläse 116 und ein Steuergerät 118. Das Lufteinlasssystem 104 kann auch zusätzliche Hilfskomponenten umfassen, etwa elektrische Kommunikationsleitungen, die die Übertragung von Daten zwischen verschiedenen Erfassungsmitteln des Motorsystems 100 und dem Steuergerät 118 erleichtern, sowie eine Anzahl von Fluidleitungen und Kanälen, die eine Fluidströmung von einem Teil des Lufteinlasssystems 104 zu dem anderen ermöglichen.
Der Luftfilter 110 kann dazu ausgestaltet sein, die an den Motor 102 zugeführte Luft zu filtern, wodurch gefilterte Luft an den Motor 102 zur Verbrennung zugeführt wird. Der Luftfilter 110 kann ein Gehäuse 130 und ein Filterelement 132 aus einem geeigneten Filtermaterial umfassen, das innerhalb einer Kammer 134 untergebracht ist, die durch das Gehäuse 130 definiert wird. Das Gehäuse 130 kann einen Einlassanschluss 140 und einen Auslassanschluss 142 umfassen, und das Filterelement 132 kann zwischen dem Einlassanschluss 140 und dem Auslassanschluss 142 positioniert sein. In noch größerem Detail kann das Filterelement 132 die Kammer 134 des Gehäuses 130 in einen ersten Kammerabschnitt 146 und einen zweiten Kammerabschnitt 148 teilen. Der erste Kammerabschnitt 146 kann in Fluidverbindung mit dem Einlassanschluss 140 stehen, um Luft von dem Einlassanschluss 140 zu erhalten, während der zweite Kammerabschnitt 148 in Fluidverbindung mit dem Auslassanschluss 142 stehen kann, um von dem Filterelement 132 gefilterte Luft durch den Auslassanschluss 142 zur Verbrennung freizugeben. Ferner kann das Filterelement 132 eine erste Oberfläche 154 und eine zweite Oberfläche 156 umfassen. Die erste Oberfläche 154 kann zu dem ersten Kammerabschnitt 146 hin gerichtet sein, und die zweite Oberfläche 156 kann zu dem zweiten Kammerabschnitt 148 hin gerichtet sein. Außerdem umfasst der erste Kammerabschnitt 146 eine erste Öffnung 160, die in Fluidverbindung mit der ersten Oberfläche 154 des Filterelements 132 steht, und der zweite Kammerabschnitt 148 definiert eine zweite Öffnung 162, die in Fluidverbindung mit der zweiten Oberfläche 156 des Filterelements 132 steht. Es kann angemerkt werden, dass die erste Oberfläche 154 des Filterelements 132 Verunreinigungen 164 ausgesetzt sein kann, die durch einen eingehenden Luftstrom durch den Einlassanschluss 140 mitgeführt werden, und solche Verunreinigungen 164 können sich an verschiedenen Stellen der ersten Oberfläche 154 des Filterelements 132 über eine Betriebsdauer des Motors ansammeln.
Ferner kann das Lufteinlasssystem 104 eine Einlassleitung 168 umfassen, die Luft zur Verbrennung von einer Umgebung 166 empfangen kann und mit dem Einlassanschluss 140 des Gehäuses 130 gekoppelt sein kann. Der Lufteinlasssystem 104 kann auch einen Auslasskanal 170 umfassen, der von dem Luftfilter 110 gefilterte Luft an den Motor 102 zuführen kann, und der zwischen der Auslassöffnung 142 und dem Antriebsmotor 102 gekoppelt sein kann.
In einer Ausführungsform kann der Luftfilter 110 einen ersten Sensor 176 und einen zweiten Sensor 178 umfassen. Der erste Sensor 176 kann innerhalb des ersten Kammerabschnitts 146 untergebracht sein, während der zweite Sensor 178 innerhalb des zweiten Kammerabschnitts 148 untergebracht sein kann. Der erste Sensor 176 kann einen ersten Druck von Luft im Inneren des ersten Kammerabschnitts 146 messen, während der zweite Sensor 178 einen zweiten Druck von Luft im Inneren des zweiten Kammerabschnitts 148 während des Motorbetriebs messen kann.
