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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die Offenbarung betrifft ein Gaswärmepumpensystem und insbesondere ein Gaswärmepumpensystem, das Rückführabgas einem Verbrennungsmotor mit Hilfe eines Abgasturboladers zuführen und dadurch eine Menge des strömenden Rückführabgases und dessen Druck aktiv steuern kann.
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Beschreibung der verwandten Technik
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Ein Wärmepumpensystem ist ein System, das einen Kühl- oder Heizbetrieb über einen Kältekreislauf durchführen kann, und arbeitet im Zusammenwirken mit einer Warmwasser-Zufuhrvorrichtung oder einer Kühl- und Heizvorrichtung.
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Das heißt, es kommt zu Warmwassererzeugung oder Klimatisierung zum Kühlen und Heizen mit Hilfe einer Wärmequelle, die als Ergebnis von Wärmeaustausch zustande kommt, der zwischen kühlendem Kältemittel im Kältekreislauf und einem vorbestimmten Wärmespeichermedium auftritt.
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Allgemein erfordert eine Konfiguration für den Kältekreislauf, dass dazu ein Kompressor, der Kältemittel komprimiert, ein Kondensator, der das durch den Kompressor komprimierte Kältemittel kondensiert, eine Expansionsvorrichtung, die das durch den Kondensator kondensierte Kältemittel dekomprimiert, und ein Verdampfer gehören, der das dekomprimierte Kältemittel verdampft.
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In Übereinstimmung mit einer Art von Antriebsquelle zum Antreiben des Kompressors werden die Wärmepumpensysteme in Elektrowärmepumpensysteme und Gaswärmepumpensysteme eingeteilt.
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Die Elektrowärmepumpensysteme, die eine niedrige Lastkapazität haben, sind für den Hausgebrauch geeignet.
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Die Gaswärmepumpensysteme, die eine hohe Lastkapazität haben, sind für den gewerblichen Einsatz oder für Großbauten geeignet.
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Daher verwendet das Gaswärmepumpensystem anstelle eines Elektromotors einen Gasmotor, um einen Hochleistungskompressor anzutreiben, der für diese hohe Lastkapazität geeignet ist.
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Das Gaswärmepumpensystem ist so konfiguriert, dass es einen Verbrennungsmotor, der ein Gemisch aus gasförmigem Kraftstoff und Luft (nachstehend „Kraftstoff-Luft-Gemisch“ genannt) verbrennt und so eine Triebkraft erzeugt, eine Kraftstoffzufuhrvorrichtung, einen Mischer zum Mischen von Luft und gasförmigem Kraftstoff und eine Vorrichtung zum Zuführen des Kraftstoff-Luft-Gemischs zum Verbrennungsmotor aufweist.
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Da das Gaswärmepumpensystem eine Triebkraft des Verbrennungsmotors nutzt, die durch Verbrennen des Kraftstoff-Luft-Gemischs erzeugt wird, sind die Atmosphäre verunreinigende Schadstoffe im Abgas enthalten, das in einem Verbrennungsvorgang des Kraftstoff-Luft-Gemischs erzeugt wird.
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Allgemein kommt eine Abgasrückführ- (AGR) Technologie, bei der ein Anteil des Abgases wieder einer Einlassleitung des Verbrennungsmotors zugeführt wird, als Möglichkeit zum Einsatz, eine Menge erzeugter Schadstoffe zu reduzieren, die im Abgas enthalten sind.
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Die koreanische Patentanmeldung Nr.
10-2018-0015900 (Patentzitat
1) offenbart einen Turbolader, der ein Laufrad mit Hilfe einer Turbine als Antriebsquelle dreht, die mit dem Abgas gedreht wird, sowie eine Abgasrückführvorrichtung, die einen Anteil des über die Turbine abgegebenen Abgases zur Einlassleitung zurückführt.
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Mit einer im Patentzitat 1 offenbarten Konfiguration wird eine Menge von strömendem Rückführabgas einfach nur mit einem Abgasrückführventil gesteuert.
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Daher ist bei einem Druck des abgegebenen und zurückgeführten Abgases, der niedriger als der Druck der Einlassleitung ist, keine Rückführung möglich.
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Zusätzlich kann mit der im Patentzitat 1 offenbarten Konfiguration keine Menge des zuzuführenden Rückführabgases auf eine Weise gesteuert werden, die einer Konzentration von im abgegebenen Abgas enthaltenen Schadstoffen oder einer Stoffabgabemenge entspricht. Aus diesem Grund kann der Verbrennungsmotor nicht effizient betrieben werden.
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Die vorstehende Darstellung soll nur beim Verständnis des Hintergrunds der Offenbarung helfen und soll nicht bedeuten, dass die Offenbarung in den Geltungsbereich der verwandten Technik fällt, die dem Fachmann bereits bekannt ist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der Offenbarung liegt als Aufgabe zugrunde, ein Gaswärmepumpensystem bereitzustellen, das Rückführabgas mit Hilfe eines Abgasturboladers zuführen und dadurch eine Menge von strömendem Rückführabgas und dessen Druck aktiv steuern kann.
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Eine weitere Aufgabe der Offenbarung ist, ein Gaswärmepumpensystem bereitzustellen, das in Echtzeit eine Konzentration von in abgegebenem Abgas enthaltenen Schadstoffen überwachen und eine Menge von Rückführabgas auf der Grundlage eines Ergebnisses der Überwachung steuern kann. Im Gaswärmepumpensystem kann eine Menge erzeugter Schadstoffe stark gemindert werden, und der Betriebswirkungsgrad eines Verbrennungsmotors lässt sich verbessern.
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Gemäß einem Aspekt der Offenbarung wird ein Gaswärmepumpensystem bereitgestellt, das aufweist: einen Kompressor eines Klimamoduls; einen Gasmotor, der ein Kraftstoff-Luft-Gemisch verbrennt und dadurch eine Antriebskraft des Kompressors erzeugt; einen Abgasturbolader, der mindestens einen Anteil von Abgas, das vom Gasmotor abgegeben wird, als Rückführabgas dem Gasmotor zuführt; und eine Steuerung, die eine Menge des zuzuführenden Rückführabgases steuert, wobei der Abgasturbolader aufweist: eine Turbine, die mit dem Abgas gedreht wird; und ein Abgaslaufrad, das zusammen mit der Turbine gedreht wird, wobei das Abgaslaufrad so konfiguriert ist, dass es Druck auf das Rückführabgas ausübt und das resultierende Rückführabgas dem Gasmotor zuführt, und die Steuerung eine Menge des strömenden Abgases, das der Turbine zuzuführen ist, gemäß einer Konzentration von Schadstoffen steuert, die im Abgas enthalten sind.
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Ferner kann das Gaswärmepumpensystem aufweisen: ein Abgasrohr, über das das Abgas vom Gaswärmepumpensystem nach außen abgegeben wird; ein erstes Bypassrohr, das so vorgesehen ist, dass es vom Abgasrohr abzweigt, wobei das erste Bypassrohr so konfiguriert ist, dass es mindestens einen Anteil des Abgases zur Turbine leitet; ein zweites Bypassrohr, das so vorgesehen ist, dass es vom Abgasrohr stromabwärts vom ersten Bypassrohr abzweigt, wobei das zweite Bypassrohr so konfiguriert ist, dass es mindestens einen Anteil des Abgases als Rückführabgas zum Abgaslaufrad leitet; und ein Abgas-Bypassventil, das am Bypassrohr angebaut ist, wobei das Abgas-Bypassventil so konfiguriert ist, dass es eine Menge des strömenden Abgases steuert, das in das erste Bypassrohr einzuleiten ist, wobei die Steuerung den Öffnungsgrad steuern kann, in dem der Abgasbypass offen ist, und dadurch die Menge des strömenden Abgases steuern kann, das in das erste Bypassrohr einzuleiten ist.
