DE202014101948U1

DE202014101948U1 - Variables Ventilsystem,um die Kondensation in einem Ladeluftkühler zu verrringern

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Publication number: DE202014101948U1
Application number: DE202014101948.0U
Authority: DE
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-05-02
Filing date: 2014-04-24
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2024-04-25
Also published as: RU152548U1; US20140325959A1; CN204175419U; US9464562B2

Abstract

Luftströmungsregulierungssystem für einen Ladeluftkühler, das Folgendes umfasst: ein Luftströmungsregulierungselement, das in einem Tank des Ladeluftkühlers angeordnet ist, wobei das Luftströmungsregulierungselement einstellbar ist, um eine Anzahl von Kühlrohren im Ladeluftkühler, durch die Luft strömt, zu verändern.

Description

Rückverweisung auf verwandte Anmeldung
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nummer 61/818 799 mit dem Titel ”VARIABLE VALVE SYSTEM TO REDUCE CONDENSATION IN A CHARGE AIR COOLER”, eingereicht am 2. Mai 2013, deren gesamter Inhalt hier durch Bezugnahme vollständig aufgenommen ist.
Hintergrund/Zusammenfassung
Kraftmaschinen mit Turbolader und Lader können konfiguriert sein, Umgebungsluft, die in die Kraftmaschine eintritt, zu komprimieren, um die Leistung zu erhöhen. Die Kompression der Luft kann eine Erhöhung der Lufttemperatur verursachen, folglich kann ein Zwischenkühler oder Ladeluftkühler (CAC) verwendet werden, um die erhitzte Luft zu kühlen, wodurch ihre Dichte erhöht wird und ferner die potentielle Leistung der Kraftmaschine erhöht wird. Kondensat kann sich im CAC bilden, wenn die Umgebungslufttemperatur abnimmt, oder während feuchter oder regnerischer Wetterbedingungen, wobei die Einlassluft unter den Wassertaupunkt abgekühlt wird. Kondensat (z. B. Wassertröpfchen) können sich am Boden des CAC oder in den inneren Durchgängen und Kühlturbulatoren ansammeln. Wenn das Drehmoment erhöht wird, wie z. B. während einer Beschleunigung, kann eine erhöhte Luftmassenströmung das Kondensat vom CAC abstreifen, es in die Kraftmaschine saugen und die Wahrscheinlichkeit für eine Kraftmaschinenfehlzündung und Verbrennungsinstabilität erhöhen.
Andere Versuche, um die Kraftmaschinenfehlzündung aufgrund der Kondensataufnahme anzugehen, beinhalten das Vermeiden eines Kondensataufbaus. Die Erfinder haben jedoch hier potentielle Probleme bei solchen Verfahren erkannt. Obwohl einige Verfahren die Kondensatbildung im CAC verringern oder verlangsamen können, kann sich insbesondere dennoch Kondensat über die Zeit aufbauen. Wenn dieser Aufbau nicht gestoppt werden kann, kann die Aufnahme des Kondensats während der Beschleunigung eine Kraftmaschinenfehlzündung verursachen. Ein weiteres Verfahren zum Verhindern einer Kraftmaschinenfehlzündung aufgrund der Kondensataufnahme umfasst das Einfangen und/oder Ableiten des Kondensats vom CAC. Obwohl dies die Kondensatniveaus im CAC verringern kann, wird das Kondensat zu einem alternativen Ort oder Reservoir bewegt, der anderen Kondensatproblemen wie z. B. Gefrieren und Korrosion unterliegen kann.
Die Erfinder haben hier erkannt, dass unter verschiedenen Druckbedingungen Ladeluftkondensat von den Kühlrohren des Ladeluftkühlers abgestreift werden kann, bevor sich eine übermäßige Kondensation aufbauen kann, wenn die Luftströmungsgeschwindigkeit durch den CAC über einem minimalen Schwellenwert bleibt. Folglich können die vorstehend beschriebenen Probleme in einem Beispiel durch ein Luftströmungsregulierungselement angegangen werden, das in einem Tank des CAC angeordnet ist, wobei das Luftströmungsregulierungselement einstellbar ist, um eine Anzahl von Kühlrohren im CAC, durch die Luft strömt, zu verändern. In einem Beispiel kann das Luftströmungsregulierungselement ein zylindrisches Fassventil umfassen, das um eine Drehachse drehbar ist, um die Luftströmung durch Kühlrohre innerhalb des CAC einzustellen. Insbesondere können die Kühlrohre einen ersten Satz von Kühlrohren umfassen, wobei die Luftströmung durch den ersten Satz von Kühlrohren immer strömt. Die Kühlrohre können ferner einen zweiten Satz von Kühlrohren umfassen, wobei die Luftströmung durch den zweiten Satz von Kühlrohren mit dem Luftströmungsregulierungselement reguliert wird. In einer alternativen Ausführungsform kann die Luftströmung durch den ersten Satz von Kühlrohren auch mit dem Luftströmungsregulierungselement reguliert werden und die Luftströmung kann nur durch den ersten Satz von Kühlrohren strömen, wenn die Luft nicht durch den zweiten Satz von Kühlrohren strömt. Eine Steuereinheit kann das Fassventil in verschiedene Positionen drehen, um eine Luftströmungsgeschwindigkeit durch die Kühlrohre des CAC zu erhöhen oder zu verringern. In einigen Beispielen kann die Position des Fassventils auf der Basis einer Luftmassendurchflussrate und/oder einer Temperatur an einem Auslass des CAC eingestellt werden.
Selbstverständlich ist die obige Zusammenfassung vorgesehen, um eine Auswahl von Konzepten, die in der ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben werden, in vereinfachter Form einzuführen. Sie soll keine Schlüssel- oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstandes identifizieren, dessen Schutzbereich nur durch die Ansprüche definiert ist, die der ausführlichen Beschreibung folgen. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen begrenzt, die irgendwelche vorstehend oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung angegebenen Nachteile lösen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein schematisches Diagramm eines Beispielkraftmaschinensystems mit einem Ladeluftkühler.
2 ist ein Diagramm einer ersten Ausführungsform eines Luftströmungsregulierungselements in einem Ladeluftkühler.
3 ist ein Diagramm einer zweiten Ausführungsform eines Luftströmungsregulierungselements in einem Ladeluftkühler.
4 ist ein Diagramm einer ersten Ansicht einer dritten Ausführungsform eines Luftströmungsregulierungselements in einem Ladeluftkühler.
5 ist ein Diagramm einer vierten Ausführungsform eines Luftströmungsregulierungselements in einem Ladeluftkühler.
6 ist ein Diagramm einer fünften Ausführungsform eines Luftströmungsregulierungselements in einem Ladeluftkühler.
7 ist ein Ablaufplan, der ein Verfahren zum Einstellen der Luftströmung durch einen Ladeluftkühler darstellt.
8–9 sind Diagramme eines Fassventils in einem Ladeluftkühler.
10 ist ein Diagramm einer zweiten Ansicht einer dritten Ausführungsform eines Luftströmungsregulierungselements in einem Ladeluftkühler.
Ausführliche Beschreibung
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Systeme und Verfahren zum Regulieren der Luftströmung durch einen Ladeluftkühler (CAC). Ein CAC in einem Kraftmaschinensystem wie z. B. dem in 1 gezeigten Kraftmaschinensystem kann ein Luftströmungsregulierungselement umfassen, um eine Geschwindigkeit von Ladeluft, die durch Kühlrohre des CAC strömt, zu steuern. Die Ladeluft kann in mehrere Kühlrohre innerhalb des CAC durch einen Einlasstank des CAC eintreten. Dann kann gekühlte Ladeluft die mehreren Kühlrohre verlassen und in einen Auslasstank des CAC eintreten. Das Luftströmungsregulierungselement kann innerhalb des Einlasstanks oder des Auslasstanks angeordnet sein. Verschiedene Ausführungsformen des Luftströmungsregulierungselements innerhalb des CAC sind in 2–6 und 8–10 gezeigt. Eine Position des Luftströmungsregulierungselements kann eingestellt werden, um die Luftströmung durch eine Teilmenge der mehreren Kühlrohre zu steuern. In einem Beispiel kann das Luftströmungsregulierungselement passiv auf der Basis eines Luftströmungsdrucks eingestellt werden. In einem anderen Beispiel, wie in 7 gezeigt, kann eine Kraftmaschinensteuereinheit die Position des Luftströmungsregulierungselements einstellen, um eine Anzahl von aktiven (z. B. Ladeluft leitenden) Kühlrohren auf der Basis von Kraftmaschinenbetriebsbedingungen zu erhöhen oder zu verringern. In dieser Weise kann das Einstellen der Position des Luftströmungsregulierungselements eine Luftdurchflussrate (z. B. Geschwindigkeit) durch die Kühlrohre des CAC einstellen. Durch Halten der Luftströmungsgeschwindigkeit durch die Kühlrohre des CAC über einem Schwellenwert können die Kondensatansammlung und potentielle Kraftmaschinenfehlzündungsereignisse verringert werden.
1 ist ein schematisches Diagramm, das eine Beispielkraftmaschine 10 zeigt, die in einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs enthalten sein kann. Die Kraftmaschine 10 ist mit vier Zylindern oder Brennkammern 30 gezeigt. Andere Zahlen von Zylindern können jedoch gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. Die Kraftmaschine 10 kann zumindest teilweise durch ein Steuersystem mit einer Steuereinheit 12 und durch eine Eingabe von einem Fahrzeugfahrer 132 über eine Eingabevorrichtung 130 gesteuert werden. In diesem Beispiel umfasst die Eingabevorrichtung 130 ein Fahrpedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals PP. Jede Brennkammer (z. B. Zylinder) 30 der Kraftmaschine 10 kann Brennkammerwände umfassen, wobei ein Kolben (nicht dargestellt) darin angeordnet ist. Die Kolben können mit einer Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, so dass eine Hin- und Herbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgesetzt wird. Die Kurbelwelle 40 kann mit mindestens einem Antriebsrad eines Fahrzeugs gekoppelt sein und das Kraftmaschinenausgangsdrehmoment verwenden, um das Kraftfahrzeug anzutreiben. Die Kurbelwelle 40 kann auch verwendet werden, um eine Lichtmaschine 152 anzutreiben.
Die Brennkammern 30 können Einlassluft vom Einlasskrümmer 44 empfangen und können Verbrennungsgase über einen Auslasskrümmer 46 an einen Auslassdurchgang 48 auslassen. Der Einlasskrümmer 44 und der Auslasskrümmer 46 können selektiv mit der Brennkammer 30 über jeweilige Einlassventile und Auslassventile (nicht dargestellt) in Verbindung stehen. In einigen Ausführungsformen kann die Brennkammer 30 zwei oder mehr Einlassventile und/oder zwei oder mehr Auslassventile umfassen.