Das Gebläse 116 kann fluidmäßig mit dem Luftfilter 110 und insbesondere mit dem ersten Kammerabschnitt 146 des Luftfilters 110 gekoppelt sein. Zum Beispiel kann das Gebläse 116 fluidmäßig mit der ersten Öffnung 160, die in dem ersten Kammerabschnitt 146 definiert ist, über eine erste Fluidleitung 180 gekoppelt sein. Das Gebläse 116 ist dazu ausgestaltet, einen Sog zu erzeugen und Luft von dem ersten Kammerabschnitt 146 anzusaugen. Das Gebläse 116 kann auch eine Fluidaustrittsleitung 182 umfassen, die das Freisetzen der Luft (von dem ersten Kammerabschnitt 146 empfangen) von dem Gebläse 116 erleichtert.
Das Luftreservoir 112 kann dazu ausgestaltet sein, Luft unter einem Druck zu speichern (d. h., Druckluft), und kann dazu ausgestaltet sein, die Druckluft an den zweiten Kammerabschnitt 148 des Luftfilters 110 zu liefern, um ein Ausblasen des Luftfilters 110 (d. h., des Filterelements 132 des Luftfilters 110) von Verunreinigungen 164 zu erleichtern. Insbesondere kann das Luftreservoir 112 fluidmäßig mit der zweiten Öffnung 162, und somit mit dem zweiten Kammerabschnitt 148 des Luftfilters 110, über eine zweite Fluidleitung 184 gekoppelt sein. Ein Ausblasen des Luftfilters 110 ist gemäß der vorliegenden Offenbarung definiert als Entfernen von Schmutz oder Verunreinigungen 164 aus dem Filterelement 132.
Obwohl ein Luftreservoir 112 offenbart wird, ist es auch möglich, dass einige Implementierungen eine andere Luftquelle als das Luftreservoir 112 einsetzen können. Zum Beispiel kann ein Luftkompressor (nicht dargestellt) oder ein Luftakkumulator (nicht dargestellt) mit dem zweiten Kammerabschnitt 148 des Luftfilters 110 über die zweite Öffnung 162 in Fluidverbindung stehen, und kann geeignet sein, Luft mit einem Druck an den zweiten Kammerabschnitt 148 (und damit die zweite Oberfläche 156) des Filterelements 132 zu liefern, um das Ausblasen des Filterelements 132 zu erleichtern.
Das Steuerventil 114 ist dazu ausgestaltet, einen Luftstrom von dem Luftreservoir 112 zu dem Luftfilter 110 zu steuern. Das Steuerventil 114 kann mit der zweiten Fluidleitung 184 gekoppelt sein, die sich zwischen dem Luftreservoir 112 und der zweiten Öffnung 162 des zweiten Kammerabschnitts 148 des Luftfilters 110 erstreckt, und kann in der Lage sein, einen Luftstrom zu regeln, der von dem Luftreservoir 112 zu dem Luftfilter 110 geführt wird, um den Luftfilter 110 (d. h., das Filterelement 132) von Verunreinigungen 164 zu befreien. Das Steuerventil 114 kann ein unidirektionales Ventil sein, das geöffnet werden kann, um einen Luftstrom von dem Luftreservoir 112 zu dem Luftfilter 110 (siehe Richtung B) zu ermöglichen, um den Luftfilter 110 auszublasen, und das geschlossen werden kann, um die Übertragung und das Ausblasen des Luftfilters 110 zu stoppen. Das Steuerventil 114 kann ein elektrisch gesteuertes Ventil sein, das zum Beispiel einen Elektromagnetmechanismus umfasst, der auf ein Spannungssignal anspricht und auf dessen Grundlage das Steuerventil 114 geöffnet und/oder geschlossen werden kann.
Das Lufteinlasssystem 104 kann ein Hilfs-Steuergerät 190 umfassen. Das Hilfs-Steuergerät 190 kann eine Zufuhr von Spannungssignalen an das Steuerventil 114 zum Öffnen und Schließen des Steuerventils 114 steuern. Die Spannungssignale können durch eine Kommunikationsleitung 200 des Lufteinlasssystems 104 wie dargestellt übertragen werden. Als ein Beispiel kann, wenn das Steuerventil 114 geöffnet werden muss, das Hilfs-Steuergerät 190 ein Spannungssignal, das über einem ersten Schwellenwert liegt, an das Steuerventil 114 liefern. In Ansprechen auf das Spannungssignal, das über dem ersten Schwellenwert liegt, kann das Steuerventil 114 geöffnet werden, um Druckluft von dem Luftreservoir 112 zu dem Luftfilter 110 strömen zu lassen. Wenn das Steuerventil 114 umgekehrt geschlossen werden muss, kann das Hilfs-Steuergerät 190 die Übertragung eines Spannungssignals ganz einstellen, oder kann das Spannungssignal unter einen zweiten Schwellenwert verringern. In Ansprechen auf das Spannungssignal, das unter dem zweiten Schwellenwert liegt, kann das Steuerventil 114 geschlossen werden, um die Strömung der Druckluft von dem Luftreservoir 112 zu dem Luftfilter 110 zu blockieren.