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Im Gaswärmepumpensystem kann das Abgas-Bypassventil zwischen einem Eingangsabschnitt des ersten Bypassrohrs, über das das Abgas eingeleitet wird, und einem Ausgangsabschnitt des ersten Bypassventils angeordnet sein, über das das eingeleitete Abgas abgegeben wird.
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Außerdem kann das Gaswärmepumpensystem aufweisen: einen Abgassensor, der stromabwärts von einem Eingangsabschnitt des zweiten Bypassrohrs angeordnet ist, wobei der Abgassensor so konfiguriert ist, dass er die Konzentration der im Abgas enthaltenen Schadstoffe erfasst, wobei die Steuerung ein Signal als Anzeige der Konzentration der Schadstoffe vom Abgassensor empfangen kann und die Konzentration der Schadstoffe berechnen kann.
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Im Gaswärmepumpensystem können zu den Schadstoffen Kohlenmonoxid, Stickoxid und/oder Kohlenwasserstoff gehören.
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Im Gaswärmepumpensystem kann die Steuerung die berechnete Konzentration mit einer Referenzkonzentration vergleichen und kann bestimmen, ob die berechnete Konzentration die Referenzkonzentration übersteigt, und wird bestimmt, dass die berechnete Konzentration gleich oder höher als die Referenzkonzentration ist, kann die Steuerung den Öffnungsgrad verringern, in dem das Abgas-Bypassventil offen ist, und kann dadurch die Menge des strömenden Abgases erhöhen, das in das erste Bypassrohr einzuleiten ist.
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Im Gaswärmepumpensystem kann die Steuerung eine aktuelle Drehzahl des Gasmotors und einen Betrag erforderlicher Last am Klimamodul berechnen, kann eine Gesamtmenge des vom Gasmotor abgegebenen strömenden Abgases auf der Grundlage der berechneten aktuellen Drehzahl und/oder des berechneten Betrags der erforderlichen Last berechnen und kann den Öffnungsgrad, in dem das Abgas-Bypassventil offen ist, auf der Grundlage der Gesamtmenge des strömenden Abgases einstellen.
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Außerdem kann das Gaswärmepumpensystem aufweisen: einen Turbolader, der Druck auf das Kraftstoff-Luft-Gemisch ausübt und das resultierende Kraftstoff-Luft-Gemisch dem Gasmotor zuführt, wobei die Steuerung eine aktuelle Drehzahl des Gasmotors, einen Betrag erforderlicher Last am Klimamodul und eine Drehzahl des Turboladers berechnen kann, eine Gesamtmenge des vom Gasmotor abgegebenen strömenden Abgases auf der Grundlage der berechneten aktuellen Drehzahl, des berechneten Betrags der erforderlichen Last oder der berechneten Drehzahl des Turboladers berechnen kann und den Öffnungsgrad, in dem das Abgas-Bypassventil offen ist, auf der Grundlage der Gesamtmenge des strömenden Abgases einstellen kann.
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Zudem kann das Gaswärmepumpensystem aufweisen: einen Einlasskrümmer, der das Kraftstoff-Luft-Gemisch dem Gasmotor zuführt; einen Einlasskrümmer-Drucksensor, der den Druck des Kraftstoff-Luft-Gemischs im Einlasskrümmer erfasst; und einen Rückführabgas-Drucksensor, der den Turboladerdruck des Rückführabgases erfasst, das vom Abgasturbolader abgegeben wird, wobei die Steuerung ein Signal als Anzeige des Drucks des Kraftstoff-Luft-Gemischs vom Einlasskrümmer-Drucksensor empfangen kann und den Druck des Kraftstoff-Luft-Gemischs berechnen kann und die Steuerung ein Signal als Anzeige des Drucks des Rückführabgases vom Rückführabgas-Drucksensor empfangen kann und den Turboladerdruck des Rückführabgases berechnen kann, das dem Einlasskrümmer zuzuführen ist.
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Im Gaswärmepumpensystem kann die Steuerung eine Druckdifferenz zwischen dem berechneten Druck des Kraftstoff-Luft-Gemischs und dem berechneten Turboladerdruck des Rückführabgases berechnen und kann bestimmen, ob die Druckdifferenz eine vorbestimmte Referenzdruckdifferenz übersteigt.
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Wird im Gaswärmepumpensystem bestimmt, dass die Druckdifferenz gleich oder höher als die vorbestimmte Referenzdruckdifferenz ist, kann die Steuerung den Öffnungsgrad beibehalten, in dem das Abgas-Bypassventil offen ist.
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Wird im Gaswärmepumpensystem bestimmt, dass die Druckdifferenz niedriger als die vorbestimmte Referenzdruckdifferenz ist, kann die Steuerung den Öffnungsgrad, in dem das Abgas-Bypassventil offen ist, in einem vorbestimmten Verhältnis verringern.
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Weiterhin kann das Gaswärmepumpensystem aufweisen: einen Abgaswärmetauscher, der am Abgasrohr auf eine Weise angebaut ist, die zwischen einem Ausgangsabschnitt des ersten Bypassrohrs und einem Eingangsabschnitt des zweiten Bypassrohrs angeordnet ist.
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Ferner kann das Gaswärmepumpensystem aufweisen: ein Rückschlagventil, das an einem Ausgangsabschnitt des zweiten Bypassrohrs angebaut ist, wobei das Rückschlagventil so konfiguriert ist, dass es das Kraftstoff-Luft-Gemisch daran hindert, in Rückwärtsrichtung vom Gasmotor zum zweiten Bypassrohr zu strömen.
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Das offenbarungsgemäße Gaswärmepumpensystem führt das Rückführabgas mit Hilfe des Abgasturboladers zu. Dadurch lässt sich der Vorteil erreichen, die Menge des strömenden Rückführabgases und dessen Druck aktiv zu steuern.
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Weiterhin wird im offenbarungsgemäßen Gaswärmepumpensystem die Konzentration der im abgegebenen Abgas enthaltenen Schadstoffe in Echtzeit überwacht, und die Menge des Rückführabgases wird auf der Grundlage eines Ergebnisses der Überwachung gesteuert. Dadurch lässt sich der Vorteil erreichen, die erzeugte Schadstoffmenge erheblich zu reduzieren und den Betriebswirkungsgrad des Gasmotors zu verbessern.
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Figurenliste
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Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und andere Vorteile der Offenbarung gehen aus der folgenden näheren Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher hervor. Es zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht einer Konfiguration eines Gaswärmepumpensystems gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung;
- 2 und 3 jeweils schematische Ansichten einer näheren Konfiguration eines Verbrennungsmotormoduls in 1;
- 4 ein Funktionsblockdiagramm einer Konfiguration einer Steuerung des Gaswärmepumpensystems gemäß der Ausführungsform der Offenbarung; und
- 5 und 6 Ablaufpläne eines Verfahrens zum Steuern des Gaswärmepumpensystems gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.
