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Die vorliegende Beschreibung bezieht sich auf Verbrennungsmotoren und insbesondere auf Kühlmittel- und Stellgliedsteuerungssysteme und -verfahren.
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Ein Verbrennungsmotor verbrennt Luft und Kraftstoff innerhalb von Zylindern, um ein Drehmoment zu erzeugen. Die Verbrennung von Luft und Kraftstoff erzeugt auch Wärme und Abgase. Vom Motor erzeugte Abgase fließen durch ein Abgassystem bevor sie in die Atmosphäre ausgestoßen werden.
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Übermäßiges Beheizen kann die Lebensdauer des Motors, der Motorkomponenten und/oder anderer Komponenten des Fahrzeugs verkürzen. Solche Fahrzeuge, die einen Verbrennungsmotor beinhalten, beinhalten in der Regel einen Kühler, der mit den Kühlmittelkanälen innerhalb des Motors verbunden ist. Motorkühlmittel zirkuliert durch die Kühlmittelkanäle und den Kühler. Das Motorkühlmittel nimmt die Wärme vom Motor auf und führt die Wärme an den Kühler ab. Der Kühler überträgt die Hitze vom Motorkühlmittel auf die Luft, die am Kühler vorbeiströmt. Das gekühlte Motorkühlmittel, das den Kühler verlässt, zirkuliert zurück zum Motor, um den Motor zu kühlen.
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DE 10 2007 000 666 A1 beschreibt ein Reduktionsmittelzuführgerät mit einem Tank, einer Pumpe, einem Abgasrohr, einem Einspritzventil, einer Kühlmittelzirkulationseinrichtung und einer Steuerungseinrichtung. Der Tank hat in sich ein Reduktionsmittel und die Pumpe saugt das Reduktionsmittel aus dem Tank und lässt dieses aus. Das an dem Abgasrohr angebrachte Einspritzventil, durch das ein Abgas aus der Maschine strömt, spritzt das aus der Pumpe ausgelassene Reduktionsmittel in das Ablassrohr ein. Die Kühlmittelzirkulationseinrichtung zirkuliert das Kühlmittel zu dem Einspritzventil, um das Einspritzventil zu kühlen. Die Steuerungseinrichtung betätigt die Kühlmittelzirkulationseinrichtung nach dem Maschinenstopp für eine vorbestimmte Zeit.
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US 2015 / 0 211 401 A1 beschreibt eine Abgasverarbeitungsvorrichtung, welche umfasst: eine Abgasverarbeitungseinheit, die oberhalb eines Motors angeordnet ist; einen Reduktionsmitteltank, der ein Reduktionsmittel aufnimmt; eine Reduktionsmittelzufuhreinheit, die an der Abgasverarbeitungseinheit angebracht ist; eine Kühleinheit mit einem ersten Endabschnitt und einem zweiten Endabschnitt; eine Kühlwasseraufnahmeeinheit mit einem unteren Abschnitt, der unterhalb der Kühleinheit angeordnet ist; ein erstes Rohr, das den ersten Endabschnitt und die Kühlwasseraufnahmeeinheit verbindet; ein zweites Rohr, das den zweiten Endabschnitt und die Kühlwasseraufnahmeeinheit verbindet; eine Umwälzvorrichtung, die durch den Motor angetrieben wird. Das erste Rohr und das zweite Rohr sind mit dem unteren Teil verbunden. Das erste Rohr umfasst: einen Anschlussabschnitt, der mit dem ersten Endabschnitt verbunden ist; einen Scheitelabschnitt, der oberhalb der Kühleinheit angeordnet ist; einen Versorgungsabschnitt, der zwischen dem Anschlussabschnitt und dem Scheitelabschnitt angeordnet ist. Auf diese Weise ist es möglich, einen Temperaturanstieg in der Reduktionsmittel-Zufuhreinheit zu unterdrücken.
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DE 10 2014 221 655 A1 beschreibt ein Dosiermodul zum Einbringen eines Betriebsstoffes in eine Leitung, wobei das Dosiermodul mit einem Kühlmittelkreislauf zur bedarfsweisen Kühlung zumindest eines Teils des Dosiermoduls verschaltet ist, und wobei eine Durchflusssteuerungseinrichtung in dem Kühlmittelkreislauf angeordnet ist. Das Dosiermodul zeichnet sich durch eine Kühlung insbesondere in einem Abstellfall aus. Erreicht wird dies dadurch, dass die Durchflusssteuerungseinrichtung eine den Kühlmittelzufluss in das Dosiermodul und den Kühlmittelabfluss aus dem Dosiermodul beherrschende Ventileinrichtung ist, die aus einem eingangsseitig in das Dosiermodul verbauten Ventil und einem ausgangsseitig aus dem Dosiermodul verbauten Ventil besteht.
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US 2015 / 0 198 075 A1 beschreibt ein Kühlsystem für eine Einspritzdüsenspitze für ein Diesel-Emissions-Fluid (DEF)-Einspritzsystem. Das System verwendet eine Wärmesenke, wie z. B. einen Kopf für ein Regenerationssystem, um Kühlflüssigkeit zu verdampfen, in Kombination mit einem Phasentrennungsbehälter, um Kühlflüssigkeit durch einen Kühlkreislauf zurückzudrängen, wodurch die Kühlung einer Einspritzdüsenspitze nach dem Abschalten des Motors in einer heißen Abschaltsituation ermöglicht wird.