In einem Beispiel kann die Zufuhr von Spannungssignalen, um das Steuerventil 114 zu öffnen, auf einer Bestimmung basieren, dass ein Verstopfen des Luftfilters 110 (d. h., des Filterelements 132) über einem ersten Verstopfungs-Schwellenwert liegt. Zum Beispiel kann das Hilfs-Steuergerät 190 die Verstopfung des Luftfilters 110 bestimmen, indem es eine Druckdifferenz über den Luftfilter 110 misst. Um die Druckdifferenz zu messen, kann das Hilfs-Steuergerät 190 Daten von den Sensoren 176, 178 abfragen, die während des Motorbetriebs jeweils einen Druck von Luft in dem ersten Kammerabschnitt 146 und in dem zweiten Kammerabschnitt 148 des Filterelements 132 messen. Wenn eine Druckdifferenz zwischen der ersten Oberfläche 154 und der zweiten Oberfläche 156 eine Druckschwellendifferenz (d. h., eine erste Schwellendifferenz) überschreitet, kann bestimmt werden, dass ein Verstopfen des Luftfilters 110 auch den ersten Verstopfungs-Schwellenwert überschritten haben kann, und dass ein Ausblasen des Luftfilters 110 erforderlich sein kann. Dementsprechend kann ein Spannungssignal über dem ersten Schwellenwert an das Steuerventil 114 geliefert werden, um das Steuerventil 114 zu öffnen. Wenn in ähnlicher Weise eine Druckdifferenz unter eine Druckschwellendifferenz (d. h., eine zweite Schwellendifferenz) fallen würde, kann bestimmt werden, dass auch ein Verstopfen des Luftfilters 110 unter einen zweiten Verstopfungs-Schwellenwert gefallen sein kann, und dass ein Ausblasen des Luftfilters 110 nicht erforderlich sein kann und/oder gestoppt werden kann. Dementsprechend kann entweder ein Spannungssignal unter dem zweiten Schwellenwert an das Steuerventil 114 geliefert werden, um das Steuerventil 114 zu schließen, oder alternativ kann eine Spannungsübertragung an das Steuerventil 114 ganz eingestellt werden, um das Steuerventil 114 zu schließen.
Zusätzlich oder optional kann die Zufuhr von Spannungssignalen zum Öffnen und Schließen des Steuerventils 114 auf Grundlage eines vorbestimmten Betriebsmusters oder eines vorbestimmten Zustands des Motors 102 erfolgen. Als ein Beispiel des vorbestimmten Betriebsmusters kann ein Ausblasen des Luftfilters 110 in regelmäßigen Intervallen erfolgen, und entsprechend kann das Steuerventil 114 während dieser regelmäßigen Intervalle mit Spannungssignalen zum Öffnen und Schließen versorgt werden. Zum Beispiel kann das Ausblasen stündlich, täglich, wöchentlich etc. erfolgen. Als ein Beispiel eines vorbestimmten Zustands des Motors 102 kann das Ausblasen erfolgen, wenn eine Motordrehzahl unter eine Drehzahlschwelle fällt. Zum Beispiel kann das Ausblasen während eines Zustands niedriger Motordrehzahl oder in einem Motorleerlaufzustand erfolgen, und entsprechend kann das Steuerventil 114 während solch eines vorbestimmten Zustands mit Spannungssignalen zum Öffnen und Schließen versorgt werden.