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Nähere Beschreibung der Erfindung
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Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der Offenbarung anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
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An der Offenbarung können verschiedene Abwandlungen vorgenommen werden, wodurch verschiedene Ausführungsformen realisiert werden können. Auch die resultierenden spezifischen Ausführungsformen werden anhand der Zeichnungen nachstehend näher beschrieben. Diese Beschreibung soll die Offenbarung nicht auf die spezifischen Ausführungsformen einschränken. Alle Abänderungen, Äquivalente und Substitutionen, die zum technischen Gedanken der Offenbarung gehören, sollten als in den Schutzumfang der Offenbarung fallend betrachtet werden.
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Die Begriffe „erster“ und „zweiter“ usw. dienen dazu, verschiedene Bestandteilselemente zu beschreiben, sind aber nicht so aufzufassen, als legten sie den verschiedenen Bestandteilselementen eine Beschränkung auf. Mit diesen Begriffen soll lediglich ein Element von einem anderen unterschieden werden. Beispielsweise kann ein erstes Bestandteilselement als zweites Bestandteilselement ausgedrückt werden, ohne vom Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen. Gleichermaßen kann das zweite Bestandteilselement auch als erstes Bestandteilselement ausgedrückt werden.
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Die Wortverbindung „und/oder“ dient dazu, zwei Wörter, Satzteile und Sätze zu verbinden oder auf eines der beiden Wörter, Satzteile und Sätze zu verweisen.
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Verständlich sollte sein, dass bei der Angabe, ein Bestandteilselement sei mit einem anderen Bestandteilselement „gekoppelt“ oder „verbunden“, dies bedeutet, dass das Bestandteilselement mit dem anderen Bestandteilselement direkt gekoppelt oder direkt verbunden sein kann, oder bedeutet, dass ein eingefügtes Bestandteilselement dazwischen vorhanden sein kann. Im Gegensatz dazu sollte klar sein, dass bei Verweis darauf, ein Bestandteilselement sei mit einem anderen Bestandteilselement „direkt gekoppelt“ oder „direkt verbunden“, dies bedeutet, dass kein eingefügtes Bestandteilselement dazwischen liegt.
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Die in der Anmeldung verwendeten Begriffe dienen nur zur Beschreibung spezifischer Ausführungsformen und sollen die Offenbarung nicht einschränken. Der unbestimmte Artikel dient dazu, „ein oder mehrere“ und nicht nur „ein“ zu bezeichnen, sofern der Zusammenhang nicht deutlich etwas Anderes verlangt.
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In der Anmeldung soll der Begriff „aufweisen“, „haben“ o. ä. darauf verweisen, dass ein Merkmal, eine Anzahl, ein Schritt, ein Betriebsablauf, ein Bestandteilselement, eine Komponente oder deren Kombinationen, die in der Beschreibung aufgeführt sind, vorhanden sind, und ist somit so zu verstehen, dass er nicht von vornherein die Möglichkeit ausschließt, dass ein oder mehrere andere Merkmale, Anzahlen, Schritte, Betriebsabläufe, Bestandteilselemente, Komponenten oder deren Kombinationen vorhanden oder zugefügt sind.
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Sofern nicht anders festgelegt, hat jeder der Begriffe, darunter technische und wissenschaftliche Termini, die in der Anmeldung verwendet werden, die gleiche Bedeutung, die einem Fachmann auf dem Gebiet der Technik normalerweise verständlich ist, zu dem die Erfindung gehört. Der in gewöhnlich verwendeten Wörterbüchern festgelegte Begriff ist so zu verstehen, als habe er die gleiche Bedeutung im Zusammenhang in der Technik, und sofern in der Anmeldung nicht ausdrücklich Anderes festgelegt ist, ist er nicht mit einer idealen Bedeutung oder übermäßig formalen Bedeutung zu interpretieren.
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Im Folgenden werden die Ausführungsformen zur Veranschaulichung beschrieben, um den Fachmann dabei zu unterstützen, die Offenbarung vollständig zu erfassen, und Formen, Größen u. ä. von Elementen in den Zeichnungen können zur deutlicheren Beschreibung übertrieben dargestellt sein.
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1 ist eine schematische Ansicht einer Konfiguration eines Gaswärmepumpensystems gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung. 2 ist eine Ansicht einer näheren Konfiguration eines Verbrennungsmotormoduls in 1.
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Mit Bezug auf 1 weist ein Gaswärmepumpensystem gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung ein Klimamodul, ein Verbrennungsmotormodul und ein Kühlmodul auf.
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Das Klimamodul verfügt über mehrere Komponenten, die für einen Kältekreislauf nötig sind.
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Zum Beispiel weist das Klimamodul einen Kompressor 110 und ein Vierwegeventil 115 auf. Der Kompressor 110 komprimiert Kältemittel. Das Vierwegeventil 115 schaltet eine Richtung des im Kompressor 110 komprimierten Kältemittels um.
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Der Kompressor 110 arbeitet mit einer Antriebskraft, die durch einen Verbrennungsmotor 201 erzeugt wird, der später beschrieben wird, und dient dazu, das Kältemittel in gasförmigem Zustand zu komprimieren und das resultierende Kältemittel abzugeben.
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Eine Scheiben-Kupplungs-Anordnung 112 ist auf einer Antriebswelle des Kompressors 110 vorgesehen. Die durch den Verbrennungsmotor 210 erzeugte Antriebskraft wird zum Kompressor 110 über einen Riemen 111 und die Scheiben-Kupplungs-Anordnung 112 übertragen.
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In 1 ist eine Konfiguration gezeigt, in der das Klimamodul einen Kompressor 110 aufweist, das Klimamodul kann aber in Abhängigkeit von der Lastkapazität einer Innenklimakondensatoreinheit mehrere Kompressoren 110 aufweisen.
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Die mehreren Kompressoren 110 haben jeweils die Scheiben-Kupplungs-Anordnung 112, zu der die durch den Verbrennungsmotor 210 erzeugte Antriebskraft selektiv übertragen wird.
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Weiterhin kann das Klimamodul ferner einen Außenwärmetauscher 120 und einen Innenwärmetauscher 140 aufweisen.
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Der Außenwärmetauscher 120 ist in einer Außenklimakondensatoreinheit angeordnet, die im Freien eingebaut ist, und der Innenwärmetauscher 140 ist in der Innenklimakondensatoreinheit angeordnet, die im Inneren eingebaut ist.
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Das Kältemittel, das das Vierwegeventil 115 durchläuft, strömt zum Außenwärmetauscher 120 oder zum Innenwärmetauscher 140.
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Komponenten mit Ausnahme des Innenwärmetauschers 140 und einer Innenexpansionsvorrichtung 145 des Gaswärmepumpensystems 10, die in 1 gezeigt sind, sind im Freien angeordnet, d. h. sind in der Außenklimakondensatoreinheit angeordnet.
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Arbeitet das Gaswärmesystem in einem Kühlbetriebsmodus, strömt das Kältemittel, das das Vierwegeventil 115 durchläuft, zum Innenwärmetauscher 140 über den Außenwärmetauscher 120.
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Arbeitet dagegen das Gaswärmepumpensystem in einem Heizbetriebsmodus, strömt das Kältemittel, das das Vierwegeventil 115 durchläuft, zum Außenwärmetauscher 120 über den Innenwärmetauscher 140.
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Ferner kann das Klimamodul ein Kältemittelrohr 170 (einen mit durchgezogener Linie angegebenen Strömungsweg) aufweisen, das den Kompressor 110, den Außenwärmetauscher 120, den Innenwärmetauscher 140 u. ä. miteinander verbindet und eine Strömung des Kältemittels leitet.