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Es kann als Aufgabe betrachtet werden, die Kühlung in einem Fahrzeug zu verbessern. Diese Aufgabe wird gelöst mit den Gegenständen der unabhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung wird durch die Ansprüche definiert.
- 1 ist ein Funktionsblockdiagramm, das ein Fahrzeugsystem mit einem Motorsystem und einem Kühlmittelsystem veranschaulicht;
- 2 ist ein Funktionsblockdiagramm, das ein Motorsteuergerät veranschaulicht;
- 3 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Bestimmen eines verdampften Zustands des Kühlmittels veranschaulicht;
- 4 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Mildern eines verdampften Zustands des Kühlmittels veranschaulicht; und
- 5 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Identifizieren eines kühlmittelarmen Zustands des Kühlmittelsteuerungssystems veranschaulicht.
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Ein Motor verbrennt Luft und Kraftstoff, um ein Antriebsmoment zu erzeugen. So verbrennt beispielsweise ein Dieselmotor Luft und Dieselkraftstoff in Zylindern, um ein Antriebsmoment zu erzeugen. Die Verbrennung von Luft und Kraftstoff erzeugt auch Wärme und Abgase. Vom Motor erzeugte Abgase strömen durch ein Abgassystem bevor sie in die Atmosphäre ausgestoßen werden.
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Eine Dieselabgasfluid-(DEF)-Einspritzdüse spritzt ein DEF (z. B. Harnstoff) in das Abgassystem ein, um die Menge einer oder mehrerer Abgaskomponenten (z. B. Stickoxide) zu reduzieren, bevor das Abgas in die Atmosphäre ausgestoßen wird.
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Eine Niederdruck-Kraftstoffpumpe pumpt Kraftstoff aus einem Kraftstofftank zu einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe. Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe pumpt den Kraftstoff zu einem Kraftstoffverteiler. Die Einspritzdüsen spritzen den Kraftstoff aus dem Kraftstoffverteiler in die Zylinder des Motors ein. Ein Kraftstoffregelventil regelt den Kraftstoffstrom vom Kraftstoffverteiler zurück zum Kraftstofftank. Kraftstoff kann auch aus den Einspritzdüsen in den Kraftstofftank zurückgeführt werden, wenn die Einspritzdüsen nicht ausreichend mit Energie zum Öffnen der Einspritzdüsen versorgt werden.
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Ein Kühlmittelsystem zirkuliert das Kühlmittel durch verschiedene Komponenten des Fahrzeugs. So beinhaltet das Kühlmittelsystem beispielsweise eine erste Kühlmittelpumpe, die Kühlmittel durch den Motor pumpt, einen Kühler und eine oder mehrere andere Komponenten, beispielsweise zum Kühlen des Motors und der einen oder mehreren anderen Komponenten. Das Kühlmittelsystem beinhaltet auch eine zweite Kühlmittelpumpe, die Kühlmittel durch einen Wärmetauscher, die DEF-Einspritzdüse und einen Kraftstoffwärmetauscher pumpt. Kraftstoff, der vom Kraftstoffverteiler zurück zum Kraftstofftank fließt (durch Öffnen des Kraftstoffregelventils), fließt durch den Kraftstoffwärmetauscher auf seinem Weg vom Kraftstoffverteiler zum Kraftstofftank.
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Der Wärmetauscher überträgt die Wärme von dem durch den Wärmetauscher strömenden Kühlmittel auf die den Wärmetauscher passierende Luft. Das Kühlmittel strömt aus einem Kühlmittelbehälter durch den Wärmetauscher zur DEF-Einspritzdüse. Kühlmittel, das über die DEF-Einspritzdüse strömt, entzieht Wärme von der DEF-Einspritzdüse. Die Erwärmung der DEF-Einspritzdüse erfolgt über das Abgas und das Abgassystem. Das Kühlmittel strömt von der DEF-Einspritzdüse durch den Kraftstoffwärmetauscher zurück in den Kühlmittelbehälter. Das durch den Kraftstoffwärmetauscher strömende Kühlmittel überträgt Wärme zu und vom Kraftstoff, der vom Kraftstoffverteiler durch den Kraftstoffwärmetauscher in den Kraftstofftank fließt.
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Unter bestimmten Umständen kann eine Überhitzung der DEF-Einspritzdüse zu einer lokalen Verdampfung des Kühlmittels und einer Dampfsperre der zugehörigen Systeme führen. Dampfgesperrte Systeme können nicht unbedingt durch Erhöhen des Arbeitszyklus der Kühlmittelpumpe gemildert werden, und eine ineffektive Kühlung und/oder eine mögliche Beschädigung der Fahrzeughardware kann die Folge sein. Hierin sind Verfahren zum Identifizieren von verdampftem Kühlmittel, zum Mildern der Verdampfung von Kühlmittel und zum Identifizieren von kühlmittelarmen Zuständen vorgesehen.
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Unter Bezugnahme auf 1 wird ein Funktionsblockdiagramm eines exemplarischen Fahrzeugsystems mit einem Motorsystem und einem Kühlmittelkreislauf präsentiert. Die durchgezogenen Linien in 1 sind repräsentativ für elektrische Signale. Gestrichelte Linien sind repräsentativ für den Kühlmittelstrom. Gepunktete Linien sind repräsentativ für den Kraftstoffdurchsatz.