Das Steuergerät 118 kann mit dem Gebläse 116 und mit der Kommunikationsleitung 200 gekoppelt sein, die sich zwischen dem Hilfs-Steuergerät 190 und dem Steuerventil 114 erstreckt. Das Steuergerät 118 ist dazu ausgestaltet, die Spannungssignale zu erfassen, die von dem Steuerventil 114 empfangen werden können, und den Beginn des Ausblasens des Luftfilters 110 zu bestimmen, wenn ein Spannungssignal, das von dem Steuerventil 114 empfangen werden kann, über einem ersten Schwellenwert erfasst wird. Das Steuergerät 118 ist auch dazu ausgestaltet, den Abschluss des Ausblasens des Luftfilters 110 zu bestimmen, wenn ein Spannungssignal, das von dem Steuerventil 114 empfangen werden kann, für eine vordefinierte Zeitdauer t1 unter einen zweiten Schwellenwert fällt. In einem Beispiel kann das Steuergerät 118 eine Kommunikationsleitung 206 umfassen, die mit der Kommunikationsleitung 200, die sich zwischen dem Hilfs-Steuergerät 190 und dem Steuerventil 114 erstreckt, gespleisst sein kann. Auf diese Weise kann eine Zufuhr von Spannung, die von dem Hilfs-Steuergerät 190 an das Steuerventil 114 geleitet wird, durch das Steuergerät 118 gesammelt werden, um den Beginn und/oder Abschluss eines Ausblasens des Luftfilters 110 zu bestimmen.
In einem Beispiel kann das Lufteinlasssystem 104 einen Sensor 210 umfassen, etwa einen Spannungssensor, der an der Kommunikationsleitung 200 angeordnet ist, und der das Spannungssignal erfassen kann, das durch die Kommunikationsleitung 200 läuft. Das Steuergerät 118 kann mit dem Sensor 210 über die Kommunikationsleitung 206 gekoppelt sein, um Daten zu empfangen, die das Spannungssignal betreffen, um den Beginn und/oder Abschluss eines Ausblasens des Luftfilters 110 zu bestimmen.
Auf Grundlage der Bestimmung des Beginns des Ausblasens des Luftfilters 110 ist das Steuergerät 118 ferner dazu ausgestaltet, das Gebläse 116 zu aktivieren, um den Sog zu erzeugen und die ausgeblasenen Verunreinigungen 164 von dem Luftfilter 110 abzuziehen (d. h., von dem ersten Kammerabschnitt 146 des Luftfilters 110), um ein Ausblasen des Luftfilters 110 zu ermöglichen. Auf Grundlage der Bestimmung eines Abschlusses des Ausblasens des Luftfilters 110 (d. h., wenn das Spannungssignal, das von dem Steuerventil 114 empfangen werden kann, für eine vordefinierte Zeitdauer t1 unter einen zweiten Schwellenwert fällt), ist das Steuergerät 118 ferner dazu ausgestaltet, das Gebläse 116 zu deaktivieren. In einer Ausführungsform kann das Steuergerät 118 das Gebläse 116 nur deaktivieren, nachdem eine vorbestimmte Zeit t2 seit der Bestimmung eines Abschlusses des Ausblasens des Luftfilters 110 abgelaufen ist. Während dieser vorbestimmten Zeit t2 kann das Steuergerät 118 nach der Möglichkeit eines Starts des nächsten Ausblaszyklus des Luftfilters 110 suchen, und so könnte das Steuergerät 118 das Gebläse 116 für einen oder mehrere Ausblaszyklen des Luftfilters 110 aktiviert halten.
In einer Ausführungsform kann jeder Ausblaszyklus des Luftfilters 110 ein oder mehrere Ausblasereignisse umfassen. Insbesondere kann das Steuergerät 118 erfassen, dass das Spannungssignal unter einen zweiten Schwellenwert folgt, nachdem erfasst wurde, dass das Spannungssignal den ersten Schwellenwert überschreitet, und diese sequenzielle Bestimmung zu einem einzelnen Spannungsimpuls und somit zu einem einzelnen Ausblasereignis des Luftfilters 110 korrelieren. Das Steuergerät 118 kann mehrere solche Ausblasereignisse auf das einzelne Ausblasereignis folgend erfassen, jeweils innerhalb regelmäßiger Zeitintervalle, und solche mehreren Ausblasereignisse können einem Ausblaszyklus des Luftfilters 110 entsprechen. In einer Ausführungsform kann das Steuergerät 118 das Gebläse 116 für einen gesamten Ausblaszyklus aktiv halten, und kann dazu ausgestaltet sein, das Gebläse 116 bei/nach Bestimmung des Abschlusses des Ausblaszyklus nach der vordefinierten Zeitdauer t1 zu deaktivieren. Ein ständiges Laufen des Gebläses 116 für einen gesamten Ausblaszyklus kann ein effektives Entfernen der ausgeblasenen Verunreinigungen 164 von dem Luftfilter 110 erleichtern, da das Gebläse 116 nicht für jedes aufeinanderfolgende Ausblasereignis des Ausblaszyklus wiederholt von einer minimalen Drehzahl auf die maximale Drehzahl hochdrehen muss. Wenn das Steuergerät 118 einen Beginn des nächsten Ausblaszyklus des Luftfilters 110 bestimmt, kann das Steuergerät 118 dann das Gebläse 116 wieder aktivieren, und kann das Gebläse 116 aktiv halten, bis das letzte Ausblasereignis des nächsten Ausblaszyklus geendet hat und die zugehörige vordefinierte Zeitdauer t1 abgelaufen ist.