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Zunächst wird nachstehend die Konfiguration des im Kühlbetriebsmodus arbeitenden Gaswärmepumpensystems beschrieben.
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Das zum Außenwärmetauscher 120 strömende Kältemittel tauscht Wärme mit Außenluft aus, wodurch es kondensiert wird. Ein Außengebläse 122, das die Außenluft in den Außenwärmetauscher 120 bläst, ist auf einer Seite davon angeordnet.
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Eine Hauptexpansionsvorrichtung 125 zum Dekomprimieren des Kältemittels ist an der Ausgangsseite des Außenwärmetauschers 120 vorgesehen. Beispielsweise kann die Hauptexpansionsvorrichtung 125 ein elektronisches Expansionsventil (EEV) aufweisen. Das elektronische Expansionsventil (EVV) wird mit Hilfe eines Impulsbreiten-Modulationsverfahrens gesteuert. Nimmt ein Impuls zu (um einen positiven Wert), wird der Öffnungsgrad erhöht, in dem die Hauptexpansionsvorrichtung 125 offen ist. Nimmt der Impuls ab (um einen negativen Wert), wird der Öffnungsgrad verringert, in dem die Hauptexpansionsvorrichtung 125 offen ist.
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Bei Durchführung eines Kühlbetriebs ist die Hauptexpansionsvorrichtung 125 vollständig offen, wodurch kein Dekomprimierungsbetrieb des Kältemittels durchgeführt wird.
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Ein Unterkühlungswärmetauscher 130 zum zusätzlichen Kühlen des Kältemittels ist an der Ausgangsseite der Hauptexpansionsvorrichtung 125 vorgesehen. Zudem ist ein Unterkühlungsströmungsweg 132 mit dem Unterkühlungswärmetauscher 130 verbunden. Der Unterkühlungsströmungsweg 132 zweigt vom Kältemittelrohr 170 ab und ist mit dem Unterkühlungswärmetauscher 130 verbunden.
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Außerdem ist eine Unterkühlungsexpansionsvorrichtung 135 am Unterkühlungsströmungsweg 132 angebaut. Das entlang des Unterkühlungsströmungswegs 132 strömende Kältemittel wird dekomprimiert, während es die Unterkühlungsexpansionsvorrichtung 135 durchläuft.
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Im Unterkühlungswärmetauscher 130 kommt es zum Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel im Kältemittelrohr 170 und dem Kältemittel auf dem Unterkühlungsströmungsweg 132. In einem Wärmeaustauschvorgang wird das Kältemittel im Kältemittelrohr 170 unterkühlt, und das Kältemittel auf dem Unterkühlungsströmungsweg 132 absorbiert Wärme.
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Der Unterkühlungsströmungsweg 132 ist mit einem Gas-Flüssigkeits-Trenner 160 verbunden. Das Kältemittel auf dem Unterkühlungsströmungsweg 132, das Wärme im Unterkühlungswärmetauscher 130 austauscht, strömt in den Gas-Flüssigkeits-Trenner 160.
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Das Kältemittel im Kältemittelrohr 170, das den Unterkühlungswärmetauscher 130 durchläuft, strömt zur Innenklimakondensatoreinheit, wird in der Innenexpansionsvorrichtung 145 dekomprimiert und verdampft danach im Innenwärmetauscher 140. Die Innenexpansionsvorrichtung 145 ist in der Innenklimakondensatoreinheit eingebaut und als elektronisches Expansionsventil (EEV) konfiguriert.
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Zudem kann das im Innenwärmetauscher 140 verdampfende Kältemittel das Vierwegeventil 115 durchlaufen und dann gleich in den Gas-Flüssigkeits-Trenner 160 strömen. Kältemittel in der Gasphase als Ergebnis der Kältemitteltrennung wird im Kompressor 110 absorbiert.
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Im Folgenden wird die Konfiguration des Gaswärmepumpensystems beschrieben, das im Heizbetriebsmodus arbeitet.
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In einem Heizvorgang strömt das im Kompressor 110 komprimierte Kältemittel zum Innenwärmetauscher 140, und das im Innenwärmetauscher 140 kondensierte Kältemittel strömt zu einem Hilfswärmetauscher 150. Ein Kältemittelabzweigrohr 151 ist mit dem Hilfswärmetauscher 150 verbunden.
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Ein Expansionsventil 152 ist an einem an der Eingangsseite des Hilfswärmetauschers 150 positionierten Abschnitt des Kältemittelabzweigrohrs 151 vorgesehen. Das Expansionsventil 152 dekomprimiert das Kältemittel, während es die Strömung des Kältemittels steuert.
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Der Hilfswärmetauscher 150 ist ein Wärmetauscher, in dem es zum Wärmeaustausch zwischen Kältemittel mit niedrigem Druck und Kühlmittel mit hoher Temperatur kommt. Zu Beispielen für den Hilfswärmetauscher 150 zählt ein Plattenwärmetauscher.
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Das den Hilfswärmetauscher 150 durchlaufende Kältemittel kann in den Gas-Flüssigkeits-Trenner 160 strömen.
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Im Gas-Flüssigkeits-Trenner 160 wird das den Hilfswärmetauscher 150 durchlaufende Kältemittel in Gas und Flüssigkeit getrennt. Das aus der Kältemitteltrennung resultierende Kältemittel in der Gasphase wird im Kompressor 110 absorbiert.
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Das Kühlmodul weist ein Kühlmittelrohr 360 (einen mit einer Strichlinie angegebenen Strömungsweg) auf, das eine Kühlmittelströmung zum Kühlen des Verbrennungsmotors 210 leitet, der später beschrieben wird.
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Eine Kühlmittelpumpe 300, mehrere Strömungssteuerventile 310 und 320 und ein Kühler 330 sind am Kühlmittelrohr 360 angebaut. Die Kühlmittelpumpe 300 erzeugt eine Strömungskraft des Kühlmittels. Die mehreren Strömungssteuerventile 310 und 320 schalten eine Strömungsrichtung des Kühlmittels um. Der Kühler 330 kühlt das Kühlmittel.
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Zu den mehreren Strömungssteuerventilen 310 und 320 gehören ein erstes Strömungssteuerventil 310 und ein zweites Strömungssteuerventil 320. Als Beispiel kann ein Dreiwegeventil jeweils als erstes Strömungssteuerventil 310 und zweites Strömungssteuerventil 320 verwendet werden.
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Der Kühler 330 ist an einer Seite des Außenwärmetauschers 120 positioniert. Das Kühlmittel im Kühler 330 tauscht Wärme mit der Außenluft durch Antreiben des Außengebläses 122 aus und wird während dieses Wärmeaustauschvorgangs gekühlt.
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Beim Antrieb der Kühlmittelpumpe 300 durchläuft das Kühlmittel den Verbrennungsmotor 210 und einen Abgaswärmetauscher 280 und strömt selektiv in den Kühler 330 oder den Hilfswärmetauscher 150 über das erste Strömungssteuerventil 310 und das zweite Strömungssteuerventil 320.
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Das Verbrennungsmotormodul weist den Verbrennungsmotor 210 und verschiedene Komponenten zum Zuführen eines Kraftstoff-Luft-Gemischs zum Verbrennungsmotor 210 auf.