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Ein Fahrzeug beinhaltet eine oder mehrere Pumpen, die konfiguriert sind, um Dieselkraftstoff aus einem Kraftstofftank 116 zu einem Kraftstoffverteiler 124 zu fördern. Ein Fahrzeug beinhaltet beispielsweise eine Niederdruckpumpe 112, die Dieselkraftstoff aus dem Kraftstofftank 116 ansaugt und basierend auf einem ersten Solldruck Kraftstoff zu einer Hochdruckpumpe 120 pumpt. Die Niederdruckpumpe 112 kann eine elektrische Kraftstoffpumpe sein. Alternativ kann die Niederdruckpumpe 112 mechanisch angetrieben werden (z. B. durch einen Motor 104). Die Niederdruckpumpe 112 kann innerhalb oder außerhalb des Kraftstofftanks 116 angeordnet sein.
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Die Hochdruckpumpe 120 pumpt zum Kraftstoffverteiler 124 basierend auf einem zweiten Solldruck, der größer ist als der erste Solldruck. Die Hochdruckpumpe 120 kann mechanisch angetrieben werden (z. B. durch den Motor 104). Alternativ kann die Hochdruckpumpe 120 auch eine elektrische Kraftstoffpumpe sein.
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Die Kraftstoffeinspritzdüsen 128 sind mit dem Kraftstoffverteiler 124 gekoppelt und spritzen Kraftstoff aus dem Kraftstoffverteiler 124 direkt in die Zylinder des Motors 104 ein. So können beispielsweise ein oder mehrere Kraftstoffeinspritzdüsen pro Zylinder des Motors 104 vorgesehen werden. Die Verbrennung von Luft und Kraftstoff in den Zylindern erzeugt ein Antriebsmoment. Die Verbrennung von Luft und Kraftstoff führt zu Abgasen, die aus den Zylindern in ein Abgassystem ausgestoßen werden, bevor sie in die Atmosphäre ausgestoßen werden.
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Ein Kraftstoffregelventil 132 regelt den Kraftstoffdurchsatz vom Kraftstoffverteiler 124 zurück zum Kraftstofftank 116. Genauer gesagt fließt Kraftstoff vom Kraftstoffverteiler 124 zu einem Kraftstoffwärmetauscher 136 und vom Kraftstoffwärmetauscher 136 zum Kraftstofftank 116. Im Allgemeinen überträgt der Kraftstoffwärmetauscher 136 Wärme von dem durch den Kraftstoffwärmetauscher 136 fließenden Kraftstoff auf das durch den Kraftstoffwärmetauscher 136 fließenden Kühlmittel, um den in den Kraftstofftank 116 zurückfließenden Kraftstoff zu kühlen.
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Der Kraftstoff kann unter Umständen auch von den Einspritzdüsen 128 zurück in den Kraftstofftank 116 fließen. Wenn beispielsweise mindestens eine vorgegebene Leistung (z. B. Spannung oder Strom) für einen vorgegebenen Zeitraum an die Kraftstoffeinspritzdüsen 128 angelegt wird, öffnet sich eine Einspritzdüse. Kraftstoff kann aus der Kraftstoffeinspritzdüse zurück in den Kraftstofftank fließen, wenn die vorgegebene Leistung für einen Zeitraum angelegt wird, der kürzer als der vorgegebene Zeitraum ist, um die Kraftstoffeinspritzdüse zu öffnen.
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Der Motor 104 verbrennt ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff innerhalb der Zylinder, um ein Antriebsmoment zu erzeugen. Der Motor 104 überträgt ein Drehmoment auf das Getriebe. Das Getriebe überträgt das Drehmoment mittels eines Antriebssystems (nicht dargestellt) auf ein oder mehrere Räder des Fahrzeugs. Ein Motorsteuergerät (ECM) 108 kann ein oder mehrere Motorstellglieder steuern, um die Drehmomentabgabe des Motors 104, zum Beispiel basierend auf einem Soll-Drehmoment des Motors 104, zu steuern. Beispiele für Motorstellglieder sind zum Beispiel die Kraftstoffeinspritzdüsen 128, eine Drosselklappe, ein oder mehrere Turbolader, Ein- und/oder Auslassventilstellglieder, Nockenwellenversteller und andere Motorstellglieder.
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Eine Dieselabgasfluid-(DEF)-Einspritzdüse 140 spritzt DEF (z. B. Harnstoff) in das Abgassystem stromaufwärts eines Katalysators ein, wie beispielsweise einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR). Ammoniak aus dem DEF wird durch den Katalysator gespeichert. Ammoniak reagiert mit Stickoxiden (NOx), die den Katalysator passieren, wodurch die NOx-Emission aus dem Abgassystem reduziert wird.
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Eine DEF-Pumpe 144 saugt DEF aus einem DEF-Tank 148 an und pumpt DEF zur DEF-Einspritzdüse 140. Die DEF-Pumpe 144 kann eine elektrische DEF-Pumpe sein. Das ECM 108 kann die DEF-Pumpe 144 beispielsweise basierend auf einem Solldruck vom DEF an die DEF-Einspritzdüse 140 steuern.