In einer Ausführungsform kann das Hilfs-Steuergerät 190 entfallen, und die Funktionen des Hilfs-Steuergeräts 190 können durch das Steuergerät 118 ausgeführt werden. Dementsprechend ist es für das Steuergerät 118 möglich, ein Verstopfen des Luftfilters 110 zu bestimmen, wenn die Druckdifferenz zwischen der ersten Oberfläche 154 und der zweiten Oberfläche 156 die erste Schwellendifferenz übersteigt, und somit kann das Steuergerät 118 auch den Abschluss des Ausblasens des Luftfilters 110 bestimmen, wenn die Verstopfung des Luftfilters 110 unter dem zweiten Verstopfungs-Schwellenwert liegt. Außerdem kann das Steuergerät 118 auch eine Verstopfung des Luftfilters 110 bestimmen und das Gebläse 116 aktivieren, wenn die Verstopfung des Luftfilters 110 über dem ersten Verstopfungs-Schwellenwert liegt.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Während des Betriebs kann Luft zur Verbrennung aus der Umgebung 166 in den Motor 102 zur Verbrennung angesaugt werden. Diese Luft kann zuerst in die Einlassleitung 168 strömen, durch den Einlassanschluss 140 in den Luftfilter 110 gelangen und auf die erste Oberfläche 154 des Filterelements 132 treffen. Wenn die Luft ferner in den Motor 102 eingezogen wird, passiert die Luft das Filterelement 132 und wird von den Verunreinigungen 164 befreit. Gefilterte Luft wird dann weiter an die eine oder die mehreren Verbrennungskammern innerhalb des Antriebsmotors 102 weitergeführt. Während des Durchgangs von Luft durch das Filterelement 132 fängt die erste Oberfläche 154 des Filterelements 132 die Verunreinigungen 164 darin ein. Mit der Zeit kann sich, wenn mehr und mehr Luft in den Motor 102 gesaugt wird, ein Grad der Verunreinigungen 164, die an der ersten Oberfläche 154 gefangen sind, erhöhen. Dieser Anstieg der Verunreinigungen 164 kann schließlich den ersten Verstopfungs-Schwellenwert überschreiten, was die Notwendigkeit anzeigt, den Luftfilter 110 auszublasen.
In Ansprechen auf das Überschreiten des ersten Verstopfungs-Schwellenwerts kann das Hilfs-Steuergerät 190 ein Spannungssignal (das über dem ersten Schwellenwert liegt) an das Steuerventil 114 ausgeben, um das Steuerventil 114 zu öffnen, was Luft von dem Luftreservoir 112 veranlasst, zu der zweiten Oberfläche 156 des Filterelements 132 hin zu strömen. Diese Luft bewegt sich durch das Filterelement 132, von der zweiten Oberfläche 156 zu der ersten Oberfläche 154, und beim Durchgang durch das Filterelement 132 löst sie die Verunreinigungen 164, die an der ersten Oberfläche 154 des Filterelements 132 gefangen sind, und bewegt die Verunreinigungen 164 zu dem ersten Kammerabschnitt 146.
Das Steuergerät 118 kann erfassen, dass das Spannungssignal, das von dem Hilfs-Steuergerät 190 ausgegeben wird, über dem ersten Schwellenwert liegt, und kann entsprechend den Beginn des Ausblasens des Luftfilters 110 bestimmen. Auf Grundlage dieser Bestimmung und gemäß einem Verfahren zum Betreiben des Lufteinlasssystems 104, kann das Steuergerät 118 das Gebläse 116 aktivieren, das einen Sog erzeugen und Luft von dem ersten Kammerabschnitt 146 des Luftfilters 110 ansaugen kann. Dies erleichtert wiederum, die ausgeblasenen Verunreinigungen 164 (von der ersten Oberfläche 154 abgelöst) zusammen mit der Luft, die von dem ersten Kammerabschnitt 146 zu dem Gebläse 116 gezogen wird, abfließen zu lassen und sie dann durch die Fluidauslassleitung 182 an die Umgebung 166 freizusetzen.