Kraftstoffeinspritzdüsen 50 sind direkt mit der Brennkammer 30 zum Einspritzen von Kraftstoff direkt in diese im Verhältnis zur Impulsbreite eines von der Steuereinheit 12 empfangenen Signals FPW gekoppelt gezeigt. In dieser Weise schafft die Kraftstoffeinspritzdüse 50 das, was als Direkteinspritzung von Kraftstoff in die Brennkammer 30 bekannt ist; es ist jedoch zu erkennen, dass eine Kanaleinspritzung auch möglich ist. Kraftstoff kann zur Kraftstoffeinspritzdüse 50 durch ein Kraftstoffsystem (nicht dargestellt) mit einem Kraftstofftank, einer Kraftstoffpumpe und einer Kraftstoffverteilerleitung zugeführt werden.
In einem Prozess, der als Zündung bezeichnet wird, wird der eingespritzte Kraftstoff durch bekannte Zündmittel wie z. B. eine Zündkerze 52 gezündet, was zur Verbrennung führt. Der Funkenzündzeitpunkt kann derart gesteuert werden, dass der Zündfunkie vor (vorverstellt) oder nach (verzögert) der festgelegten Zeit des Herstellers auftritt. Der Zündfunkenzeitpunkt kann beispielsweise vom Zeitpunkt des maximalen Anlaufdrehmoments (MBT) verzögert werden, um das Kraftmaschinenklopfen zu steuern, oder unter hohen Feuchtigkeitsbedingungen vorverstellt werden. Insbesondere kann der MBT vorverstellt werden, um die langsame Verbrennungsrate zu berücksichtigen. In einem Beispiel kann der Zündfunke während eines Fahrpedaltretens verzögert werden. In einer alternativen Ausführungsform kann eine Kompressionszündung verwendet werden, um den eingespritzten Kraftstoff zu zünden.
Der Einlasskrümmer 44 kann Einlassluft von einem Einlassdurchgang 42 empfangen. Der Einlassdurchgang 42 umfasst eine Drosselklappe 21 mit einer Drosselplatte 22, um die Strömung zum Einlasskrümmer 44 zu regulieren. In diesem speziellen Beispiel kann die Position (TP) der Drosselplatte 22 durch die Steuereinheit 12 verändert werden, um eine elektronische Drosselklappensteuerung (ETC) zu ermöglichen. In dieser Weise kann die Drosselklappe 21 betätigt werden, um die Einlassluft zu verändern, die zu den Brennkammern 30 geliefert wird. Die Steuereinheit 12 kann beispielsweise die Drosselplatte 22 einstellen, um eine Öffnung der Drosselklappe 21 zu vergrößern. Das Vergrößern der Öffnung der Drosselklappe 21 kann die Menge an Luft, die zum Einlasskrümmer 44 zugeführt wird, erhöhen. In einem alternativen Beispiel kann die Öffnung der Drosselklappe 21 verkleinert oder vollständig geschlossen werden, um die Luftströmung zum Einlasskrümmer 44 abzusperren. In einigen Ausführungsformen können zusätzliche Drosselklappen im Einlassdurchgang 42 vorhanden sein, wie z. B. eine Drosselklappe stromaufwärts eines Kompressors 60 (nicht dargestellt).
Ferner kann in den offenbarten Ausführungsformen ein Abgasrückführungssystem (AGR-System) einen gewünschten Teil des Abgases vom Auslassdurchgang 48 zum Einlassdurchgang 42 über einen AGR-Durchgang wie z. B. einen Hochdruck-AGR-Durchgang 140 leiten. Die Menge an AGR, die zum Einlassdurchgang 42 geliefert wird, kann durch die Steuereinheit 12 über ein AGR-Ventil wie z. B. ein Hochdruck-AGR-Ventil 142 geändert werden. Unter einigen Bedingungen kann das AGR-System verwendet werden, um die Temperatur des Luft- und Kraftstoffgemisches innerhalb der Brennkammer zu regulieren. 1 zeigt ein Hochdruck-AGR-System, wobei AGR von stromaufwärts einer Turbine eines Turboladers zu stromabwärts eines Kompressors eines Turboladers durch den AGR-Durchgang 140 geleitet wird. 1 zeigt auch ein Niederdruck-AGR-System, wobei AGR von stromabwärts einer Turbine eines Turboladers zu stromaufwärts eines Kompressors eines Turboladers durch den Niederdruck-AGR-Durchgang 156 geleitet wird. Ein Niederdruck-AGR-Ventil 154 kann die Menge an AGR steuern, die zum Einlassdurchgang 42 geliefert wird. In einigen Ausführungsformen kann die Kraftmaschine sowohl ein Hochdruck-AGR- als auch ein Niederdruck-AGR-System umfassen, wie in 1 gezeigt. In anderen Ausführungsformen kann die Kraftmaschine entweder ein Niederdruck-AGR-System oder ein Hochdruck-AGR-System umfassen. Wenn es betriebsfähig ist, kann das AGR-System die Bildung von Kondensat von der Druckluft induzieren, insbesondere wenn die Druckluft durch den Ladeluftkühler gekühlt wird, wie nachstehend genauer beschrieben.
Die Kraftmaschine 10 kann ferner eine Kompressionsvorrichtung wie z. B. einen Turbolader oder Lader mit mindestens einem Kompressor 60 umfassen, der entlang des Einlassdurchgangs 42 angeordnet ist. Für einen Turbolader kann der Kompressor 60 zumindest teilweise durch eine Turbine 62 beispielsweise über eine Welle oder eine andere Kopplungsanordnung angetrieben werden. Die Turbine 62 kann entlang des Auslassdurchgangs 48 angeordnet sein. Verschiedene Anordnungen können vorgesehen sein, um den Kompressor anzutreiben. Für einen Lader kann der Kompressor 60 zumindest teilweise durch die Kraftmaschine und/oder eine elektrische Maschine angetrieben werden und kann keine Turbine umfassen. Folglich kann das Ausmaß an Kompression, das für einen oder mehrere Zylinder der Kraftmaschine über einen Turbolader oder Lader bereitgestellt wird, durch die Steuereinheit 12 verändert werden.
In der in 1 gezeigten Ausführungsform kann der Kompressor 60 hauptsächlich durch die Turbine 62 angetrieben werden. Die Turbine 62 kann durch Abgase angetrieben werden, die durch den Auslassdurchgang 48 strömen. Folglich kann die Antriebsbewegung der Turbine 62 den Kompressor 60 antreiben. An sich kann die Drehzahl des Kompressors 60 auf der Drehzahl der Turbine 62 basieren. Wenn die Drehzahl des Kompressors 60 zunimmt, kann mehr Aufladung durch den Einlassdurchgang 42 zum Einlasskrümmer 44 geliefert werden.
Ferner kann der Auslassdurchgang 48 einen Ladedruckbegrenzer 26 zum Umlenken von Abgas von der Turbine 62 weg umfassen. Außerdem kann der Einlassdurchgang 42 ein Kompressor-Umleit- oder Rückführungsventil (CRV) 27 umfassen, das dazu konfiguriert ist, Einlassluft um den Kompressor 60 umzulenken. Der Ladedruckbegrenzer 26 und/oder das CRV 27 kann durch die Steuereinheit 12 gesteuert werden, so dass sie geöffnet werden, wenn beispielsweise ein niedrigerer Ladedruck erwünscht ist. In Reaktion auf einen Kompressorstoß oder ein potentielles Kompressorstoßereignis kann die Steuereinheit 12 beispielsweise das CBV 27 öffnen, um den Druck am Auslass des Kompressors 60 zu verringern. Dies kann den Kompressorstoß verringern oder stoppen.
Der Einlassdurchgang 42 kann ferner einen Ladeluftkühler (CAC) 80 (z. B. einen Zwischenkühler) umfassen, um die Temperatur der durch den Turbolader oder Lader beeinflussten Einlassgase zu verringern. In einigen Ausführungsformen kann der CAC 80 ein Luft/Luft-Wärmetauscher sein. In anderen Ausführungsformen kann der CAC 80 ein Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher sein. Der CAC 80 kann auch ein CAC mit variablem Volumen sein. Heiße Ladeluft (aufgeladene Luft) vom Kompressor 60 tritt in den Einlass des CAC 80 ein, kühlt sich ab, wenn sie durch den CAC strömt, und tritt dann aus, um durch die Drosselklappe 21 zu strömen und dann in den Kraftmaschinen-Einlasskrümmer 44 einzutreten. Eine Umgebungsluftströmung von außerhalb des Fahrzeugs kann in die Kraftmaschine 10 durch ein Fahrzeugvorderende eintreten und über den CAC strömen, um die Kühlung der Ladeluft zu unterstützen. Kondensat kann sich im CAC bilden und ansammeln, wenn die Umgebungslufttemperatur abnimmt, oder während feuchter oder regnerischer Wetterbedingungen, wobei die Ladeluft unter die Wassertaupunkttemperatur abgekühlt wird. Wenn die in den CAC eintretende Ladeluft aufgeladen wird (z. B. der Ladedruck und/oder CAC-Druck größer ist als der Atmosphärendruck), kann sich ferner Kondensat bilden, wenn die CAC-Temperatur unter die Taupunkttemperatur fällt. Wenn die Ladeluft zurückgeführte Abgase umfasst, kann das Kondensat sauer werden und das CAC-Gehäuse korrodieren. Die Korrosion kann zu Lecks zwischen der Ladeluft, der Atmosphäre und möglicherweise dem Kühlmittel im Fall von Wasser/Luft-Kühlern führen. Wenn sich Kondensat im CAC aufbaut, kann es ferner durch die Kraftmaschine während Zeiten mit erhöhter Luftströmung aufgenommen werden. Folglich können eine instabile Verbrennung und/oder eine Kraftmaschinenfehlzündung auftreten.