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Zum Verbrennungsmotormodul gehört ein Mischer 230, der an der Eingangsseite des Verbrennungsmotors 210 angeordnet ist und Luft und gasförmigen Kraftstoff mischt.
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Ein Luftfilter 220 und ein Nulldruckregler 240 sind stromaufwärts vom Mischer 230 eingebaut. Das Luftfilter 220 führt dem Mischer 230 gereinigte Luft über ein Luftrohr 220a zu. Der Nulldruckregler 240 führt gasförmigen Kraftstoff mit vorbestimmtem Höchstdruck über ein Kraftstoffrohr 200b zu.
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Der Nulldruckregler 240 ist eine Vorrichtung, die den Ausgangsdruck unabhängig von einer Größe des Eingangsdrucks des gasförmigen Kraftstoffs oder einer Änderung einer Strömungsmenge gleichmäßig steuert und den resultierenden gasförmigen Kraftstoff zuführt.
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Im Mischer 230 werden die das Luftfilter 220 durchlaufende Luft und der vom Nulldruckregler 240 abgegebene gasförmige Kraftstoff gemischt, um das Kraftstoff-Luft-Gemisch zu erzeugen. Das erzeugte Kraftstoff-Luft-Gemisch wird dem Verbrennungsmotor 210 über eine Gemischvorrichtung 200c zugeführt.
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Ferner kann das Verbrennungsmotormodul einen Turbolader 250 und eine Strömungssteuereinheit 270 aufweisen, die zwischen dem Mischer 230 und dem Verbrennungsmotor 210 angeordnet sind.
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Der Turbolader 250 übt Druck auf das Kraftstoff-Luft-Gemisch aus, um die Dichte des Kraftstoff-Luft-Gemischs zu erhöhen, und führt das resultierende Kraftstoff-Luft-Gemisch dem Verbrennungsmotor 210 zu. Der Turbolader 250 dient dazu, eine höhere Ausgabe als in einem selbstansaugenden Verbrennungsmotor bereitzustellen.
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In 1 ist ein selbstansaugendes Verbrennungsmotormodul dargestellt. In 2 ist ein Verbrennungsmotormodul 200 mit einem Turbolader gezeigt, das einen Elektromotor 252 und ein durch den Elektromotor 252 angetriebenes Laufrad 251 aufweist.
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Die Strömungssteuereinheit 270 ist zwischen dem Turbolader 250 und dem Verbrennungsmotor 210 angeordnet und steuert eine Menge des komprimierten Kraftstoff-Luft-Gemischs, das dem Verbrennungsmotor 210 zuzuführen ist.
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Zu Beispielen für die Strömungssteuereinheit 270 gehört ein Ventil, das mit elektronischer Drosselklappensteuerung (ETC) arbeitet. Später wird eine Ausführungsform beschrieben, in der das zu elektronischer Steuerung fähige ETC-Ventil als Strömungssteuereinheit 270 verwendet wird. Jedoch ist die Offenbarung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt.
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Auf diese Weise mischt der Mischer 230 gasförmigen Kraftstoff und Luft, um das Kraftstoff-Luft-Gemisch zu erzeugen. Der Turbolader 250 übt hohen Druck auf das erzeugte Kraftstoff-Luft-Gemisch aus, wonach das resultierende Kraftstoff-Luft-Gemisch dem Verbrennungsmotor 210 zugeführt wird.
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An diesem Punkt wird eine Menge des Kraftstoff-Luft-Gemischs mit hohem Druck, das dem Verbrennungsmotor 210 zuzuführen ist, mit dem ETC-Ventil 270 genau gesteuert, wodurch eine Ausgabe des Verbrennungsmotors 210 gesteuert wird.
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Wie zuvor beschrieben, befindet sich das den Turbolader 250 durchlaufende Kraftstoff-Luft-Gemisch in Zuständen mit hoher Temperatur und hohem Druck. Aus diesem Grund ist ein Zwischenkühler 260 zwischen dem Turbolader 250 und der Strömungssteuereinheit 270 vorgesehen. Der Zwischenkühler 260 senkt die Temperatur und den Druck des Kraftstoff-Luft-Gemischs und führt das resultierende Kraftstoff-Luft-Gemisch einem Zylinder 211 des Verbrennungsmotors 210 zu.
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Beispielsweise ist der Zwischenkühler 260 so konfiguriert, dass Wärmeaustausch zwischen dem Kraftstoff-Luft-Gemisch, das dem Verbrennungsmotor 210 zuzuführen ist, und einem Anteil des Kühlmittels auftritt, das zum Verbrennungsmotor 210 strömt, oder so, dass es gemäß 2 zu Wärmeaustausch zwischen dem über eine separate Kühlmittelpumpe 261 in 2 zirkulierenden Kühlmittel und dem Kraftstoff-Luft-Gemisch kommt.
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Außerdem kann das Verbrennungsmotormodul den Abgaswärmetauscher 280 aufweisen, der an der Abgasauslassseite des Verbrennungsmotors 210 angeordnet ist und in dem Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel und Abgas auftritt.
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2 und 3 sind schematische Ansichten, die jeweils eine nähere Konfiguration des Verbrennungsmotormoduls 200 gemäß 1 zeigen.
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Die Verbrennungsmotormodule 200 in 2 und 3 haben die gleiche Konfiguration mit der Ausnahme, dass das Verbrennungsmotormodul 200 gemäß 3 ferner den Turbolader 250 aufweist.
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Eine nähere Konfiguration des Verbrennungsmotormoduls 200 gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung wird nachstehend anhand von 3 der Zweckmäßigkeit halber beschrieben. Allerdings fällt auch die Konfiguration von 2 in den Schutzumfang der Offenbarung, und auf gleiche Beschreibungen wird verzichtet.
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Gemäß 3 kann das Verbrennungsmotormodul 200 des offenbarungsgemäßen Gaswärmepumpensystems ferner einen Abgasturbolader 290 aufweisen, der mindestens einen Anteil des vom Verbrennungsmotor 210 abgegebenen Abgases als Rückführabgas dem Verbrennungsmotor 210 zuführt.
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Der Abgasturbolader 290 dient dazu, Druck auf mindestens einen Anteil des Abgases auszuüben, das zu einem Abgasrohr 200d über einen Abgaskrümmer 213 abgegeben wird, und den resultierenden Anteil davon als Rückführabgas einem Einlasskrümmer 212 zuzuführen.
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Der Abgasturbolader 290 ist so konfiguriert, dass er den Stromverbrauch minimiert.
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Insbesondere weist der Abgasturbolader 290 eine Turbine 291 und ein Abgaslaufrad 292 auf. Die Turbine 291 wird mit dem Abgas gedreht. Das Abgaslaufrad 292 wird gemeinsam mit der Turbine 291 gedreht und übt Druck auf das Rückführabgas aus und führt dann das resultierende Rückführabgas dem Verbrennungsmotor 210 zu.
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Die Turbine 291 und das Abgaslaufrad 292 sind mit einer Welle 293 so miteinander verbunden, dass die Turbine 291 und das Abgaslaufrad 292 gleichzeitig gedreht werden.
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Das Abgas, mit dem eine Drehkraft der Turbine 291 erzeugt wird, wird von einem ersten Bypassrohr 200e zugeführt.