Während allmählich die Verunreinigungen 164 von der ersten Oberfläche 154 abgeblasen und gelöst werden, kann die Verstopfung des Luftfilters 110 unter einen zweiten Verstopfungs-Schwellenwert fallen, und eine Druckdifferenz zwischen dem ersten Kammerabschnitt 146 und dem zweiten Kammerabschnitt 148 kann abnehmen. Die Druckdifferenz kann allmählich unter die zweite Schwellendifferenz fallen. An diesem Punkt kann das Steuergerät 118 bestimmen, dass eine Verstopfung des Luftfilters 110 unter den zweiten Verstopfungs-Schwellenwert gefallen ist, und dass ein weiteres Ausblasen des Luftfilters 110 nicht erforderlich sein und/oder gestoppt werden kann. Dementsprechend kann das Hilfs-Steuergerät 190 die Übertragung eines Spannungssignals einstellen oder ein Spannungssignal, das unter dem zweiten Schwellenwert liegt, an das Steuerventil 114 übertragen, um das Steuerventil 114 zu schließen.
Das Steuergerät 118 kann dieses Spannungssignal (d. h., unter dem zweiten Schwellenwert) für die vordefinierte Zeitdauer t1 erfassen und entsprechend den Abschluss des Ausblasens des Luftfilters 110 bestimmen. In einer Ausführungsform und gemäß dem Verfahren zum Betreiben des Lufteinlasssystems 104 kann das Steuergerät 118 das Gebläse 116 entweder nach Abschluss des Ausblasens des Luftfilters 110 oder nachdem die vorbestimmte Zeit t2 seit der Bestimmung des Abschlusses abgelaufen ist, deaktivieren.
In einer Ausführungsform kann, wenn das Hilfs-Steuergerät 190 weggelassen wird, das Steuergerät 118 direkt mit dem ersten Sensor 176 und dem zweiten Sensor 178 verknüpft sein, und kann direkt den Eingang von dem ersten Sensor 176 und dem zweiten Sensor 178 über jeweilige Druckbedingungen innerhalb des ersten Kammerabschnitts 146 und des zweiten Kammerabschnitts 148 abrufen. Solche Eingänge können dem Steuergerät 118 helfen, eine Druckdifferenz über den Luftfilter 110 (d. h. über das Filterelement 132) zu bestimmen. Sobald das Steuergerät 118 eine Zunahme der Druckdifferenz über der ersten Schwellendifferenz erfassen kann, kann das Steuergerät 118 dementsprechend ein Spannungssignal, das über dem ersten Schwellenwert liegt, an das Steuerventil 114 zur Öffnung das Steuerventil 114 übertragen. Gleichzeitig oder darauffolgend kann das Steuergerät 118 auch das Gebläse 116 aktivieren, so dass das Gebläse 116 einen Sog erzeugen und ausgeblasene Verunreinigungen 164 von dem ersten Kammerabschnitt 146 des Luftfilters 110 abziehen kann. Sobald das Steuergerät 118 eine Abnahme der Druckdifferenz über der ersten Schwellendifferenz erfassen kann, kann das Steuergerät 118 dementsprechend die Übertragung des Spannungssignals anhalten oder die Signalspannungsübertragung auf einen Wert unter dem zweiten Schwellenwert verringern, um das Steuerventil 114 zu schließen. Das Steuergerät 118 kann den Abschluss des Ausblasens des Luftfilters 110 bestimmen, wenn das Spannungssignal, das von dem Steuerventil 114 empfangen werden kann, für die vordefinierte Zeitdauer t1 unter einen zweiten Schwellenwert fällt, und kann das Gebläse 116 deaktivieren. Wie bei der vorstehenden Erläuterung kann das Steuergerät 118 alternativ das Gebläse 116 nur deaktivieren, nachdem die vorbestimmte Zeit t2 seit der Bestimmung des Abschlusses des Ausblasens des Luftfilters 110 abgelaufen ist.
Die Deaktivierung des Gebläses 116 verhindert einen ständigen Arbeitsmodus des Gebläses 116 und verhindert somit einen unnötigen Energieentzug von dem Motorsystem 100. Außerdem hält diese Deaktivierung des Gebläses 116 das Gebläse 116 in Perioden, in denen kein Ausblasen erforderlich ist oder durchgeführt wird, außer Betrieb, wodurch die Nutzlebensdauer des Gebläses 116 verlängert wird. Zusätzlich verringert die Gebläsedeaktivierung auch eine Gesamtreduktion der Begrenzung auf den effektiven Einlassdruck des Motors 102, da ein durchgehender Gebläsebetrieb auf andere Weise einen Teil des Drucks, der an den ersten Kammerabschnitt 146 geliefert wird, wegnehmen würde, dadurch wird die Motorleistung verbessert und parasitäre Verluste werden verringert.