Wie in 2–6 und 8–10 gezeigt und nachstehend weiter erörtert, kann der CAC 80 mehrere interne Kühlrohre umfassen, durch die die Ladeluft strömt. Unter verschiedenen Luftströmungsbedingungen kann das innerhalb der Kühlrohre gebildete Kondensat von den Kühlrohren abgestreift werden, bevor sich eine übermäßige Kondensation aufbauen kann, wenn die Ladeluftdurchflussrate über einem minimalen Schwellenwert bleibt. Eine minimale Luftgeschwindigkeit von 12–15 m/s bei verschiedenen Kraftmaschinendrehzahlen kann beispielsweise gewöhnlich Wasser kontinuierlich entfernen und eine übermäßige Kondensation im CAC 80 verhindern. In anderen Beispielen kann eine minimale Luftgeschwindigkeit, die größer oder kleiner als der Bereich von 12–15 m/s ist, Wasser kontinuierlich entfernen, während eine übermäßige Kondensation im CAC 80 verhindert wird. Ferner kann die Rate der Wasserabstreifung mit höheren Ladeluftdurchflussraten zunehmen. Bei langsameren Kraftmaschinendrehzahlen kann jedoch die Ladeluftdurchflussrate (z. B. Luftströmungsgeschwindigkeit) durch die Kühlrohre zu niedrig sein, um einen übermäßigen Kondensationsaufbau zu verhindern. Folglich kann der CAC 80 ein Luftströmungsregulierungselement umfassen, um die Luftströmungsgeschwindigkeit durch die Kühlrohre einzustellen. Wie nachstehend im Hinblick auf 2–10 weiter erörtert, kann das Luftströmungsregulierungselement eingestellt werden, um die Luftströmung durch eine Teilmenge der Kühlrohre abzusperren, um die Luftströmungsgeschwindigkeit durch die restlichen Kühlrohre zu erhöhen. In dieser Weise kann die Kondensatansammlung im CAC verringert werden und Kondensat kann aus dem CAC mit einer gesteuerten Rate ausgeblasen werden, die sich auf die Kraftmaschinenverbrennung nicht auswirken kann.
Die Steuereinheit 12 ist in 1 als Mikrocomputer mit einer Mikroprozessoreinheit 102, Eingabe/Ausgabe-Anschlüssen 104, einem elektronischen Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, das in diesem speziellen Beispiel als Festwertspeicherchip 106 gezeigt ist, einem Direktzugriffsspeicher 108, einem Haltespeicher 110 und einem Datenbus gezeigt. Die Steuereinheit 12 kann verschiedene Signale von Sensoren, die mit der Kraftmaschine 10 gekoppelt sind, zum Durchführen von verschiedenen Funktionen empfangen, um die Kraftmaschine 10 zu betreiben. Zusätzlich zu den vorher erörterten Signalen können diese Signalen die Messung der eingeführten Luftmassenströmung vom MAF-Sensor 120; die Kraftmaschinen-Kühlmitteltemperatur (ECT) vom Temperatursensor 112, der schematisch an einer Stelle innerhalb der Kraftmaschine 10 gezeigt ist; ein Profilzündaufnahmesignal (PIP) vom Hall-Effekt-Sensor 118 (oder anderer Typ), der mit der Kurbelwelle 40 gekoppelt ist; die Drosselklappenposition (TP) von einem Drosselklappen-Positionssensor, wie erörtert; und ein Krümmerabsolutdrucksignal, MAP, vom Sensor 122, wie erörtert, umfassen. Ein Kraftmaschinendrehzahlsignal, RPM, kann durch die Steuereinheit 12 aus dem Signal PIP erzeugt werden. Das Krümmerdrucksignal MAP von einem Krümmerdrucksensor kann verwendet werden, um eine Angabe eines Unterdrucks oder Drucks im Einlasskrümmer 44 zu liefern. Es ist zu beachten, dass verschiedene Kombinationen der obigen Sensoren verwendet werden können, wie z. B. ein MAF-Sensor ohne MAP-Sensor oder umgekehrt. Während des stöchiometrischen Betriebs kann der MAP-Sensor eine Angabe des Kraftmaschinendrehmoments geben. Ferner kann dieser Sensor zusammen mit der detektierten Kraftmaschinendrehzahl eine Abschätzung der Ladung (einschließlich Luft), die in den Zylinder eingeführt wird, vorsehen. In einem Beispiel kann der Hall-Effekt-Sensor 118, der auch als Kraftmaschinendrehzahlsensor verwendet wird, eine vorbestimmte Anzahl von gleich beabstandeten Impulsen bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle 40 erzeugen.
Andere Sensoren, die Signale zur Steuereinheit 12 senden können, umfassen einen Temperatur- und/oder Drucksensor 124 an einem Auslass eines Ladeluftkühlers 80 und einen Ladedrucksensor 126. Andere Sensoren, die nicht dargestellt sind, können auch vorhanden sein, wie z. B. ein Sensor zum Bestimmen der Einlassluftgeschwindigkeit am Einlass des Ladeluftkühlers und andere Sensoren. In einigen Beispielen kann der Speichermedium-Festwertspeicherchip 106 mit computerlesbaren Daten programmiert sein, die Befehle darstellen, die von der Mikroprozessoreinheit 102 zum Durchführen der nachstehend beschriebenen Verfahren sowie anderer Varianten, die erwartet werden, aber nicht spezifisch aufgelistet sind, ausführbar sind. Beispielroutinen werden hier zu 7 beschrieben.
Das System von 1 schafft ein Kraftmaschinensystem mit einer Kraftmaschine mit einem Einlasskrümmer, einer Drosselklappe, die stromaufwärts vom Einlasskrümmer angeordnet ist, einem Turbolader mit einer Turbine, die betriebsfähig ist, um einen Kompressor anzutreiben, einem Ladeluftkühler, der stromaufwärts der Drosselklappe und stromabwärts des Kompressors angeordnet ist, einem Luftströmungsregulierungselement, das in einem oder mehreren eines Einlasstanks und eines Auslasstanks des Ladeluftkühlers angeordnet ist, und einer Steuereinheit mit einem computerlesbaren Befehl zum Einstellen einer Position des Luftströmungsregulierungselements innerhalb des Ladeluftkühlers auf der Basis einer Geschwindigkeit der Ladeluft, die in den Ladeluftkühler eintritt. Die Geschwindigkeit der Ladeluft, die in den Ladeluftkühler eintritt, kann auf einer Luftmassendurchflussrate basieren. Ferner kann die Einstellung auf einer Temperatur der Ladeluft, die den Ladeluftkühler verlässt, basieren.
Ausführungsformen eines Luftströmungsregulierungselements in einem CAC 80, der in einem Kraftmaschinensystem wie z. B. dem in 1 gezeigten Kraftmaschinensystem installiert ist, sind in 2–6 und 8–10 dargestellt. Wie vorstehend beschrieben, umfasst der CAC 80 mehrere Kühlrohre. Wie in 2–6 und 8–10 gezeigt, umfassen die mehreren Kühlrohre ein erstes Kühlrohr 212, ein zweites Kühlrohr 214, ein drittes Kühlrohr 216, ein viertes Kühlrohr 218, ein fünftes Kühlrohr 220 und ein sechstes Kühlrohr 222. Obwohl 2–6 und 8–10 den CAC 80 mit sechs Kühlrohren zeigen, kann der CAC 80 eine beliebige Anzahl von Kühlrohren, die größer ist als 1, aufweisen. In einer alternativen Ausführungsform kann der CAC 80 beispielsweise 10 Kühlrohre umfassen. In einer anderen Ausführungsform kann der CAC 80 vier Kühlrohre umfassen. Die mehreren Kühlrohre können in Teilmengen von zwei oder mehr Sätzen von Kühlrohren aufgetrennt sein. In einem ersten Satz von Kühlrohren kann beispielsweise die Ladeluft immer durch die Rohre strömen. An sich kann eine Luftströmungsgeschwindigkeit durch den ersten Satz von Kühlrohren immer größer sein als null, wenn die Luftmassenströmung größer ist als null. In einem zweiten Satz von Kühlrohren kann die Ladeluft nicht immer durch die Kühlrohre strömen. Wie nachstehend weiter beschrieben, kann das Luftströmungsregulierungselement 206 eingestellt werden, um den Eintritt und/oder Austritt der Luftströmung in bzw. aus einem oder mehreren Kühlrohren des zweiten Satzes von Kühlrohren zu blockieren.
Folglich kann das Luftströmungsregulierungselement 206 eingestellt werden, um eine Menge oder Anzahl von Kühlrohren, die Ladeluft empfangen und/oder ausgeben, zu erhöhen oder zu verringern. Die Kühlrohre, durch die Ladeluft strömt (z. B. die Luftströmungsgeschwindigkeit ist größer als null), können als aktive (z. B. aktivierte) Kühlrohre bezeichnet werden, während die blockierten Kühlrohre als inaktive (z. B. deaktivierte) Kühlrohre bezeichnet werden können. Ferner kann das Luftströmungsregulierungselement 206 eingestellt werden, um die Luftströmungsgeschwindigkeit der Ladeluft, die durch die aktiven Kühlrohre strömt, zu erhöhen oder zu verringern. Durch Blockieren oder Deaktivieren eines Teils der Kühlrohre kann die Luftströmungsgeschwindigkeit durch die aktiven Kühlrohre zunehmen. Das Erhöhen der Luftströmungsgeschwindigkeit durch die aktiven Kühlrohre kann die Kondensatansammlung innerhalb der Rohre verringern, wodurch Kraftmaschinenfehlzündungsereignisse aufgrund der Aufnahme von großen Mengen an Wasser verringert werden.
In einem Beispiel kann das Luftströmungsregulierungselement 206 aktiv durch einen Aktuator und eine Steuereinheit eingestellt werden. Eine Kraftmaschinensteuereinheit (wie z. B. die in 1 gezeigte Steuereinheit 12) kann beispielsweise eine Position des Luftströmungsregulierungselements 206 durch Betätigen eines Aktuators, der mit dem Luftströmungsregulierungselement 206 gekoppelt ist, einstellen. Beispiele eines aktiv gesteuerten Luftströmungsregulierungselements 206 sind in 2–4 gezeigt. In einem anderen Beispiel kann das Luftströmungsregulierungselement 206 passiv auf der Basis einer Luftströmungsgeschwindigkeit und/oder eines Drucks der in den CAC 80 eintretenden Ladeluft eingestellt werden. Wenn die Luftströmungsgeschwindigkeit und der Luftströmungsdruck, die in den CAC 80 eintreten, zunehmen, kann beispielsweise der höhere Luftströmungsdruck gegen das Luftströmungsregulierungselement 206 schieben und dieses öffnen, wodurch ermöglicht wird, dass eine Luftströmung in den zweiten Satz von Kühlrohren eintritt und/oder diesen verlässt. Beispiele eines passiv gesteuerten Luftströmungsregulierungselements 206 sind in 5–6 gezeigt.