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Die Verbrennung von Luft und Kraftstoff innerhalb des Motors 104 erzeugt Wärme. Der Motor 104 beinhaltet eine Vielzahl von Kühlmittelkanälen, durch die das Motorkühlmittel („Kühlmittel“) strömt. So beinhaltet beispielsweise der Motor 104 Kühlmittelkanäle durch einen (Zylinder-)Kopfabschnitt des Motors 104 und Kühlmittelkanäle durch einen Blockabschnitt des Motors 104. Der Motor 104 kann auch einen oder mehrere andere Kühlmittelkanäle durch einen oder mehrere andere Abschnitte des Motors 104 beinhalten.
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Eine erste Kühlmittelpumpe 152 saugt Kühlmittel aus einem Kühlmittelbehälter 156 an, wie beispielsweise einem ersten Abschnitt eines Kühlmittelüberlauftanks, und pumpt Kühlmittel in die Kühlmittelkanäle des Motors 104. Das durch den Motor 104 strömende Kühlmittel absorbiert die Wärme des Motors 104. Das Kühlmittel strömt vom Motor 104 zu einem ersten Kühler 158. Der erste Kühler 158 überträgt Wärme vom Kühlmittel, das durch den ersten Kühler 158 strömt, an die Luft, die um und durch den ersten Kühler 158 strömt. Die erste Kühlmittelpumpe 152 pumpt (gekühltes) Kühlmittel vom ersten Kühler 158 zum Motor 104. Die erste Kühlmittelpumpe 152 kann beispielsweise eine elektrische Kühlmittelpumpe sein.
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Eine zweite Kühlmittelpumpe 160 saugt Kühlmittel aus dem Kühlmittelbehälter 156 an, wie beispielsweise einem zweiten Abschnitt des Kühlmittelüberlauftanks, und pumpt Kühlmittel zu einem zweiten Wärmetauscher 164. Die zweite Kühlmittelpumpe 160 kann eine elektrische Pumpe sein. Der zweite Kühler 164 überträgt Wärme vom Kühlmittel, das durch den zweiten Kühler 164 strömt, an die Luft, die um und durch den zweiten Kühler 164 strömt.
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Ein oder mehrere Lüfter können Luft um und durch den ersten Kühler 158 und den zweiten Kühler 164 drücken, wenn der eine oder die mehreren Lüfter eingeschaltet sind. Eine aerodynamische Klappe 168 regelt den Umgebungsluftstrom durch einen Kühlergrill des Fahrzeugs zum zweiten Wärmetauscher 164 und zum ersten Kühler 158. Genauer gesagt ermöglicht die aerodynamische Klappe 168 den Umgebungsluftstrom vom Kühlergrill zum zweiten Kühler 164 und zum ersten Kühler 158, wenn die aerodynamische Klappe 168 geöffnet ist. Die aerodynamische Klappe 168 blockiert den Umgebungsluftstrom durch den Kühlergrill zum zweiten Kühler 164 und zum ersten Kühler 158, wenn die aerodynamische Klappe 168 geschlossen ist. Obwohl das Beispiel einer aerodynamischen Klappe dargestellt und erläutert wird, ist die vorliegende Anmeldung auch auf Implementierungen mit zwei oder mehr aerodynamischen Klappen anwendbar.
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Die DEF-Einspritzdüse 140 empfängt die Kühlmittelabgabe vom zweiten Kühler 164. Der Betrieb der DEF-Einspritzdüse 140 erzeugt Wärme. Die Wärme von der DEF-Einspritzdüse 140 kann auf das durch die DEF-Einspritzdüse 140 strömende Kühlmittel übertragen werden. Kühlmittel, das durch oder an der DEF-Einspritzdüse 140 vorbeigeführt wird, kühlt die DEF-Einspritzdüse 140 und DEF innerhalb der DEF-Einspritzdüse 140. Das Kühlmittel strömt von der DEF-Einspritzdüse 140 zum Kraftstoffwärmetauscher 136. Der Kraftstoffwärmetauscher 136 kann auch als Kraftstoffkühler bezeichnet werden.
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Der Kraftstoffwärmetauscher 136 überträgt Wärme zwischen dem Kühlmittel, das durch den Kraftstoffwärmetauscher 136 strömt, und dem Kraftstoff, der durch den Kraftstoffwärmetauscher 136 strömt. So kann beispielsweise Kühlmittel, das durch den Kraftstoffwärmetauscher 136 strömt, den durch den Kraftstoffwärmetauscher 136 strömenden Kraftstoff kühlen, wenn der durch den Kraftstoffwärmetauscher 136 strömende Kraftstoff heiß ist. Als weiteres Beispiel kann Kühlmittel, das durch den Kraftstoffwärmetauscher 136 strömt, den durch den Kraftstoffwärmetauscher 136 strömenden Kraftstoff erwärmen, um ein Vergelen des Kraftstoffs zu verhindern, wenn der Kraftstoff kalt ist. Die Kühlmittelabgabe aus dem Kraftstoffwärmetauscher 136 kann in den Kühlmittelbehälter 156 oder die zweite Kühlmittelpumpe 160 strömen. In verschiedenen Implementierungen kann Kraftstoff, der von den Kraftstoffeinspritzdüsen 128 zurück zum Kraftstofftank 116 strömt, auch durch den Kraftstoffwärmetauscher 136 auf dem Weg zum Kraftstofftank 116 strömen.
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Der Kühlmittelbehälter 156, die zweite Kühlmittelpumpe 160, der zweite Kühler 164, die DEF-Einspritzdüse 140 und der Kraftstoffwärmetauscher 136 bilden einen Kühlmittelkreislauf. Die zweite Kühlmittelpumpe 160 steuert einen Kühlmitteldurchsatz durch den Kühlmittelkreislauf.