Dem Fachmann ist bekannt, dass verschiedene Modifikationen und Abwandlungen an dem System der vorliegenden Offenbarung vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzbereich der Offenbarung abzuweichen. Andere Ausführungsformen werden für den Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung und einer praktischen Ausführung der darin offenbarten Ausführungsformen klar sein. Es ist angedacht, dass die Spezifikation und die Beispiele als beispielhaft betrachtet werden, wobei der wahre Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung durch die folgenden Ansprüche und deren Äquivalente angegeben wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 9273648 [0003]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Lufteinlasssystems für einen Motor, wobei das Lufteinlasssystem einen Luftfilter umfasst, der dazu ausgestaltet ist, gefilterte Luft an den Motor zur Verbrennung zuzuführen, wobei das Verfahren umfasst: Aktivieren eines Gebläses durch ein Steuergerät, um einen Sog zu erzeugen und ausgeblasene Verunreinigungen aus dem Luftfilter abzuziehen, um das Ausblasen des Luftfilters zu erleichtern; und Deaktivieren des Gebläses durch das Steuergerät, wenn bestimmt wurde, dass das Ausblasen des Luftfilters abgeschlossen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Bestimmen eines Beginns des Ausblasens des Luftfilters, wobei das Gebläse aktiviert wird, wenn der Beginn des Ausblasens des Luftfilters bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Lufteinlasssystem umfasst: ein Luftreservoir, das dazu ausgestaltet ist, Luft unter einem Druck zu speichern, und dazu ausgestaltet ist, Luft an den Luftfilter zu liefern, um das Ausblasen des Luftfilters zu erleichtern, und ein Steuerventil, das dazu ausgestaltet ist, die Luftströmung von dem Luftreservoir zu dem Luftfilter zu steuern, wobei das Bestimmen des Beginns des Ausblasens des Luftfilters umfasst: Erfassen eines Spannungssignals, das von dem Steuerventil empfangen werden kann, durch das Steuergerät, und Bestimmen des Beginns des Ausblasens des Luftfilters durch das Steuergerät, wenn das Spannungssignal über einem ersten Schwellenwert erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 3, ferner umfassend das Bestimmen des Abschlusses des Ausblasens des Luftfilters, wenn das Spannungssignal, das von dem Steuerventil empfangen werden kann, für eine vordefinierte Zeitdauer unter einen zweiten Schwellenwert fällt.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Bestimmen einer Verstopfung des Luftfilters, wobei das Gebläse aktiviert wird, wenn die Verstopfung des Luftfilters über einem ersten Verstopfungs-Schwellenwert liegt.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Bestimmen der Verstopfung des Luftfilters das Messen einer Druckdifferenz über den Luftfilter umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Bestimmen einer Verstopfung des Luftfilters, wobei der Abschluss des Ausblasens des Luftfilters bestimmt wird, wenn die Verstopfung des Luftfilters unter einem zweiten Verstopfungs-Schwellenwert liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Gebläse deaktiviert wird, nachdem eine vorbestimmte Zeit seit der Bestimmung des Abschlusses des Ausblasens des Luftfilters abgelaufen ist.
Lufteinlasssystem für einen Motor, wobei das Lufteinlasssystem umfasst: einen Luftfilter, der dazu ausgestaltet ist, gefilterte Luft an den Motor zur Verbrennung bereitzustellen; ein Luftreservoir, das Luft unter einem Druck speichert und dazu ausgestaltet ist, die Luft an den Luftfilter zu liefern, um ein Ausblasen von Verunreinigungen aus dem Luftfilter zu erleichtern; ein Steuerventil, das dazu ausgestaltet ist, die Luftströmung von dem Luftreservoir zu dem Luftfilter zu steuern; ein Gebläse, das fluidmäßig mit dem Luftfilter gekoppelt ist, und ein Steuergerät, das dazu ausgestaltet ist: das Gebläse zu aktivieren, um einen Sog zu erzeugen und ausgeblasene Verunreinigungen aus dem Luftfilter abzuziehen, um das Ausblasen des Luftfilters zu erleichtern, und das Gebläse zu deaktivieren, wenn bestimmt wurde, dass das Ausblasen des Luftfilters abgeschlossen ist.