Ladeluft von einem Kompressor (wie z. B. dem in 1 gezeigten Kompressor 60) tritt in den CAC 80 beim Pfeil 208 ein und strömt in einen Einlasstank 224 des CAC 80. Die Ladeluft tritt dann in die offenen oder aktiven Kühlrohre an einem ersten Ende (z. B. Einlassende) der Kühlrohre ein. Wenn die Ladeluft durch die Kühlrohre (z. B. die Kühlrohre 212–222) strömt, kühlt CAC-Kühlmittel oder Luft, die durch die entgegengesetzte Seite der Kühlrohre strömt, die Ladeluft. An sich verlässt die gekühlte Ladeluft die Kühlrohre an einem zweiten Ende (z. B. Auslassende) der Kühlrohre und tritt in einen Auslasstank 226 des CAC 80 ein. Die gekühlte Ladeluft verlässt schließlich den CAC 80 beim Pfeil 210.
Wenn man sich nun 2 zuwendet, ist eine erste Ausführungsform eines Luftströmungsregulierungselements 206 in einem CAC 80 in einem Diagramm 200 gezeigt. 2 ist ein Querschnitt des CAC 80 und umfasst ein Achsensystem, das eine vertikale Achse 234 und eine horizontale Achse 236 zeigt. Die vertikale Achse 234 kann in Bezug auf einen Boden definiert sein, auf dem ein Fahrzeug, in dem die Kraftmaschine installiert ist, steht. In einigen Ausführungsformen kann jedoch der CAC 80 relativ zum Boden und zur vertikalen Achse 234 geneigt sein. Wie in 2 gezeigt, umfasst das Luftströmungsregulierungselement 206 ein Ventil 228. Das Ventil 228 kann innerhalb des Einlasstanks 224 des CAC 80 angeordnet sein. Ferner kann das Ventil zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position einstellbar sein. In der geschlossenen Position, wie bei 202 gezeigt, sind Enden des Ventils 228 benachbart zu zwei Vorsprüngen angeordnet und stehen mit diesen in Kontakt. Insbesondere steht ein erstes Ende des Ventils 228 mit einem ersten Vorsprung 230 in Kontakt und ein zweites Ende des Ventils 228 steht mit einem zweiten Vorsprung 232 in Kontakt, wenn sich das Ventil 228 in der geschlossenen Position befindet. Die Enden des Ventils 228 können am entsprechenden Vorsprung angeordnet werden, so dass keine Luft oder eine unbedeutende Durchflussrate von Luft von einer Stromaufwärtsseite zu einer Stromabwärtsseite des Ventils 228 hindurchgehen kann. Der erste Vorsprung 230 ist mit einer Wand des CAC 80 gekoppelt und der zweite Vorsprung 232 ist mit einer Innenwand des CAC 80 zwischen benachbarten Kühlrohren gekoppelt.
Wenn sich das Ventil 228 in der geschlossenen Position (bei 202 gezeigt) befindet, kann Ladeluft durch einen ersten Satz von Kühlrohren und nicht durch einen zweiten Satz von Kühlrohren strömen. Wie in 2 gezeigt, umfasst der erste Satz von Kühlrohren das erste Kühlrohr 212, das zweite Kühlrohr 214 und das dritte Kühlrohr 216. Der zweite Satz von Kühlrohren umfasst das vierte Kühlrohr 218, das fünfte Kühlrohr 220 und das sechste Kühlrohr 222. Das Ventil 228, der erste Vorsprung 230 und der zweite Vorsprung 232 sind im Einlasstank 224 auf einer Höhe in Bezug auf die vertikale Achse 234 zwischen dem ersten Satz von Kühlrohren und dem zweiten Satz von Kühlrohren angeordnet. An sich kann die Ladeluft nur in den ersten Satz von Kühlrohren am ersten Ende der Kühlrohre eintreten, wenn sich das Ventil 228 in der geschlossenen Position befindet. Das geschlossene Ventil 228 blockiert den Eintritt der Ladeluft in das erste Ende des zweiten Satzes von Kühlrohren. Folglich kann eine Luftdurchflussrate (z. B. Geschwindigkeit) der Ladeluft, die durch den ersten Satz von Kühlrohren strömt, unter denselben Luftmassenströmungsbedingungen größer sein, wenn das Ventil 228 geschlossen ist, als wenn es offen wäre.
In alternativen Ausführungsformen können der erste Satz von Kühlrohren und der zweite Satz von Kühlrohren mehr oder weniger als drei Kühlrohre umfassen. Ferner kann eine Anzahl von Kühlrohren im ersten Satz von Kühlrohren nicht gleich einer Anzahl von Kühlrohren im zweiten Satz von Kühlrohren sein. Der erste Satz von Kühlrohren kann beispielsweise zwei Kühlrohre umfassen und der zweite Satz von Kühlrohren kann fünf Kühlrohre umfassen. In einer anderen Ausführungsform kann der erste Satz von Kühlrohren vier Kühlrohre umfassen und der zweite Satz von Kühlrohren kann zwei Kühlrohre umfassen.
In der offenen Position, wie bei 204 gezeigt, sind die Enden des Ventils 228 von den zwei Vorsprüngen 230 und 232 weg bewegt. Die Enden des Ventils 228 stehen nicht mehr mit den Vorsprüngen in Kontakt, wodurch ermöglicht wird, dass Luft am Ventil vorbei zu den ersten Enden des zweiten Satzes von Kühlrohren strömt. In der offenen Position kann folglich die Ladeluft durch sowohl den ersten Satz von Kühlrohren als auch den zweiten Satz von Kühlrohren strömen. Das Ventil 228 kann sich durch Drehen um einen Ventildrehpunkt 238 oder eine Welle von der geschlossenen Position in die offene Position und/oder von der offenen Position in die geschlossene Position bewegen. In einem Beispiel kann das Ventil 228 über einen Aktuator (nicht dargestellt), der mit dem Ventil 228 gekoppelt ist, aktiv eingestellt werden. Ferner kann eine Steuereinheit (wie z. B. die Steuereinheit 12 in 1) den Aktuator betätigen, um das Ventil 228 zu öffnen oder zu schließen, wie gezeigt. Die Steuereinheit kann das Ventil 228 in Reaktion auf verschiedene Kraftmaschinenbetriebsbedingungen, einschließlich einer Luftmassendurchflussrate und einer Temperatur der Ladeluft, die den CAC 80 verlässt, betätigen, um es zu öffnen und/oder zu schließen. An sich kann die Steuereinheit die Position des Ventils 228 einstellen, um eine minimale Luftströmungsgeschwindigkeit durch die Kühlrohre des CAC 80 aufrechtzuerhalten und eine Effizienz des CAC 80 zu steuern. Verfahren zum Einstellen des Luftströmungsregulierungselements 206 auf der Basis von Kraftmaschinenbetriebsbedingungen werden nachstehend im Hinblick auf 7 weiter erörtert.
3 zeigt ein Diagramm 300 einer zweiten Ausführungsform eines Luftströmungsregulierungselements 206 in einem CAC 80. 3 ist ein Querschnitt des CAC 80 und enthält ähnliche Teile, wie vorstehend im Hinblick auf 2 beschrieben. Ferner umfasst 3 das Achsensystem, das die vertikale Achse 234 und die horizontale Achse 236 zeigt. Wie in 3 gezeigt, umfasst das Luftströmungsregulierungselement 206 ein Fassventil 308. Das Fassventil 308 kann innerhalb des Einlasstanks 224 des CAC 80 und nahe dem zweiten Satz von Kühlrohren angeordnet sein. Das Fassventil 308 kann ein Zylinder mit einem kreisförmigen Querschnitt sein. An sich weist das Fassventil 308 einen Außendurchmesser in der Richtung der horizontalen Achse 236 auf, der sich über den Einlasstank 224 von einer Wand des CAC 80 zum ersten Ende der Kühlrohre erstreckt. Ferner weist das Fassventil 308 eine Höhe in der Richtung der vertikalen Achse 234 auf. Die Höhe des Fassventils 308 bedeckt und erstreckt sich entlang einer Höhe des zweiten Satzes von Kühlrohren an einem ersten Ende des zweiten Satzes von Kühlrohren. An sich ist eine Unterseite oder eine Basis 318 des Fassventils 308 vertikal zwischen dem ersten Satz von Kühlrohren und dem zweiten Satz von Kühlrohren angeordnet. Die Basis 318 kann auch als Einlass in das Fassventil 308 bezeichnet werden. An sich kann die in den Einlasstank 224 eintretende Ladeluft in das Fassventil 308 an der Basis 318 eintreten. Wie in 3 gezeigt, umfasst der erste Satz von Kühlrohren das erste Kühlrohr 212 und das zweite Kühlrohr 214. Der zweite Satz von Kühlrohren umfasst das dritte Kühlrohr 216, das vierte Kühlrohr 218, das fünfte Kühlrohr 220 und das sechste Kühlrohr 222.
In alternativen Ausführungsformen können der erste Satz von Kühlrohren und der zweite Satz von Kühlrohren mehr oder weniger als zwei bzw. vier Kühlrohre umfassen. Ferner kann das Fassventil 308 mehr oder weniger als vier Kühlrohre bedecken oder überspannen. Der erste Satz von Kühlrohren kann beispielsweise drei Kühlrohre umfassen und der zweite Satz von Kühlrohren kann fünf Kühlrohre umfassen. In einer anderen Ausführungsform kann der erste Satz von Kühlrohren drei Kühlrohre umfassen und der zweite Satz von Kühlrohren kann drei Kühlrohre umfassen.
8–9 zeigen ein Beispiel des Fassventils 308. Wie in 8–9 gezeigt, ist das Fassventil 308 ein hohler Zylinder mit einer Reihe von Schlitzen 802 mit unterschiedlichen Längen in einer Außenwand 804 und entlang der Höhe 806 des Fassventils 308. Ladeluft, die in den CAC eintritt, kann in das Fassventil 308 durch die Oberseite 808 und/oder die Basis (z. B. Unterseite) 810 des Fassventils 308 eintreten.
In der in 3 gezeigten ersten Ausführungsform kann die Ladeluft beispielsweise in das Fassventil 308 durch nur die Basis des Fassventils 308 eintreten. In einer anderen Ausführungsform kann die Ladeluft in das Fassventil 308 durch sowohl die Oberseite 808 als auch die Basis 810 des Fassventils 308 eintreten. In noch einem anderen Beispiel kann die in den CAC eintretende Ladeluft in das Fassventil 308 durch nur die Oberseite 808 des Fassventils 308 eintreten. Der Ort, an dem die Ladeluft in das Fassventil 308 eintritt, kann auf einem Typ und einer Anordnung des CAC basieren.