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Das heißt, darstellungsgemäß ist das erste Bypassrohr 200e in Form eines Rohrs vorgesehen, das vom Abgasrohr 200d abzweigt. Ein Eingangsabschnitt 200e-1 und ein Ausgangsabschnitt 200e-2 des ersten Bypassrohrs 200e sind beide mit dem Abgasrohr 200d verbunden. In diesem Fall ist der Eingangsabschnitt 200e-1 stromaufwärts vom Ausgangsabschnitt 200e-2 mit Blick aus einer Strömungsrichtung des Abgases vorgesehen.
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Folglich wird mindestens ein Anteil des Abgases, das nach Abgabe über den Abgaskrümmer 213 strömt, in das erste Bypassrohr 200e über den Eingangsabschnitt 200e-1 eingeleitet, und das eingeleitete Abgas wird dazu verwendet, die Drehkraft für die Turbine 291 zu erzeugen, und wird dann wieder zum Abgasrohr 200d über den Ausgangsabschnitt 200e-2 abgegeben.
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Ein zweites Bypassrohr 200f ist in Form eines Rohrs vorgesehen, das vom Abgasrohr 200d stromabwärts vom Ausgangsabschnitt 200e-2 des ersten Bypassrohrs 200e abzweigt. Das Abgaslaufrad 292 ist im zweiten Abgasrohr 200f drehbar angeordnet.
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Damit übt das Abgaslaufrad 292 Druck auf einen Anteil des Abgases aus, das über das zweite Bypassrohr 200f als Rückführabgas eingeleitet wird, und gibt dann den resultierenden Anteil des Rückführabgases zum Einlasskrümmer 212 des Verbrennungsmotors 210 ab.
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Um an diesem Punkt die Temperatur des Rückführabgases zu senken und seine Dichte zu steigern, ist erwünscht, dass der Abgaswärmetauscher 280 zwischen dem Ausgangsabschnitt 200e-2 des ersten Bypassrohrs 200e und einem Eingangsabschnitt 200f-1 des zweiten Bypassrohrs 200f angeordnet ist.
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Grund für diese Anordnung ist, dass das vom Abgaskrümmer 213 abgegebene Abgas normalerweise eine Temperatur im Bereich von etwa 300 bis 700 °C hat. Wird das Abgas dem Einlasskrümmer 212 ohne Kühlung zugeführt, ist die Dichte des Kraftstoff-Luft-Gemischs verringert, was den Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors 210 beeinträchtigt.
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Daher muss das Abgas zur Zufuhr ausreichend gekühlt werden. Dazu ist der Eingangsabschnitt 200f-1 des zweiten Bypassrohrs 200f stromabwärts vom Abgaswärmetauscher 280 so vorgesehen, dass er das Abgas als Rückführabgas zuführt, das auf etwa 70 °C beim Durchlauf durch den Abgaswärmetauscher 280 gekühlt wird.
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Um das Rückführabgas zuzuführen, ist darstellungsgemäß ein Ausgangsabschnitt 200f-2 des zweiten Bypassrohrs 200f mit der Gemischvorrichtung 200c oder dem Einlasskrümmer 212 so verbunden, dass ein Fluid durchlaufen kann.
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An diesem Punkt wird eine Turbolademenge des Rückführabgases in einem Bereich von 3 bis 30 % einer Gesamtmenge des Abgases aktiv gesteuert.
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Ein Abgas-Bypassventil Vb, mit dem eine Menge des der Turbine 291 zuzuführenden strömenden Abgases gesteuert wird, ist als Einrichtung zum aktiven Steuern der Turbolademenge des Rückführabgases vorgesehen.
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Darstellungsgemäß ist das Abgas-Bypassventil Vb zwischen dem Eingangsabschnitt 200e-1 und dem Ausgangsabschnitt 200e-2 des ersten Bypassrohrs 200e vorgesehen und dient dazu, die Menge des entlang des Abgasrohrs 200d strömenden Abgases zu steuern.
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Das Abgas-Bypassventil Vb ist mit einer Steuerung 500 elektrisch verbunden. Der Öffnungsgrad, in dem das Abgas-Bypassventil Vb offen ist, wird auf gesteuerte Weise gemäß einem Steuersignal der Steuerung 500 gesteuert.
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Muss also mehr Abgas der Turbine 291 des Abgasturboladers 290 zugeführt werden, verringert die Steuerung 500 den Öffnungsgrad und reduziert dadurch die Menge des das Abgasrohr 200d durchlaufenden strömenden Abgases und erhöht die Menge des strömenden Abgases, das über den Eingangsabschnitt 200e-1 des ersten Bypassrohrs 200e eingeleitet wird.
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Wird viel mehr Abgas auf diese Weise der Turbine 291 des Abgasturboladers 290 zugeführt, werden eine Drehzahl der Turbine 291 und eine Drehzahl des Abgaslaufrads 292 erhöht. Bei Erhöhung der Drehzahl des Abgaslaufrads 292 werden auch die Menge des strömenden Rückführabgases und dessen Druck erhöht. Das heißt, eine Steuerung wird so durchgeführt, dass die Turbolademenge des Rückführabgases erhöht wird.
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Eine beliebige in der Technik bekannte Einrichtung, die mit der Steuerung 500 elektrisch verbunden sein und damit elektronisch gesteuert werden kann, kann einschränkungslos als Abgas-Bypassventil Vb verwendet werden. Diese beliebige Einrichtung sollte in den Schutzumfang der Offenbarung fallen.
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An diesem Punkt wird die Turbolademenge des Rückführabgases, das dem Einlasskrümmer 212 über den Abgasturbolader 290 zugeführt wird, auf der Grundlage einer Konzentration von Schadstoffen im Abgasrohr 200d bestimmt.
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Zu den im Abgas enthaltenen Schadstoffen gehören bekanntlich normalerweise Kohlenmonoxid (CO), Stickoxid (NOx) und Kohlenwasserstoff (HC). Offenbarungsgemäß kommt eine Konfiguration zum Einsatz, in der die Turbolademenge des Rückführabgases auf der Grundlage einer Konzentration mindestens eines dieser Schadstoffe gesteuert wird.
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Dazu ist ein Abgassensor 258, der eine Konzentration von Schadstoffen erfasst, die im Abgas enthalten sind, am Abgasrohr 200d vorgesehen.
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Mit dem Abgassensor 258 wird bezweckt, die Konzentration der Schadstoffe zu erfassen, die im Abgas enthalten sind, das aus dem Gaswärmepumpensystem abschließend nach außen abgegeben wird. Deshalb ist erwünscht, dass der Abgassensor 258 am weitesten stromabwärts vom Abgasrohr 200d angeordnet ist.
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Offenbarungsgemäß kann jeder Sensor ohne Einschränkung als Abgassensor 258 vorgesehen sein, der so konfiguriert ist, dass er die Konzentration der Schadstoffe erfasst, die im Abgas enthalten sind. Die Anwendung dieses Abwandlungsbeispiels sollte in den Schutzumfang der Offenbarung fallen.
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Ein Rückführabgas-Drucksensor 257 ist an einer Ausgangsseite des Abgasturboladers 290 angebracht. Der Rückführabgas-Drucksensor 257 erfasst in Echtzeit den Turboladerdruck des Rückführabgases, das vom Abgasturbolader 290 abgegeben und dem Einlasskrümmer 212 zugeführt wird.
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Weiterhin ist ein Einlasskrümmer-Drucksensor 256, normalerweise als MAP-Sensor bekannt, am Einlasskrümmer 212 angebracht. Der Einlasskrümmer-Drucksensor 256 erfasst in Echtzeit den Druck des Kraftstoff-Luft-Gemischs, das dem Zylinder 211 des Verbrennungsmotors 210 zugeführt wird.