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Ein Kraftstofftemperatursensor 172 misst eine Temperatur des Kraftstoffs im Kraftstofftank 116. So kann beispielsweise der Kraftstofftemperatursensor 172 zwischen dem Kraftstofftank 116 und der Hochdruckpumpe 120 angeordnet sein. Alternativ kann der Kraftstofftemperatursensor 172 beispielsweise innerhalb des Kraftstoffverteilers 124 angeordnet sein.
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Ein Kühlmitteltemperatursensor 176 misst eine Temperatur der Kühlmittelabgabe aus dem zweiten Kühler 164 (zur DEF-Einspritzdüse 140). Ein DEF-Einspritzdüsen-Temperatursensor 180 kann eine Temperatur der DEF-Einspritzdüse 140 messen. In verschiedenen Implementierungen kann die Temperatur der DEF-Einspritzdüse 140 basierend auf einem oder mehreren anderen Parametern durch das ECM 108 geschätzt werden. Es können auch einer oder mehrere andere Sensoren implementiert werden, wie beispielsweise ein Umgebungstemperatursensor, ein oder mehrere Motortemperatursensoren, ein aerodynamischer Klappenpositionssensor und/oder einer oder mehrere andere geeignete Fahrzeugsensoren.
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Unter Bezugnahme auf 2 ist ein Funktionsblockdiagramm einer exemplarischen Implementierung des ECM 108 dargestellt. Ein Reglersteuermodul 204 steuert das Öffnen des Regelventils 132. Wie vorstehend erläutert, steuert das Regelventil 132 den Kraftstoffdurchsatz vom Kraftstoffverteiler 124 zum Kraftstofftank 116.
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Ein Kraftstoffsteuermodul 208 steuert die Kraftstoffeinspritzdüsen 128, um die Kraftstoffeinspritzung durch die Einspritzdüsen 128 und den Kraftstoffdurchsatz von den Einspritzdüsen 128 zurück zum Kraftstofftank 116 zu steuern. So kann beispielsweise das Kraftstoffsteuermodul 208 eine vorgegebene Spannung an eine Kraftstoffeinspritzdüse anlegen, um die Kraftstoffeinspritzdüse zu öffnen und Kraftstoff einzuspritzen. Das Kraftstoffsteuermodul 208 kann unter Umständen keine Leistung an die Kraftstoffeinspritzdüse anlegen, um die Kraftstoffeinspritzdüse zu schließen. Das Kraftstoffsteuermodul 208 kann eine Spannung für eine Dauer anlegen, die kleiner als die vorgegebene Zeitspanne zum Öffnen der Kraftstoffeinspritzdüse und größer als Null ist, um die Kraftstoffeinspritzdüse zu veranlassen, Kraftstoff vom Kraftstoffverteiler 124 zurück zum Kraftstofftank 116 zu fördern.
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Ein DEF-Steuermodul 212 steuert die DEF-Einspritzung durch die DEF-Einspritzdüse 140. So kann beispielsweise das DEF-Steuermodul 212 eine vorgegebene Spannung an die DEF-Einspritzdüse 140 anlegen, um die DEF-Einspritzdüse 140 zu öffnen. Die DEF-Einspritzdüse 140 spritzt DEF in das Abgassystem ein, wenn die DEF-Einspritzdüse 140 geöffnet ist. Das DEF-Steuermodul 212 kann unter Umständen keine Leistung an die DEF-Einspritzdüse 140 anlegen, um die DEF-Einspritzdüse 140 zu schließen. Das DEF-Steuermodul 212 kann im Allgemeinen die Öffnung der DEF-Einspritzdüse 140 steuern, um einen Soll-DEF-Durchfluss in das Abgassystem zu erreichen.
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Ein Kühlmittelsteuermodul 216 steuert den Betrieb und die Leistung (z. B. Verdrängung und/oder Drehzahl) der zweiten Kühlmittelpumpe 160. Das Kühlmittelsteuermodul 216 kann die Leistungszufuhr zur zweiten Kühlmittelpumpe 160 steuern, um den Betrieb und die Leistung der zweiten Kühlmittelpumpe 160 zu steuern. Ein Klappensteuermodul 218 steuert eine Position der aerodynamischen Klappe 168. Die Stellung kann eine vollständig geöffnete Stellung (z. B. 100 Prozent geöffnet), eine vollständig geschlossene Stellung (z. B. 0 Prozent geöffnet) oder eine Stellung zwischen der vollständig geöffneten Stellung und der vollständig geschlossenen Stellung sein.
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Ein erstes Anforderungsmodul 220 bestimmt eine erste Solldrehzahl 224 der zweiten Kühlmittelpumpe 160 basierend auf einem oder mehreren Betriebsparametern 228, wie beispielsweise einer Temperatur der DEF-Einspritzdüse 140. Das erste Anforderungsmodul 220 ermittelt die erste angeforderte Drehzahl 224 unter Verwendung einer Nachschlagetabelle oder einer Gleichung, welche die Temperaturen der DEF-Einspritzdüsen mit den ersten angeforderten Drehzahlen der zweiten Kühlmittelpumpe 160 in Beziehung setzt. So kann beispielsweise das erste Anforderungsmodul 220 die erste angeforderte Drehzahl 224 mit steigender Temperatur der DEF-Einspritzdüse 140 erhöhen und umgekehrt. Die erste angeforderte Drehzahl 224 entspricht einer Drehzahl der zweiten Kühlmittelpumpe 160 zum Kühlen der DEF-Einspritzdüse 140. Die Kühlung der DEF-Einspritzdüse 140 kann mit zunehmender Drehzahl der zweiten Kühlmittelpumpe 160 ansteigen und umgekehrt. Die Temperatur der DEF-Einspritzdüse 140 kann beispielsweise unter Verwendung des DEF-Einspritzdüsen-Temperatursensors 180 gemessen oder basierend auf einem oder mehreren der Betriebsparameter 228 geschätzt werden.