Wenn sich die Schlitze 802 auf das erste Ende oder Einlassöffnungen der Kühlrohre (z. B. Kühlrohre 212–222) ausrichten, kann Ladeluft innerhalb des Fassventils 308 in das entsprechende Kühlrohr eintreten. Wenn jedoch die Schlitze 802 nicht auf die Kühlrohre ausgerichtet sind, bedeckt die Außenwand das erste Ende der Kühlrohre, wodurch der Eintritt und der Durchgang der Ladeluft durch die blockierten Kühlrohre blockiert wird. Jeder Schlitz kann sich vertikal auf ein Kühlrohr ausrichten. Anders ausgedrückt, ein entsprechender Schlitz und ein Kühlrohr können auf einer gleichen Höhe in Bezug auf die vertikale Achse 234 im CAC angeordnet sein. Folglich kann ein Schlitz einem Kühlrohr entsprechen. Jeder Schlitz kann eine andere Länge aufweisen, so dass verschiedene diskrete Kombinationen von Kühlrohren für verschiedene Positionen des Fassventils 308 bedeckt oder freigelegt werden können.
Eine Länge jedes Schlitzes 802 kann von einem ersten Ende des Fassventils 308 zu einem zweiten Ende des Fassventils 308 zunehmen. Für die Ausführungsform des Fassventils, die in Bezug auf 3 beschrieben wird, nimmt eine Länge jedes Schlitzes 802 von der Oberseite 808 (z. B. erstes Ende) zur Basis 810 (z. B. zweites Ende) des Fassventils zu. An sich kann der am nächsten zur Oberseite 808 des Fassventils 308 liegende Schlitz der kürzeste aller Schlitze 802 sein und der am nächsten zur Basis 810 des Fassventils 308 liegende Schlitz kann der längste aller Schlitze 802 sein. In einer alternativen Ausführungsform können die Schlitze des Fassventils 308 umgekehrt sein, so dass die Länge jedes Schlitzes 802 von der Basis 810 (z. B. erstes Ende) zur Oberseite 808 (z. B. zweites Ende) des Fassventils zunimmt. In dieser Ausführungsform kann der am nächsten zur Oberseite 808 des Fassventils 308 liegende Schlitz der längste aller Schlitze 802 sein und der am nächsten zur Basis 810 des Fassventils 308 liegende Schlitz kann der kürzeste aller Schlitze 802 sein.
Mit Rückkehr zu 3 können die Schlitze des Fassventils 308 eine Luftströmung (weiße Flächen, die bei 314 gezeigt sind) ermöglichen und die Abschnitte der Außenwand 804 (z. B. massive Abschnitte) ohne Schlitze können die Luftströmung blockieren (dunkle Flächen, die bei 316 gezeigt sind). Wenn die Außenwand 804 vor dem ersten Ende der Kühlrohre angeordnet ist, kann keine Luftströmung in die blockierten Kühlrohre eintreten. Wenn jedoch die Schlitze auf das erste Ende der Kühlrohre ausgerichtet sind, kann Ladeluft in die unblockierten Kühlrohre eintreten. Die Schlitze können versetzt sein und verschiedene Längen aufweisen, so dass die Schlitzlängen verschiedene Bruchteile eines Umfangs des Fassventils 308 sind.
Das Fassventil 308 kann ein Ventil mit mehreren Positionen sein. Insbesondere kann das Fassventil 308 den Eintritt der Luftströmung irgendwo zwischen null und allen Kühlrohren im zweiten Satz von Kühlrohren blockieren und stoppen. In der vollständig geöffneten Position (in 3 nicht gezeigt) kann das Fassventil 308 beispielsweise irgendeines der Kühlrohre im zweiten Satz von Kühlrohren nicht blockieren. Folglich kann Ladeluft, die in den CAC 80 eintritt, in das erste Ende aller Kühlrohre (z. B. Kühlrohre 212–222) eintreten. In einer vollständig geschlossenen Position, wie bei 302 gezeigt, kann das Fassventil 308 alle Kühlrohre im zweiten Satz von Kühlrohren bedecken und blockieren (z. B. das dritte Kühlrohr 216 bis sechste Kühlrohr 222 blockieren). In dieser Position ist keiner der Schlitze auf die Einlassöffnungen der Kühlrohre ausgerichtet. An sich kann keine Luftströmung in den zweiten Satz von Kühlrohren eintreten und durch diesen hindurchtreten. Die Luftströmung kann jedoch durch den ersten Satz von Kühlrohren hindurchtreten und durch diese gekühlt werden. In einem anderen Beispiel, wie bei 304 gezeigt, kann das Fassventil 308 alle bis auf eines der Kühlrohre im zweiten Satz von Kühlrohren blockieren. In diesem Beispiel ist der Schlitz, der dem dritten Kühlrohr 216 entspricht, auf die Einlassöffnung des dritten Kühlrohrs 216 ausgerichtet. Folglich kann Ladeluft in das erste Ende des dritten Kühlrohrs 216 (z. B. das erste Kühlrohr im zweiten Satz von Kühlrohren) eintreten. Das Fassventil 308 blockiert jedoch den Eintritt der Ladeluft in das vierte Kühlrohr 218, das fünfte Kühlrohr 220 und das sechste Kühlrohr 222 (z. B. mindestens drei Kühlrohre im zweiten Satz von Kühlrohren). In noch einem weiteren Beispiel, wie bei 306 gezeigt, kann das Fassventil 308 nur ein Kühlrohr im zweiten Satz von Kühlrohren blockieren. In diesem Beispiel ist das einzige blockierte Kühlrohr das letzte Kühlrohr oder sechste Kühlrohr 222 im zweiten Satz von Kühlrohren. Die Schlitze, die dem dritten Kühlrohr 216, dem vierten Kühlrohr 218 und dem fünften Kühlrohr 220 entsprechen, sind alle auf Einlassöffnungen in die entsprechenden Kühlrohre ausgerichtet. An sich kann die Luftströmung in das erste Ende eintreten und durch den ersten Satz von Kühlrohren und alle Kühlrohre abgesehen vom sechsten Kühlrohr 222 im zweiten Satz von Kühlrohren strömen. In dieser Weise kann das Fassventil 308 in mehrere Positionen zwischen vollständig geöffnet und vollständig geschlossen einstellbar sein.
Das Fassventil 308 ist um eine Drehachse 312 (z. B. Rotationsachse) drehbar. Die Drehachse 312 kann in der Richtung der vertikalen Achse 234 liegen und zu den Kühlrohren senkrecht sein. Insbesondere ist die Drehachse 312 zu einer zentralen Strömungsrichtung der CAC-Kühlrohre (z. B. Kühldurchgänge) senkrecht. Ferner kann die Drehachse 312 in der Richtung der Luftströmung durch den Einlasstank 224 liegen. In einem Beispiel kann das Fassventil 308 um die Drehachse 312 durch einen Drehaktuator 310 gedreht werden. Der Drehaktuator 310 kann durch eine Steuereinheit wie z. B. die in 1 gezeigte Steuereinheit 12 gesteuert werden. An sich kann die Steuereinheit die Position des Fassventils einstellen, um verschiedene Kühlrohre des Ladeluftkühlers in verschiedenen diskreten Kombinationen von Kühlrohren variabel zu bedecken und freizulegen. Das Drehen des Fassventils 308 stellt das Fassventil 308 in die vorstehend beschriebenen verschiedenen Positionen ein. Jede Position des Fassventils 308 legt eine andere Anzahl von Kühlrohren im zweiten Satz von Kühlrohren frei, um eine Luftströmung durch die freigelegten Rohre zu ermöglichen. Ferner kann das Drehen des Fassventils 308 fortschreitend die Kühlrohre im zweiten Satz von Kühlrohren freigeben oder blockieren. Ausgehend von einer vollständig geöffneten Position (z. B. keines der Kühlrohre im zweiten Satz von Kühlrohren ist blockiert) kann die Steuereinheit beispielsweise den Drehaktuator 310 betätigen, um das Fassventil 308 in einer ersten Richtung zu drehen, um fortschreitend die Kühlrohre im zweiten Satz von Kühlrohren zu bedecken oder zu blockieren. Wenn sich das Fassventil 308 weiter in der ersten Richtung dreht, wird eine größere Anzahl der Kühlrohre im zweiten Satz von Kühlrohren blockiert, wodurch die Anzahl der aktiven Kühlrohre verringert wird. Ebenso werden von einer vollständig geschlossenen Position, die bei 302 gezeigt ist, alle Kühlrohre im zweiten Satz von Kühlrohren blockiert, wodurch keine Luftströmung durch die blockierten Kühlrohre ermöglicht wird. Die Steuereinheit kann den Drehaktuator 310 betätigen, um das Fassventil 308 in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zur ersten Richtung zu drehen, um das erste Kühlrohr (z. B. das dritte Kühlrohr 216) des zweiten Satzes von Kühlrohren freizulegen, wie bei 304 gezeigt. Wenn sich das Fassventil 308 weiterhin in der zweiten Richtung weiterdreht, werden mehr der Kühlrohre im zweiten Satz von Kühlrohren fortschreitend freigelegt (z. B. werden zuerst 0, dann 1, dann 2, dann 3, dann alle der Kühlrohre im zweiten Satz von Kühlrohren freigelegt).
Die Steuereinheit kann das Fassventil 308 betätigen, um eine unterschiedliche Anzahl von Kühlrohren im zweiten Satz von Kühlrohren in Reaktion auf verschiedene Kraftmaschinenbetriebsbedingungen, einschließlich einer Luftmassendurchflussrate und einer Temperatur der Ladeluft, die den CAC 80 verlässt, zu bedecken. An sich kann die Steuereinheit die Position des Fassventils 308 einstellen, um eine minimale Luftströmungsgeschwindigkeit durch die Kühlrohre des CAC 80 aufrechtzuerhalten und eine Effizienz des CAC 80 zu steuern. Verfahren zum Einstellen des Luftströmungsregulierungselements 206 auf der Basis von Kraftmaschinenbetriebsbedingungen werden nachstehend im Hinblick auf 7 weiter erörtert.