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Mit dieser Konfiguration wird die Menge des über den Abgasturbolader 290 zugeführten Rückführabgases mit einer Druckdifferenz als Variable zwischen dem durch den Rückführabgas-Drucksensor 257 erfassten Turboladerdruck und dem Druck des Kraftstoff-Luft-Gemischs gesteuert, der durch den Einlasskrümmer-Drucksensor 256 erfasst wird.
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Das heißt, gemäß der späteren Beschreibung wird in einem Fall, in dem die Turbolademenge des Rückführabgases erhöht werden muss, der Öffnungsgrad verringert, in dem das Abgas-Bypassventil Vb offen ist, wodurch die Menge des strömenden Abgases erhöht wird, das der Turbine 291 des Abgasturboladers 290 zuzuführen ist, was die Drehzahl des Abgaslaufrads 292 erhöht. Das heißt, eine Steuerung wird so durchgeführt, dass der Turboladerdruck des Rückführabgases erhöht wird.
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Umgekehrt wird in einem Fall, in dem die Turbolademenge des Rückführabgases verringert werden muss, der Öffnungsgrad erhöht, in dem das Abgas-Bypassventil Vb offen ist. Das heißt, eine Steuerung wird so durchgeführt, dass die Menge des strömenden Abgases verringert wird, das der Turbine 291 des Abgasturboladers 290 zuzuführen ist.
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Allerdings besteht in einem Fall, in dem der Abgasturbolader 290 nicht arbeitet, die Möglichkeit, dass das Kraftstoff-Luft-Gemisch in Rückwärtsrichtung vom Einlasskrümmer 212 zum zweiten Bypassrohr 200f eingeleitet wird. Um diese Situation auszuschließen, ist ein Rückschlagventil Vc, das das Kraftstoff-Luft-Gemisch daran hindert, in Rückwärtsrichtung zu strömen, am Ausgangsabschnitt 200f-2 des zweiten Bypassrohrs 200f angebaut.
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4 ist ein Funktionsblockdiagramm einer Konfiguration der Steuerung 500 des Gaswärmepumpensystems gemäß der Ausführungsform der Offenbarung. 5 und 6 sind Ablaufpläne eines Verfahrens zum Steuern des Gaswärmepumpensystems gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.
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Nachstehend wird das Verfahren zum Steuern des offenbarungsgemäßen Gaswärmepumpensystems mit Schwerpunkt auf der Steuerung 500 beschrieben.
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Darstellungsgemäß ist die Steuerung 500 mit dem Klimamodul, dem Kühlmodul, einer Stromversorgungseinheit 400 und dem Verbrennungsmotormodul 200 elektrisch verbunden und erzeugt Signale zum Steuern dieser Komponenten.
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Wird zunächst in einem Zustand, in dem das Gaswärmepumpensystem gestoppt ist, ein Systembetriebssignal über eine Bedieneinheit eingegeben, die nicht dargestellt ist, erzeugt die Steuerung 500 Signale zum Betreiben des Klimamoduls, des Kühlmoduls und des Verbrennungsmotormoduls 200, empfängt notwendigen elektrischen Strom von der Stromversorgungseinheit 400 und führt den empfangenen elektrischen Strom dem Klimamodul, dem Kühlmodul und dem Verbrennungsmotormodul 200 zu.
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Ein spezifisches Verfahren und eine spezifische Konfiguration, in denen die Steuerung 500 das Klimamodul und das Kühlmodul steuert, sind in der Technik bekannt, weshalb ihre näheren Beschreibungen entfallen.
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Eine Betriebsbedingung zum Betreiben des Verbrennungsmotormoduls 200 wird aus einem Speicher 510 ausgelesen. Insbesondere wird eine Steuerung so durchgeführt, dass das Luftrohr 200a und das Kraftstoffrohr 200b, die zuvor beschrieben sind, offen sind und dass dadurch Luft und Kraftstoff vom Luftrohr 200a bzw. Kraftstoffrohr 200b eingeleitet und im Mischer 230 gemischt werden.
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Weiterhin steuert zum Antrieb des Turboladers 250 die Steuerung 500 so, dass elektrischer Strom dem Elektromotor 252 zugeführt wird.
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Bei Zufuhr des Kraftstoff-Luft-Gemischs, auf das Druck ausgeübt wird, zum Verbrennungsmotor 210 sendet die Steuerung 500 ein Zündsignal zu einer Zündkerze in Übereinstimmung mit einem Hub jedes Zylinders 211 und zündet das jedem Zylinder 211 zugeführte Kraftstoff-Luft-Gemisch.
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Bei notwendiger Abgasrückführung wird die Drehzahl des Turboladers 291 so gesteuert, dass der Öffnungsgrad verringert wird, in dem das Abgas-Bypassventil Vb voll offen ist.
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Wie später beschrieben wird, steuert, d. h. erhöht oder verringert, die Steuerung 500 den Öffnungsgrad, in dem das Abgas-Bypassventil Vb offen ist, gemäß der Konzentration der im Abgas enthaltenen Schadstoffe.
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Zusätzlich ist die Steuerung 500 mit dem Einlasskrümmer-Drucksensor 256, dem Rückführabgas-Drucksensor 257 und dem Abgassensor 258 elektrisch verbunden und überwacht in Echtzeit den Druck des Kraftstoff-Luft-Gemischs, den Turboladerdruck des Rückführabgases, die Konzentration der im Abgas enthaltenen Schadstoffe u. ä. über elektrische Signale, die von diesen Komponenten empfangen werden.
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Ferner ist die Steuerung 500 mit einem Stellglied des ETC-Ventils 270 elektrisch verbunden. Wird die Ausgabe des Verbrennungsmotors 210 erhöht oder verringert, stellt das Stellglied den Öffnungsgrad, in dem das ETC-Ventil 270 offen ist, gemäß einem Steuersignal der Steuerung 500 ein und steigert oder verringert damit die Ausgabe des Verbrennungsmotors 210.
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Im Folgenden wird ein spezifischer Vorgang zum Steuern des Verbrennungsmotormoduls 200 anhand von 5 und 6 beschrieben.
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Zunächst empfängt die Steuerung 500 ein Signal als Anzeige der Konzentration der Schadstoffe vom Abgassensor 258 und berechnet die Konzentration der Schadstoffe (S1).
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Hier gehören zu den Schadstoffen Kohlenmonoxid, Stickoxid und/oder Kohlenwasserstoff. Der Abgassensor 258 erzeugt ein elektrisches Signal als Anzeige der Konzentration dieser Stoffe und überträgt das erzeugte elektrische Signal zur Steuerung 500. Die Steuerung 500 berechnet die Konzentration der Schadstoffe auf der Grundlage des übertragenen elektrischen Signals.
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Als Nächstes vergleicht die Steuerung 500 eine berechnete Konzentration Cm mit einer voreingestellten Referenzkonzentration Cth (S2).
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Die Referenzkonzentration Cth wird durch Abrufen von Daten sichergestellt, die vorab im vorgenannten Speicher 510 gespeichert sind. Die Referenzkonzentration Cth bezeichnet einen Zahlenwert, oberhalb dessen die Konzentration der im Abgas enthaltenen Schadstoffe aus einem annehmbaren Bereich fällt, und dient als Referenzvariable, oberhalb derer eine Steuerung zur Senkung eines Abgasemissionspegels durchgeführt werden muss.