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Ein erstes Anforderungsmodul 232 ermittelt eine zweite Solldrehzahl 236 der zweiten Kühlmittelpumpe 160 basierend auf einem oder mehreren der Betriebsparameter 228, wie beispielsweise einer Temperatur des Kraftstoffs. Das zweite Anforderungsmodul 232 ermittelt die zweite angeforderte Drehzahl 236 unter Verwendung einer Nachschlagetabelle oder einer Gleichung, welche die Kraftstofftemperaturen mit den zweiten angeforderten Drehzahlen der zweiten Kühlmittelpumpe 160 in Beziehung setzt. So kann beispielsweise das zweite Anforderungsmodul 232 die zweite angeforderte Drehzahl 236 mit zunehmender Kraftstofftemperatur erhöhen und umgekehrt. Die zweite angeforderte Drehzahl 236 entspricht einer Drehzahl der zweiten Kühlmittelpumpe 160 zum Kühlen des zum Kraftstofftank 116 strömenden Kraftstoffs. Die Kühlung des Kraftstoffs kann mit zunehmender Drehzahl der zweiten Kühlmittelpumpe 160 ansteigen und umgekehrt. Die Kraftstofftemperatur kann beispielsweise unter Verwendung des Kraftstofftemperatursensors 172 gemessen oder basierend auf einem oder mehreren der Betriebsparameter 228 geschätzt werden. Die Kühlmitteltemperatur kann beispielsweise unter Verwendung des Kühlmitteltemperatursensors 176 gemessen oder basierend auf einem oder mehreren der Betriebsparameter 228 geschätzt werden.
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Ein Zielmodul 240 bestimmt eine Solldrehzahl 244 der zweiten Kühlmittelpumpe 160. So bestimmt beispielsweise das Sollmodul 240 die Solldrehzahl 244 basierend auf der ersten und der zweiten angeforderten Drehzahl 224 und 236. So kann beispielsweise das Zielmodul 240 die Solldrehzahl 244 basierend auf oder gleich der größeren (maximalen) der ersten und zweiten angeforderten Drehzahlen 224 und 236 einstellen. Das Kühlmittelsteuermodul 216 betreibt die zweite Kühlmittelpumpe 160 mit der Solldrehzahl 244.
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In verschiedenen Implementierungen kann das Zielmodul 240 die Solldrehzahl 244 basierend auf einem oder mehreren der Betriebsparameter 228 anpassen. So kann beispielsweise das Zielmodul 240 einen ersten Korrekturwert basierend auf einem Kraftstoffdurchsatz durch den Kraftstoffwärmetauscher 136, einem Kraftstoffkühlwirkungsgrad, einem DEF-Einspritzdurchsatz und einem DEF-Kühlwirkungsgrad ermitteln. Das Zielmodul 240 kann den Effektivitätswert der Kraftstoffkühlung in Abhängigkeit von einer Kühlmitteltemperatur im Kühlmittelkreislauf und der Kraftstofftemperatur ermitteln. Das Zielmodul 240 kann den DEF-Kühlwirkungsgrad in Abhängigkeit von der DEF-Einspritztemperatur und der Kühlmitteltemperatur ermitteln. Das Zielmodul 240 kann den ersten Korrekturwert unter Verwendung einer oder mehrerer Gleichungen und/oder Nachschlagetabellen ermitteln, die Kraftstoffdurchflussmengen, Kraftstoffkühlungswirkungsgrade, DEF-Einspritzdurchflussmengen und DEF-Kühlungswirkungsgrade mit ersten Korrekturwerten in Beziehung setzen.
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Das erste Anforderungsmodul 220 kann die Temperatur der DEF-Einspritzdüse (z. B. an einer Spitze der DEF-Einspritzdüse 140) basierend auf dem aktuellen Wert der Temperatur der DEF-Einspritzdüse und der erwarteten Wärmeübertragung zur DEF-Einspritzdüse 140 schätzen. Zusätzlich oder alternativ kann das erste Anforderungsmodul 220 eine Änderung der DEF-Einspritzung basierend auf der erwarteten Wärmeübertragung zwischen der DEF-Einspritzdüse 140 und dem Kühlmittelkreislauf ermitteln. Die Höhe der Änderung der DEF-Einspritzung kann mit zunehmender Änderung der zu erwartenden Wärmeübertragung zwischen der DEF-Einspritzdüse 140 und dem Kühlmittelkreislauf ansteigen und umgekehrt. Wenn die Menge der Änderung in der DEF-Einspritzung größer als eine vorgegebene Menge ist, kann das erste Anforderungsmodul 220 die erste angeforderte Drehzahl 224 basierend auf dem Vergleich der Temperatur der DEF-Einspritzdüse und der Verdampfungstemperatur anpassen.