Mit Rückkehr zu 8–9 ist eine zweite Ausführungsform des Fassventils 308 gezeigt. Insbesondere zeigt das Diagramm 800 eine erste isometrische Ansicht des Fassventils 308. Das Diagramm 900 zeigt eine zweite isometrische Ansicht des Fassventils 308 von der Unterseite oder Basis des Fassventils 308. Wie in 8 gezeigt, kann der CAC sechs Kühlrohre mit einem ersten Satz von Kühlrohren 812 und einem zweiten Satz von Kühlrohren 814 umfassen. Wie in 3 kann der erste Satz von Kühlrohren 812 das erste Kühlrohr 212 und das zweite Kühlrohr 214 umfassen. Der zweite Satz von Kühlrohren kann das dritte Kühlrohr 216, das vierte Kühlrohr 218, das fünfte Kühlrohr 220 und das sechste Kühlrohr 222 umfassen. In alternativen Beispielen kann der CAC mehr oder weniger als sechs Kühlrohre umfassen. Außerdem kann der erste Satz von Kühlrohren 812 in alternativen Beispielen mehr oder weniger als zwei Kühlrohre umfassen und der zweite Satz von Kühlrohren 814 kann mehr oder weniger als vier Kühlrohre umfassen.
Wie in 8–9 gezeigt, erstreckt sich die Höhe 806 des Fassventils 308 entlang einer ersten Höhe des ersten Satzes von Kühlrohren 812 und einer zweiten Höhe des zweiten Satzes von Kühlrohren 814. An sich ist die Höhe 806 des Fassventils 308 nahe dem ersten Satz von Kühlrohren 812 und dem zweiten Satz von Kühlrohren 814 am ersten Ende der Kühlrohre angeordnet und bedeckt diese.
Ein erster Schlitz 912, der dem ersten Kühlrohr 212 des ersten Satzes von Kühlrohren 812 entspricht, und ein zweiter Schlitz 914, der dem zweiten Kühlrohr 214 des ersten Satzes von Kühlrohren 812 entspricht, weisen eine erste Länge auf. Ferner können der erste Schlitz 912 und der zweite Schlitz 914 von allen Schlitzen versetzt sein, die den Kühlrohren im zweiten Satz von Kühlrohren 814 entsprechen. Insbesondere richten sich die Schlitze, die dem ersten Satz von Kühlrohren 812 entsprechen, nicht auf irgendeinen der Schlitze des zweiten Satzes von Kühlrohren 814 aus. Wenn das Fassventil 308 um seine Drehachse (z. B. die Drehachse 312, die in 3 gezeigt ist) in eine Position gedreht wird, so dass der erste Schlitz 912 und der zweite Schlitz 914 auf ihre entsprechenden Kühlrohre ausgerichtet sind, sind die Schlitze, die dem zweiten Satz von Kühlrohren 814 entsprechen, an sich nicht auf ihre jeweiligen Kühlrohre ausgerichtet. In dieser Position kann die Ladeluft nur durch den ersten Satz von Kühlrohren 812 strömen, während die Luftströmung durch den zweiten Satz von Kühlrohren 814 durch die Außenwand 804 des Fassventils 308 blockiert wird.
In dieser Ausführungsform sind der erste Satz von Kühlrohren 812 (z. B. untere Kühlrohre) Nicht-Kühl-Rohre. Der erste Satz von Kühlrohren 812 kann beispielsweise isoliert sein, so dass keine Kühlung der Ladeluft in diesen Rohren stattfindet. In einem anderen Beispiel kann der zweite Satz von Kühlrohren 812 keine Kühlrippen oder andere Kühlmittel umfassen, so dass die Ladeluft, die durch die Nicht-Kühl-Rohre strömt, nicht gekühlt wird.
Die Schlitze, die dem zweiten Satz von Kühlrohren 814 entsprechen, weisen jeweils eine voneinander verschiedene Länge auf. Die Schlitze, die dem zweiten Satz von Kühlrohren entsprechen, können beispielsweise in der Länge von der ersten Länge an einem ersten Schlitz an einem ersten Ende des Fassventils zu einer zweiten Länge an einem zweiten Schlitz, der näher an einem zweiten Ende des Fassventils liegt, fortschreitend zunehmen. Wie in 8–9 gezeigt, kann ein Schlitz, der zur Oberseite 808 (z. B. erstes Ende) des Fassventils 308 am nächsten liegt und dem sechsten Kühlrohr 222 entspricht, auch die erste Länge aufweisen. Ein Schlitz, der näher an der Basis 810 (z. B. zweites Ende) des Fassventils 308 liegt und dem dritten Kühlrohr 216 entspricht, kann eine zweite Länge aufweisen, wobei die zweite Länge länger ist als die erste Länge. An sich nehmen die Schlitze, die dem zweiten Satz von Kühlrohren entsprechen, in der Länge von der ersten Länge an einem Schlitz an der Oberseite 808 des Fassventils 308 zur zweiten Länge an einem Schlitz, der näher an der Basis 810 des Fassventils 308 liegt, fortschreitend zu. In einer alternativen Ausführungsform können die Schlitzlängen umgekehrt sein, so dass die Schlitze, die dem zweiten Satz von Kühlrohren entsprechen, fortschreitend in der Länge von der ersten Länge an einem Schlitz an der Basis 810 des Fassventils 308 zu einer zweiten Länge an einem Schlitz, der näher zur Oberseite 808 des Fassventils 308 liegt, zunehmen.
Ferner können sich die Schlitze, die dem zweiten Satz von Kühlrohren 814 entsprechen, an einem ersten Ende der Schlitze aufeinander ausrichten. Wenn der oberste Schlitz auf das sechste Kühlrohr 222 ausgerichtet ist, sind an sich alle Schlitze, die dem zweiten Satz von Kühlrohren 814 entsprechen, auf ihre entsprechenden Kühlrohre ausgerichtet. In diesem Beispiel sind jedoch der erste Schlitz 912 und der zweite Schlitz 914 nicht auf ihre jeweiligen Kühlrohre ausgerichtet. Folglich kann Ladeluft durch nur den zweiten Satz von Kühlrohren 814 und nicht durch den ersten Satz von Kühlrohren 812 strömen. Die Steuereinheit kann das Fassventil 308 in mehrere Positionen drehen, die ermöglichen, dass irgendeine Anzahl zwischen null und vier (z. B. alle) der Kühlrohre im zweiten Satz von Kühlrohren auf ihre jeweiligen Schlitze ausgerichtet wird, wodurch die Ladeluft durch die freigelegten Rohre geleitet wird. Die Kühlrohre des zweiten Satzes von Kühlrohren schaffen eine Kühlung für die Ladeluft, die durch die freigelegten Rohre hindurchströmt.
Außerdem sind der erste Schlitz 912 und der zweite Schlitz 914 in Bezug auf die anderen Schlitze derart orientiert, dass, wenn irgendwelche oder alle der Kühlrohre im zweiten Satz von Kühlrohren 814 Ladeluft leiten (z. B. die Schlitze auf die entsprechenden Rohre ausgerichtet sind), der erste Satz von Kühlrohren blockiert wird und keine Ladeluft leitet. Der erste Schlitz 912 und der zweite Schlitz 914 können nur auf den ersten Satz von Kühlrohren 812 ausgerichtet sein, wenn alle Kühlrohre des zweiten Satzes von Kühlrohren 814 durch die Wand des Fassventils 308 blockiert sind. In einem Beispiel kann die Steuereinheit das Fassventil 308 in diese Position betätigen, wenn weniger Ladeluftkühlung erforderlich ist.
In dieser Weise kann ein Luftströmungsregulierungssystem für einen Ladeluftkühler ein Luftströmungsregulierungselement umfassen, das in einem Tank des Ladeluftkühlers angeordnet ist, wobei das Luftströmungsregulierungselement ein zylindrisches Fassventil umfasst, das um eine Drehachse drehbar ist, um die Luftströmung durch die Kühlrohre innerhalb des Ladeluftkühlers einzustellen. Der Tank kann ein Einlasstank sein, wobei das Fassventil einen Außendurchmesser aufweist, der sich über den Einlasstank von einer Wand des Ladeluftkühlers zu einem ersten Ende der Kühlrohre erstreckt, und wobei die Kühlrohre einen ersten Satz von Kühlrohren und einen zweiten Satz von Kühlrohren umfassen. Ferner kann das Fassventil ein hohler Zylinder mit einer Reihe von Schlitzen mit unterschiedlichen Längen in einer Außenwand und entlang einer Höhe des Fassventils sein, und wobei sich jeder Schlitz der Reihe von Schlitzen auf eines der Kühlrohre ausrichtet.
In einem ersten Beispiel erstreckt sich die Höhe des Fassventils entlang einer Höhe des zweiten Satzes von Kühlrohren und das Fassventil bedeckt den zweiten Satz von Kühlrohren an einem ersten Ende der Kühlrohre. Eine Basis des Fassventils kann zwischen dem ersten Satz von Kühlrohren und dem zweiten Satz von Kühlrohren angeordnet sein. Außerdem nimmt eine Länge jedes Schlitzes von einer Oberseite des Fassventils zur Basis zu.
In einem zweiten Beispiel erstreckt sich die Höhe des Fassventils entlang einer ersten Höhe des ersten Satzes von Kühlrohren und einer zweiten Höhe des zweiten Satzes von Kühlrohren und das Fassventil bedeckt den ersten Satz von Kühlrohren und den zweiten Satz von Kühlrohren am ersten Ende der Kühlrohre. Schlitze, die dem ersten Satz von Kühlrohren entsprechen, weisen eine erste Länge auf und Schlitze, die dem zweiten Satz von Kühlrohren entsprechen, nehmen in der Länge von der ersten Länge an einem ersten Schlitz an einer Oberseite des Fassventils zu einer zweiten Länge an einem zweiten Schlitz, der näher an einer Basis des Fassventils liegt, fortschreitend zu.
Ferner richten sich die Schlitze, die dem ersten Satz von Kühlrohren entsprechen, nicht auf irgendwelche der Schlitze aus, die dem zweiten Satz von Kühlrohren entsprechen, und wobei der erste Satz von Kühlrohren isolierte Nicht-Kühl-Rohre sind.
Außerdem ist die Drehachse des Fassventils zu den Kühlrohren senkrecht, das Fassventil wird um die Drehachse durch einen Drehaktuator gedreht und der Drehaktuator ist mit einer Steuereinheit gekoppelt, die dazu konfiguriert ist, eine Position des Fassventils auf der Basis einer Luftmassendurchflussrate und/oder einer Temperatur an einem Auslass des Ladeluftkühlers einzustellen.