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Anschließend bestimmt die Steuerung 500, ob die berechnete Konzentration Cm die Referenzkonzentration Cth übersteigt (S3).
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Wird bestimmt, dass die berechnete Konzentration Cm niedriger als die Referenzkonzentration Cth ist, bestimmt die Steuerung 500, dass die Konzentration der Schadstoffe in den annehmbaren Bereich fällt und behält eine aktuelle Betriebsbedingung bei (S4).
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Wird dagegen bestimmt, dass die berechnete Konzentration Cm gleich oder höher als die Referenzkonzentration Cth ist, führt die Steuerung 500 einen Abgasturbolader-Steuerschritt durch (S4).
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Insbesondere berechnet gemäß 6 die Steuerung 500 zunächst eine aktuelle Drehzahl des Verbrennungsmotors 210 und einen erforderlichen Lastbetrag am Klimamodul (S41 und S42).
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Zusätzlich berechnet die Steuerung 500 eine aktuelle Drehzahl des Elektromotors 252 des Turboladers 250 (S43).
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Als Nächstes berechnet die Steuerung 500 eine Gesamtmenge des strömenden Abgases, das aktuell aus dem Verbrennungsmotor 210 abgegeben wird, auf der Grundlage der berechneten Drehzahl des Verbrennungsmotors 210, des berechneten Betrags der erforderlichen Last am Klimamodul und/oder der berechneten Drehzahl des Elektromotors 252 (S44).
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Bei einem selbstansaugenden Verbrennungsmotor, der nicht mit dem Turbolader 250 ausgerüstet ist, wird die Gesamtmenge des Strömenden Abgases auf der Grundlage der Drehzahl des Verbrennungsmotors 210 und des Betrags der erforderlichen Last am Klimamodul berechnet.
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Die Gesamtmenge des strömenden Abgases wird auf der Grundlage der Drehzahl des Verbrennungsmotors 210, des Betrags der erforderlichen Last am Klimamodul und der Drehzahl des Elektromotors 252 anhand von Kennfelddaten berechnet, die im vorgenannten Speicher 510 vorab gespeichert sind.
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Ist die Gesamtmenge des strömenden Abgases vom Verbrennungsmotor 210 auf diese Weise berechnet, stellt die Steuerung 500 den Öffnungsgrad, in dem das Abgas-Bypassventil Vb offen ist, auf der Grundlage der berechneten Gesamtmenge des strömenden Abgases ein (S45).
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Der Öffnungsgrad, in dem das Abgas-Bypassventil Vb offen ist, was von der Gesamtmenge des strömenden Abgases abhängt, wird auf der Grundlage der Kennfelddaten bestimmt, die im vorgenannten Speicher 510 vorab gespeichert sind.
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Wird der Öffnungsgrad, in dem das Abgas-Bypassventil Vb offen ist, auf diese Weise so eingestellt, dass er verringert wird, so wird die Menge des strömenden Abgases erhöht, das über das erste Bypassrohr 200e eingeleitet wird, und eine Drehzahl des Abgasturboladers 290 und die Drehzahl des Abgaslaufrads 292 werden entsprechend erhöht.
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Die Menge des strömenden Rückführabgases, das dem Verbrennungsmotor 210 zuzuführen ist, und der Druck des Rückführabgases werden entsprechend erhöht.
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Als Nächstes empfängt die Steuerung 500 ein Signal als Anzeige des Drucks des Kraftstoff-Luft-Gemischs vom Einlasskrümmer-Drucksensor 256 und berechnet einen Druck P1 des Kraftstoff-Luft-Gemischs. Danach empfängt die Steuerung 500 ein Signal als Anzeige des Drucks des Rückführabgases vom Rückführabgas-Drucksensor 257 und berechnet einen Turboladerdruck P2 des Rückführabgases, das vom Einlasskrümmer 212 zugeführt wird (S46).
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Anschließend berechnet die Steuerung 500 eine Druckdifferenz (ΔP = P2 - PI), die einer Wertdifferenz zwischen dem berechneten Druck P1 des Kraftstoff-Luft-Gemischs und dem berechneten Turboladerdruck P2 entspricht (S73).
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Ist die Druckdifferenz ΔP berechnet, bestimmt die Steuerung 500, ob die Druckdifferenz ΔP eine vorbestimmte Referenzdruckdifferenz übersteigt (S48).
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Die vorbestimmte Referenzdruckdifferenz bezeichnet einen Referenzwert, der als Referenzwert zum Bestimmen der Turbolademenge des Rückführabgases dient, das dem Einlasskrümmer 212 des Verbrennungsmotors 210 zuzuführen ist. Das heißt, ist die Druckdifferenz höher als die Referenzdruckdifferenz, wird bestimmt, dass das Rückführabgas übermäßig zugeführt wird. Ist weiterhin die Druckdifferenz niedriger als die Referenzdruckdifferenz, wird bestimmt, dass eine Menge des zugeführten Rückführabgases unzureichend ist.
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Erwünscht ist, dass die vorbestimmte Referenzdruckdifferenz hier 100 hPa beträgt.
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Wird bestimmt, dass die Druckdifferenz gleich oder höher als die vorbestimmte Referenzdruckdifferenz ist, bestimmt die Steuerung 500, dass die Turbolademenge des Rückführabgases geeignet ist, und behält einen aktuellen Öffnungsgrad bei, in dem das Abgas-Bypassventil Vb offen ist (S49).
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Ist der aktuelle Öffnungsgrad, in dem das Abgas-Bypassventil Vb offen ist, vollständig beibehalten, kehrt die Steuerung 500 zum Schritt S1 zurück und führt erneute den Schritt S1 und sich ihm anschließende Schritte durch.
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Wird bestimmt, dass die Druckdifferenz niedriger als die vorbestimmte Referenzdruckdifferenz ist, verringert die Steuerung 500 den Öffnungsgrad, in dem das Abgas-Bypassventil Vb offen ist, in einem vorbestimmten Verhältnis (S49).
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Das heißt, da die Turbolademenge des Rückführabgases, das dem Verbrennungsmotor 210 aktuell zugeführt wird, unzureichend ist, besteht eine Notwendigkeit, die Drehzahl der Turbine 291 des Abgasturboladers 290 und die Drehzahl des Abgaslaufrads 292 zu erhöhen. Dazu wird der Öffnungsgrad, in dem das Abgas-Bypassventil Vb offen ist, zusätzlich verringert, und die Menge des strömenden Abgases, das der Turbine 291 zuzuführen ist, wird entsprechend erhöht.
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Erwünscht ist, dass das vorbestimmte Verhältnis 5 bis 10 % des aktuellen Öffnungsgrads beträgt.
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Ist der Öffnungsgrad, in dem das Abgas-Bypassventil Vb offen ist, auf diese Weise im Schritt S49 zusätzlich verringert, kehrt die Steuerung 500 zum Schritt S46 zurück und bestimmt erneut, ob die Druckdifferenz ΔP die vorbestimmte Referenzdruckdifferenz überschreitet.
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Anhand der zuvor beschriebenen technischen Konfigurationen der Ausführungsformen der Offenbarung sollte dem Fachmann auf dem Gebiet, zu dem die Offenbarung gehört, somit deutlich sein, dass spezifische andere Ausführungsformen als die zuvor beschriebene Ausführungsform der Offenbarung realisiert werden, ohne vom technischen Gedanken und von den notwendigen Merkmalen der Offenbarung abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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