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In bestimmten fahrzeugbezogenen Betriebsszenarien, wie beispielsweise wenn ein Fahrzeug unter hoher Last oder zeitlich in der Nähe einer Regeneration des Abgasbehandlungssystems betrieben wird, kann die DEF-Einspritzdüse 140 Kühlmittel verdampfen, was zu einer unwirksamen Kühlung und einer möglichen Beschädigung der Fahrzeughardware führt. 3 veranschaulicht ein Flussdiagramm eines exemplarischen Verfahrens 300 zum Bestimmen eines verdampften Zustands des Kühlmittels. Insbesondere kann das Verfahren 300 implementiert werden, um einen verdampften Zustand des Kühlmittels benachbart zur DEF-Einspritzdüse 140 basierend auf der Temperatur der DEF-Einspritzdüse 140 zu bestimmen. Eine erste Temperatur der DEF-Einspritzdüse kann bestimmt 304 werden, und optional kann eine zweite Temperatur der DEF-Einspritzdüse bestimmt 312 werden. In einigen Ausführungsformen kann ein verdampfter Zustand des Kühlmittels bestimmt 316 werden, wenn die erste Temperatur der DEF-Einspritzdüse 140 und die zweite Temperatur der DEF-Einspritzdüse 140 einen Schwellenwert für die Kühlmittelverdampfungstemperatur überschreiten. Ein Schwellenwert für die Kühlmittelverdampfungstemperatur kann die Verdampfungstemperatur des Kühlmittels oder eine Temperatur unterhalb der Verdampfungstemperatur des Kühlmittels (z. B. 95 % der Verdampfungstemperatur des Kühlmittels) sein.
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In einigen Ausführungsformen kann ein verdampfter Zustand des Kühlmittels bestimmt 316 werden, wenn die erste Temperatur der DEF-Einspritzdüse 140 und die zweite Temperatur der DEF-Einspritzdüse 140 einen Schwellenwert für die Kühlmittelverdampfungstemperatur überschreiten und die verstrichene Zeit zwischen dem Messen der ersten Temperatur der DEF-Einspritzdüse 140 und der zweiten Temperatur der DEF-Einspritzdüse 140 einen Schwellenwert für die Kühlmittelverdampfungszeit überschreitet. Der Schwellenwert für die Kühlmittelverdampfungszeit kann beispielsweise ein kalibrierter Wert sein. In einigen Ausführungsformen können viele (d. h. mehr als zwei) Temperaturen der DEF-Einspritzdüse über einen Zeitraum bestimmt werden. So kann beispielsweise in einigen Ausführungsformen ein verdampfter Zustand des Kühlmittels bestimmt 316 werden, wenn die durchschnittliche Temperatur der DEF-Einspritzdüse 140 über einen bestimmten Zeitraum mindestens so lange, wie der Schwellenwert für die Kühlmittelverdampfungszeit einen Schwellenwert für die Kühlmittelverdampfungstemperatur überschreitet.
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Nach dem Bestimmen 304 der ersten Temperatur der DEF-Einspritzdüse kann das Verfahren 300 optional das Bestimmen 308 des Arbeitszyklus der zweiten Kühlmittelpumpe 160 beinhalten. Der Arbeitszyklus der zweiten Kühlmittelpumpe 160 kann basierend auf der ersten Temperatur der DEF-Einspritzdüse gesteuert werden. Wenn beispielsweise die erste Temperatur der DEF-Einspritzdüse den Schwellenwert für die Kühlmittelverdampfungstemperatur überschreitet und der Arbeitszyklus der zweiten Kühlmittelpumpe 160 weniger als 100 % beträgt, kann der Arbeitszyklus der zweiten Kühlmittelpumpe 160 erhöht 310 werden. Anschließend kann eine erste Temperatur der DEF-Einspritzdüse bestimmt 304 werden. Das Steuern des Arbeitszyklus der zweiten Kühlmittelpumpe 160 erfolgt durch Steuern ihrer Drehzahl, wie vorstehend beschrieben.
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4 veranschaulicht ein Flussdiagramm eines exemplarischen Verfahrens 400 zum Mildern eines verdampften Zustands des Kühlmittels. Das Verfahren 400 umfasst nach dem Bestimmen eines verdampften Zustands des Kühlmittels basierend auf der Temperatur der DEF-Einspritzdüse 140 (d. h. über das Verfahren 300) das Oszillieren 404 des Arbeitszyklus der zweiten Kühlmittelpumpe 160. Das Oszillieren 404 des Arbeitszyklus der zweiten Kühlmittelpumpe 160 kann als Dampfspülung bezeichnet werden. Das Steuern des Arbeitszyklus der zweiten Kühlmittelpumpe 160 erfolgt durch Steuern ihrer Drehzahl, wie vorstehend beschrieben. Das Oszillieren 404 des Arbeitszyklus der zweiten Kühlmittelpumpe 160 kann der verdampfte Zustand des Kühlmittels gemildert oder beseitigt werden. Das Verfahren 400 kann optional ferner nach dem Oszillieren 404 des Arbeitszyklus der Kühlmittelpumpe 408 eine Nachschwingtemperatur der DEF-Einspritzdüse 140 bestimmen und ein Vorhandensein oder Fehlen des verdampften Zustands des Kühlmittels basierend auf der Nachschwingungstemperatur der DEF-Einspritzdüse 140 zu bewerten. Das Beurteilen des Vorhandenseins oder Fehlen eines verdampften Zustands des Kühlmittels basierend auf der Nachschwingungstemperatur der DEF-Einspritzdüse 140 kann beispielsweise unter Verwendung des Verfahrens 300 implementiert werden.