4 zeigt ein Diagramm 400 einer dritten Ausführungsform eines Luftströmungsregulierungselements 206 in einem CAC 80. 4 ist ein Querschnitt des CAC 80 und enthält ähnliche Teile, wie vorstehend im Hinblick auf 2 beschrieben. Ferner umfasst 4 das Achsensystem, das die vertikale Achse 234 und die horizontale Achse 236 zeigt. Wie in 4 gezeigt, umfasst das Luftströmungsregulierungselement 206 ein Gleitelement 408, das um eine Spule 406 drehbar ist. Das Gleitelement 408 und die Spule 406 sind im Einlasstank 224 des CAC 80 angeordnet. An sich kann das Gleitelement 408 eine Anzahl zwischen null und allen der Kühlrohre im zweiten Satz von Kühlrohren bedecken. Insbesondere kann das Gleitelement 408 den zweiten Satz von Kühlrohren am ersten Ende oder Einlass der Kühlrohre bedecken. Wenn das Gleitelement 408 eines oder mehrere Kühlrohre im zweiten Satz von Kühlrohren bedeckt, kann folglich keine Luftströmung in die bedeckten Kühlrohre eintreten und durch diese strömen. In einer alternativen Ausführungsform können das Gleitelement 408 und die Spule 406 im Auslasstank 226 des CAC 80 angeordnet sein. In dieser Ausführungsform kann das Gleitelement 408 das zweite Ende oder den Auslass von einem oder mehreren der Kühlrohre im zweiten Satz von Kühlrohren bedecken. An sich kann keine Luftströmung das eine oder die mehreren bedeckten Kühlrohre verlassen und den CAC 80 verlassen.
Wie vorstehend erörtert, kann Ladeluft, die in den CAC 80 eintritt, immer durch den ersten Satz von Kühlrohren strömen. Wie in 2 gezeigt, umfasst der erste Satz von Kühlrohren das erste Kühlrohr 212 und das zweite Kühlrohr 214. Der zweite Satz von Kühlrohren umfasst das dritte Kühlrohr 216, das vierte Kühlrohr 218, das fünfte Kühlrohr 220 und das sechste Kühlrohr 222. In alternativen Ausführungsformen können der erste Satz von Kühlrohren und der zweite Satz von Kühlrohren mehr oder weniger als zwei bzw. vier Kühlrohre umfassen. Ferner kann das Gleitelement 408 mehr oder weniger als vier Kühlrohre bedecken oder überspannen. Der erste Satz von Kühlrohren kann beispielsweise ein Kühlrohr umfassen und der zweite Satz von Kühlrohren kann fünf Kühlrohre umfassen. In einer anderen Ausführungsform kann der erste Satz von Kühlrohren drei Kühlrohre umfassen und der zweite Satz von Kühlrohren kann drei Kühlrohre umfassen.
Das Gleitelement 408 kann um die Spule 406 gewickelt sein. Das Drehen der Spule kann das Gleitelement 408 in einer vertikalen Richtung in Bezug auf die vertikale Achse 234 bewegen und/oder verschieben. In einem Beispiel kann das Drehen der Spule 406 in einer ersten Richtung das Gleitelement 408 nach oben in der vertikalen Richtung und in Richtung der Spule 406 verschieben. Das Drehen der Spule in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zur ersten Richtung kann dann das Gleitelement 408 nach unten in der vertikalen Richtung und von der Spule 406 weg verschieben. In einem Beispiel, wie am Pfeil 410 gezeigt, kann die erste Richtung gegen den Uhrzeigersinn sein.
10 zeigt eine alternative Ausführungsform, in der die erste Richtung im Uhrzeigersinn sein kann. Wie in 10 gezeigt, umfasst das Gleitelement 408 ferner ein geschlungenes Ende 1002. In dieser Ausführungsform gleitet das Gleitelement 408 entlang einer Oberfläche oder Fläche innerhalb des Einlasstanks 224 entgegengesetzt zum ersten Ende der Kühlrohre. Am ersten Ende oder an der Einlassöffnung der Kühlrohre kann sich das Gleitelement 408 ablösen, um die Kühlrohre freizulegen, oder abgelegt werden, um die Kühlrohre zu bedecken. Wenn sich die Spule 406 beispielsweise in einer Richtung im Uhrzeigersinn dreht, wie beim Pfeil 1004 gezeigt, windet sich das Gleitelement 408 um die Spule und löst sich allmählich vom ersten Ende der Rohre ab, um mehr der Kühlrohre des zweiten Satzes von Kühlrohren freizulegen. Diese Ausführungsform kann den Verschleiß und/oder den Luftaustritt der Kühlrohre verringern.
In einer ersten Position, wie bei 402 und 1006 gezeigt, kann das Gleitelement 408 alle Kühlrohre im zweiten Satz von Kühlrohren bedecken. Wie in 4 und 10 gezeigt, bedeckt das Gleitelement die vier Kühlrohre im zweiten Satz von Kühlrohren. In dieser Position kann keine Luftströmung in das erste Ende der Kühlrohre im zweiten Satz von Kühlrohren eintreten. Folglich kann die ganze Ladeluft, die in den CAC 80 am Einlasstank 224 eintritt, durch den ersten Satz von Kühlrohren strömen. In einer zweiten Position, wie bei 404 und 1008 gezeigt, kann das Gleitelement 408 keines der Kühlrohre im zweiten Satz von Kühlrohren bedecken. An sich kann die Luftströmung in alle Kühlrohre im ersten Satz von Kühlrohren und im zweiten Satz von Kühlrohren eintreten und durch diese strömen.
Beginnend in der ersten Position kann das Drehen der Spule 406 in der ersten Richtung, die durch den Pfeil 410 in 4 und den Pfeil 1004 in 10 gezeigt ist, fortschreitend eine zunehmende Menge an Kühlrohren des zweiten Satzes von Kühlrohren freilegen, wodurch eine Luftströmung durch die freigelegten Kühlrohre ermöglicht wird. Ausgehend von der zweiten Position kann das Drehen der Spule 406 in der zweiten Richtung fortschreitend eine zunehmende Menge an Kühlrohren des zweiten Satzes von Kühlrohren bedecken, wodurch die Luftströmung durch die bedeckten Rohre blockiert wird.
In einem Beispiel kann eine Steuereinheit (wie z. B. die Steuereinheit 12 in 1) die Spule 406 betätigen, um sie entweder in der ersten Richtung oder der zweiten Richtung zu drehen, um mehr der Kühlrohre im zweiten Satz von Kühlrohren freizulegen bzw. zu bedecken (z. B. zu blockieren). In einem Beispiel kann die Steuereinheit die Spule 406 betätigen, um sie derart zu drehen, dass das Gleitelement 408 nur ein Kühlrohr im zweiten Satz von Kühlrohren bedeckt, wodurch eine Luftströmung durch das dritte Kühlrohr 216, das vierte Kühlrohr 218 und das fünfte Kühlrohr 220 ermöglicht wird. In einem anderen Beispiel kann die Steuereinheit die Spule 406 betätigen, um sie derart zu drehen, dass das Gleitelement 408 drei der Kühlrohre (z. B. das vierte Kühlrohr 218, das fünfte Kühlrohr 220 und das sechste Kühlrohr 222) bedeckt, während eine Luftströmung durch ein Kühlrohr (z. B. das dritte Kühlrohr 216) des zweiten Satzes von Kühlrohren ermöglicht wird. Die Steuereinheit kann die Spule 406 in Reaktion auf verschiedene Kraftmaschinenbetriebsbedingungen, einschließlich einer Luftmassendurchflussrate und einer Temperatur der Ladeluft, die den CAC 80 verlässt, betätigen, um sie zu drehen und das Gleitelement 408 in verschiedene Positionen zu bewegen. An sich kann die Steuereinheit die Position des Gleitelements 408 einstellen, um eine minimale Luftströmungsgeschwindigkeit durch die Kühlrohre des CAC 80 aufrechtzuerhalten und eine Effizienz des CAC 80 zu steuern. Verfahren zum Einstellen des Luftströmungsregulierungselements 206 auf der Basis von Kraftmaschinenbetriebsbedingungen werden nachstehend im Hinblick auf 7 weiter erörtert.
5 zeigt ein Diagramm 500 einer vierten Ausführungsform eines Luftströmungsregulierungselements 206 in einem CAC 80. 5 ist ein Querschnitt des CAC 80 und enthält ähnliche Teile, wie vorstehend im Hinblick auf 2 beschrieben. Ferner umfasst 5 das Achsensystem, das die vertikale Achse 234 und die horizontale Achse 236 zeigt. Wie in 5 gezeigt, umfasst das Luftströmungsregulierungselement 206 ein Klappenventil 506, das horizontal in Bezug auf die horizontale Achse 236 innerhalb des Einlasstanks 224 des CAC 80 angeordnet ist. Das Klappenventil 506 kann ein passives Ventil mit einer Feder, um das Klappenventil 506 in einer geschlossenen Position zu halten, wenn ein Luftströmungsdruck im Einlasstank 224 unter einem Schwellenwert liegt, sein.
Außerdem kann das Klappenventil 506 durch Trägheit um seine Drehachse ins Gleichgewicht gebracht sein, so dass Beschleunigungskräfte, die in einem fahrenden Fahrzeug auftreten können, nicht verursachen, dass sich das Ventil öffnet und/oder schließt.
In der geschlossenen Position, wie bei 502 gezeigt, sind die Enden des Klappenventils 506 benachbart zu zwei Vorsprüngen angeordnet und stehen mit diesen in Kontakt. Insbesondere steht ein erstes Ende des Klappenventils 506 mit einer Unterseite eines ersten Vorsprungs 508 in Kontakt und ein zweites Ende des Klappenventils 506 steht mit einer Oberseite eines zweiten Vorsprungs 510 in Kontakt, wenn sich das Klappenventil 506 in der geschlossenen Position befindet. Die Enden des Klappenventils 506 können an den entsprechenden Vorsprüngen positioniert werden, so dass keine Luft von einer Stromaufwärtsseite zu einer Stromabwärtsseite des Klappenventils 506 hindurchströmen kann. Der erste Vorsprung 508 ist mit einer Wand des CAC 80 gekoppelt und der zweite Vorsprung 510 ist mit einer Innenwand des CAC 80 zwischen benachbarten Kühlrohren gekoppelt.