Lufteinlasssystem nach Anspruch 9, wobei das Steuergerät dazu ausgestaltet ist, den Beginn des Ausblasens des Luftfilters zu bestimmen, wobei das Steuergerät das Gebläse aktiviert, wenn der Beginn des Ausblasens des Luftfilters bestimmt wurde.
Lufteinlasssystem nach Anspruch 10, wobei das Steuergerät dazu ausgestaltet ist, den Beginn des Ausblasens des Luftfilters zu bestimmen durch: Erfassen eines Spannungssignals, das von dem Steuerventil empfangen werden kann, und Bestimmen des Beginns des Ausblasens des Luftfilters, wenn das Spannungssignal über einem ersten Schwellenwert erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend das Bestimmen des Abschlusses des Ausblasens des Luftfilters, wenn das Spannungssignal, das von dem Steuerventil empfangen werden kann, für eine vordefinierte Zeitdauer unter einen zweiten Schwellenwert fällt.
Lufteinlasssystem nach Anspruch 9, wobei das Steuergerät dazu ausgestaltet ist, eine Verstopfung des Luftfilters zu bestimmen, wobei das Gebläse aktiviert wird, wenn die Verstopfung des Luftfilters über einem ersten Verstopfungs-Schwellenwert liegt.
Lufteinlasssystem nach Anspruch 13, wobei das Bestimmen der Verstopfung des Luftfilters das Messen einer Druckdifferenz über den Luftfilter umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend das Bestimmen einer Verstopfung des Luftfilters, wobei der Abschluss des Ausblasens des Luftfilters bestimmt wird, wenn die Verstopfung des Luftfilters unter einem zweiten Verstopfungs-Schwellenwert liegt.
Lufteinlasssystem nach Anspruch 9, wobei das Gebläse deaktiviert wird, nachdem eine vorbestimmte Zeit seit der Bestimmung des Abschlusses des Ausblasens des Luftfilters abgelaufen ist.
Motorsystem umfassend: einen Motor; und ein Lufteinlasssystem, das fluidmäßig mit dem Motor gekoppelt ist, um an den Motor Luft zur Verbrennung zuzuführen, wobei das Lufteinlasssystem umfasst: einen Luftfilter, um gefilterte Luft an den Motor zuzuführen; ein Luftreservoir, das Luft unter einem Druck speichert und dazu ausgestaltet ist, die Luft an den Luftfilter zu liefern, um ein Ausblasen von Verunreinigungen aus dem Luftfilter zu erleichtern; ein Steuerventil, das dazu ausgestaltet ist, die Luftströmung von dem Luftreservoir zu dem Luftfilter zu steuern; ein Gebläse, das fluidmäßig mit dem Luftfilter gekoppelt und dazu ausgestaltet ist, einen Sog zu erzeugen und ausgeblasene Verunreinigungen aus dem Luftfilter abzuziehen, um das Ausblasen des Luftfilters zu erleichtern; und ein Steuergerät, das dazu ausgestaltet ist: einen Beginn des Ausblasens des Luftfilters zu bestimmen, das Gebläse zu aktivieren, wenn der Beginn des Ausblasens des Luftfilters bestimmt wurde, und das Gebläse zu deaktivieren, wenn bestimmt wurde, dass das Ausblasen des Luftfilters abgeschlossen ist.
Motorsystem nach Anspruch 17, wobei das Steuergerät dazu ausgestaltet ist, den Beginn des Ausblasens des Luftfilters zu bestimmen durch: Erfassen eines Spannungssignals, das von dem Steuerventil empfangen werden kann, und Bestimmen des Beginns des Ausblasens des Luftfilters, wenn das Spannungssignal über einem ersten Schwellenwert erfasst wird.
Motorsystem nach Anspruch 18, wobei das Steuergerät dazu ausgestaltet ist, den Abschluss des Ausblasens des Luftfilters zu bestimmen, wenn das Spannungssignal, das von dem Steuerventil empfangen werden kann, für eine vordefinierte Zeitdauer unter einen zweiten Schwellenwert fällt.
Motorsystem nach Anspruch 17, wobei das Gebläse deaktiviert wird, nachdem eine vorbestimmte Zeit seit der Bestimmung des Abschlusses des Ausblasens des Luftfilters abgelaufen ist.