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In einer Ausführungsform kann das Oszillieren 404 des Arbeitszyklus der zweiten Kühlmittelpumpe 160 beispielsweise das Oszillieren zwischen einem maximalen Arbeitszyklus und einem minimalen Arbeitszyklus der Kühlmittelpumpe umfassen. In einer weiteren Ausführungsform kann das Oszillieren 404 des Arbeitszyklus der zweiten Kühlmittelpumpe 160 das Oszillieren zwischen einem relativ hohen Arbeitszyklus und einem relativ niedrigen Arbeitszyklus der Kühlmittelpumpe umfassen und bei jedem relativ hohen Arbeitszyklus und einem relativ niedrigen Arbeitszyklus für eine jeweilige kalibrierbare Verweildauer. Die Verweildauer bei dem relativ hohen Arbeitszyklus kann in einigen Ausführungsformen gleich der Verweildauer bei dem relativ niedrigen Arbeitszyklus sein oder sich in anderen Ausführungsformen unterscheiden. In einigen Ausführungsformen kann das Oszillieren 404 des Arbeitszyklus der zweiten Kühlmittelpumpe 160 das Oszillieren zwischen einem relativ hohen Arbeitszyklus und einem relativ niedrigen Arbeitszyklus der Kühlmittelpumpe für eine jeweilige kalibrierbare Verweildauer umfassen. In einigen Ausführungsformen kann das Oszillieren 404 des Arbeitszyklus der zweiten Kühlmittelpumpe 160 das Oszillieren zwischen einem relativ hohen Arbeitszyklus und einem relativ niedrigen Arbeitszyklus der Kühlmittelpumpe bei einer jeweiligen kalibrierbaren Frequenz umfassen.
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5 veranschaulicht ein Flussdiagramm eines exemplarischen Verfahrens 500 zum Identifizieren eines kühlmittelarmen Zustands des Kühlmittelsteuerungssystems. Insbesondere kann das Verfahren 500 implementiert werden, um einen kühlmittelarmen Zustand des Kühlmittelsteuerungssystems basierend auf den während eines Zeitraums durchgeführten Dampfspülungen zu identifizieren. Das Verfahren 500 umfasst das Wiederholen 504 (Implementieren des Verfahrens 300 und anschließendes Oszillieren 404 des Arbeitszyklus der zweiten Kühlmittelpumpe 160) über einen Zeitraum und das Identifizieren 508 eines kühlmittelarmen Zustands des Kühlmittelsteuerungssystems basierend auf den während des Zeitraums implementierten Dampfspülungen. Das Verfahren 500 kann ferner das Aktivieren 512 eines Alarms zur Warnung vor einem kühlmittelarmen Zustand des Fahrzeugs als Reaktion auf das Identifizieren eines kühlmittelarmen Zustands des Kühlmittelsteuerungssystems umfassen. In einer Ausführungsform wird ein kühlmittelarmer Zustand des Kühlmittelsteuerungssystems identifiziert 508, wenn die Anzahl der innerhalb des Zeitraums implementiert Dampfspülungen eine Dampfspülanzahl überschreitet. In einer weiteren Ausführungsform wird ein kühlmittelarmer Zustand des Kühlmittelsteuerungssystems 508 identifiziert, wenn die Gesamtdauer einer oder mehrerer Dampfspülungen, die innerhalb des Zeitraums implementiert wurden, einen Schwellenwert für die Dauer der Dampfspülung überschreitet.
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In dieser Beschreibung kann der Begriff „Modul“ oder der Begriff „Steuerung“ ggf. durch den Begriff „Schaltung“ ersetzt werden. Der Begriff „Modul“ kann auf Folgendes verweisen bzw. Teil von Folgendem sein oder Folgendes beinhalten: eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC); eine digitale, analoge oder gemischt analog/digitale diskrete Schaltung; eine digitale, analoge oder gemischt analog/digitale integrierte Schaltung; eine kombinatorische Logikschaltung; ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA); einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe), der Code ausführt; einen Speicher (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe), der einen von einem Prozessor ausgeführten Code speichert; andere geeignete Hardware-Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen; oder eine Kombination von einigen oder allen der oben genannten, wie zum Beispiel in einem System-on-Chip.
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Das Modul kann eine oder mehrere Schnittstellenschaltungen beinhalten. In einigen Beispielen können die Schnittstellen-Schaltkreise kabelgebundene oder -lose Schnittstellen beinhalten, die mit einem lokalen Netzwerk (LAN), dem Internet, einem Weitverkehrsnetz (WAN) oder Kombinationen hieraus verbunden sind. Die Funktionalität der in dieser Offenbarung genannten Module kann auf mehrere Module verteilt werden, die mit Schnittstellen-Schaltkreisen verbunden sind. So können zum Beispiel mehrere Module einen Lastenausgleich zulassen. In einem anderen Beispiel können von einem Servermodul (z. B. Remote-Server oder Cloud) bestimmte Funktionen eines Client-Moduls übernommen werden.
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Die im Rahmen dieser Anmeldung beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können teilweise oder vollständig mit einem speziellen Computer, der für die Ausführung ermittelter Computerprogrammfunktionen konfiguriert ist, implementiert werden.