Wenn sich das Klappenventil 506 in der geschlossenen Position (bei 502 gezeigt) befindet, kann Ladeluft durch den ersten Satz von Kühlrohren und nicht durch den zweiten Satz von Kühlrohren strömen. Wie in 5 gezeigt, umfasst der erste Satz von Kühlrohren das erste Kühlrohr 212, das zweite Kühlrohr 214 und das dritte Kühlrohr 216. Der zweite Satz von Kühlrohren umfasst das vierte Kühlrohr 218, das fünfte Kühlrohr 220 und das sechste Kühlrohr 222. Das Klappenventil 506, der erste Vorsprung 508 und der zweite Vorsprung 510 sind im Einlasstank 224 auf einer Höhe in Bezug auf die vertikale Achse 234 zwischen dem ersten Satz von Kühlrohren und dem zweiten Satz von Kühlrohren angeordnet. An sich kann Ladeluft nur in den ersten Satz von Kühlrohren am ersten Ende der Kühlrohre eintreten, wenn sich das Klappenventil 506 in der geschlossenen Position befindet. Das geschlossene Klappenventil 506 blockiert den Eintritt von Ladeluft in das erste Ende des zweiten Satzes von Kühlrohren. Folglich kann die Luftdurchflussrate (z. B. Geschwindigkeit) der Ladeluft, die durch den ersten Satz von Kühlrohren strömt, unter denselben Luftmassenströmungsbedingungen größer sein, wenn das Klappenventil 506 geschlossen ist als wenn es offen wäre.
In alternativen Ausführungsformen können der erste Satz von Kühlrohren und der zweite Satz von Kühlrohren mehr oder weniger als drei Kühlrohre umfassen. Ferner kann eine Anzahl von Kühlrohren im ersten Satz von Kühlrohren nicht gleich einer Anzahl von Kühlrohren im zweiten Satz von Kühlrohren sein. Der erste Satz von Kühlrohren kann beispielsweise zwei Kühlrohre umfassen und der zweite Satz von Kühlrohren kann sechs Kühlrohre umfassen. In einer anderen Ausführungsform kann der erste Satz von Kühlrohren vier Kühlrohre umfassen und der zweite Satz von Kühlrohren kann drei Kühlrohre umfassen.
Wenn der Luftströmungsdruck im Einlasstank 224 über den Schwellenwert zunimmt, kann sich das Klappenventil 506 öffnen. Der Schwellenwert kann auf einer Steifigkeit oder Federkonstante zusammen mit einer Federvorbelastung der Feder im Klappenventil 506 basieren. Wenn die Steifigkeit oder Vorbelastung der Feder zunimmt, kann an sich der Schwellenwert, bei dem sich das Klappenventil 506 öffnet, ansteigen. Das Klappenventil 506 öffnet und schließt sich in Reaktion auf den Luftströmungsdruck. Folglich schiebt der Luftströmungsdruck über dem Schwellenwert gegen die Stromaufwärtsseite des Klappenventils 506, wodurch das Klappenventil 506 geöffnet wird.
Insbesondere bewegen sich in der offenen Position, wie bei 504 gezeigt, die Enden des Klappenventils 506 von den zwei Vorsprüngen weg. Der erhöhte Luftströmungsdruck schiebt gegen die Stromaufwärtsseite des Klappenventils 506 und bewegt das zweite Ende nach oben vom zweiten Vorsprung weg. In der offenen Position stehen folglich die Enden des Klappenventils 506 nicht mehr mit den Vorsprüngen in Kontakt, wodurch ermöglicht wird, dass Luft am Ventil vorbei zu den ersten Enden des zweiten Satzes von Kühlrohren strömt. In der offenen Position kann die Ladeluft folglich durch sowohl den ersten Satz von Kühlrohren als auch den zweiten Satz von Kühlrohren strömen. Das Klappenventil 506 kann sich durch Drehen um einen Ventildrehpunkt 512 von der geschlossenen Position in die offene Position und/oder von der offenen Position in die geschlossene Position bewegen.
6 zeigt ein Diagramm 600 einer fünften Ausführungsform eines Luftströmungsregulierungselements 206 in einem CAC 80. 6 ist ein Querschnitt des CAC 80 und enthält ähnliche Teile, wie vorstehend im Hinblick auf 2 beschrieben. Ferner umfasst 6 das Achsensystem, das die vertikale Achse 234 und die horizontale Achse 236 zeigt. Wie in 6 gezeigt, umfasst das Luftströmungsregulierungselement 206 ein Klappenventil 606, das in Bezug auf die vertikale Achse 234 vertikal innerhalb des Auslasstanks 226 des CAC 80 angeordnet ist. Das Klappenventil 606 kann ein passives Ventil mit einer Feder zum Halten des Klappenventils 606 in einer geschlossenen Position, wenn ein Luftströmungsdruck im zweiten Satz von Kühlrohren unter einem Schwellenwert liegt, sein. In der geschlossenen Position, wie bei 602 gezeigt, bedeckt ein Arm 612 des Klappenventils 606 das zweite Ende (z. B. Auslassende) des zweiten Satzes von Kühlrohren. Insbesondere ist der Arm 612 des Klappenventils 606 am zweiten Ende des zweiten Satzes von Kühlrohren derart angeordnet, dass keine Luft aus dem Inneren des zweiten Satzes von Kühlrohren zum Auslasstank 226 strömen kann.
Wenn sich das Klappenventil 606 in der geschlossenen Position (bei 602 gezeigt) befindet, kann Ladeluft durch den ersten Satz von Kühlrohren strömen. Die Ladeluft kann in den zweiten Satz von Kühlrohren eintreten; die Ladeluft kann jedoch den zweiten Satz von Kühlrohren nicht verlassen und in den Auslasstank 226 eintreten. An sich kann die Ladeluft nicht durch den zweiten Satz von Kühlrohren und am zweiten Ende derselben vorbei strömen, wenn das Klappenventil 606 geschlossen ist. Wie in 6 gezeigt, umfasst der erste Satz von Kühlrohren das erste Kühlrohr 212, das zweite Kühlrohr 214 und das dritte Kühlrohr 216. Der zweite Satz von Kühlrohren umfasst das vierte Kühlrohr 218, das fünfte Kühlrohr 220 und das sechste Kühlrohr 222. Das Klappenventil 606 ist im Auslasstank 226 vertikal entlang des zweiten Satzes von Kühlrohren angeordnet. Ein Klappenventildrehpunkt 608 und ein Gegengewicht 610 sind vertikal in Bezug auf die vertikale Achse 234 über dem zweiten Satz von Kühlrohren angeordnet. In einigen Beispielen, wie in 6 gezeigt, sind der Drehpunkt 608 und das Gegengewicht 610 im oberen Hohlraum im Auslasstank 226 angeordnet. Der obere Hohlraum kann groß genug sein, um das Gegengewicht 610 sowohl in einer offenen als auch geschlossenen Position des Klappenventils 606 zu enthalten.
In dieser Weise kann Ladeluft nur den ersten Satz von Kühlrohren am zweiten Ende der Kühlrohre verlassen, wenn sich das Klappenventil 606 in der geschlossenen Position befindet. Das geschlossene Klappenventil 606 blockiert den Austritt der Ladeluft aus dem zweiten Ende des zweiten Satzes von Kühlrohren. Folglich kann eine Luftdurchflussrate (z. B. Geschwindigkeit) der Ladeluft, die durch den ersten Satz von Kühlrohren strömt, unter denselben Luftmassenströmungsbedingungen größer sein, wenn das Klappenventil 606 geschlossen ist, als wenn es offen wäre.
In alternativen Ausführungsformen können der erste Satz von Kühlrohren und der zweite Satz von Kühlrohren mehr oder weniger als drei Kühlrohre umfassen. Ferner kann eine Anzahl von Kühlrohren im ersten Satz von Kühlrohren nicht gleich einer Anzahl von Kühlrohren im zweiten Satz von Kühlrohren sein. Der erste Satz von Kühlrohren kann beispielsweise ein Kühlrohr umfassen und der zweite Satz von Kühlrohren kann fünf Kühlrohre umfassen. In einer anderen Ausführungsform kann der erste Satz von Kühlrohren vier Kühlrohre umfassen und der zweite Satz von Kühlrohren kann zwei Kühlrohre umfassen.
Wenn der Luftströmungsdruck, der durch den zweiten Satz von Kühlrohren hindurchgeht, über den Schwellenwert zunimmt, kann sich das Klappenventil 606 öffnen. Der Schwellenwert kann auf einer Steifigkeit oder Federkonstante zusammen mit einer Vorbelastung der Feder im Klappenventil 606 basieren. Wenn die Steifigkeit oder Vorbelastung der Feder zunimmt, kann an sich der Schwellenwert, bei dem sich das Klappenventil 606 öffnet, ansteigen. Das Klappenventil 606 öffnet und schließt sich in Reaktion auf den Luftströmungsdruck. Folglich schiebt der Luftströmungsdruck über dem Schwellenwert gegen die Stromaufwärtsseite des Arms 612 des Klappenventils 606, wodurch das Klappenventil 606 geöffnet wird.
Insbesondere bewegt sich in der offenen Position, wie bei 604 gezeigt, der Arm 612 vom zweiten Ende des zweiten Satzes von Kühlrohren weg. Der erhöhte Luftströmungsdruck im zweiten Satz von Kühlrohren schiebt gegen die Stromaufwärtsseite des Arms 612 und bewegt den Arm 612 vom zweiten Satz von Kühlrohren weg. In der offenen Position steht der Arm 612 des Klappenventils 606 nicht mehr mit dem zweiten Ende des zweiten Satzes von Kühlrohren in Kontakt, wodurch ermöglicht wird, dass Luft aus dem zweiten Satz von Kühlrohren, am Ventil vorbei und in den Auslasstank 226 strömt. In der offenen Position kann die Ladeluft folglich durch sowohl den ersten Satz von Kühlrohren als auch den zweiten Satz von Kühlrohren strömen. Wie vorstehend erörtert, kann sich das Klappenventil 606 durch Drehen um den Drehpunkt 608 auf der Basis des Luftströmungsdrucks von der geschlossenen Position in die offene Position und/oder von der offenen Position in die geschlossene Position bewegen.
In dieser Weise umfasst ein Luftströmungsregulierungssystem für einen Ladeluftkühler ein Luftströmungsregulierungselement, das in einem Tank des Ladeluftkühlers angeordnet ist, wobei das Luftströmungsregulierungselement einstellbar ist, um die Luftströmung durch mehrere Kühlrohre im Ladeluftkühler zu regulieren. Insbesondere ist das Luftströmungsregulierungselement einstellbar, um eine Anzahl von Kühlrohren im Ladeluftkühler, durch die Luft strömt, zu ändern. Die Kühlrohre können einen ersten Satz von Kühlrohren, wobei die Luftströmung durch den ersten Satz von Kühlrohren immer strömt, und einen zweiten Satz von Kühlrohren, wobei die Luftströmung durch den zweiten Satz von Kühlrohren mit dem Luftströmungsregulierungselement reguliert wird, umfassen. Eine Position des Luftströmungsregulierungselements kann auf der Basis einer Luftmassendurchflussrate und/oder einer Temperatur an einem Auslass des Ladeluftkühlers eingestellt werden.
In einem Beispiel umfasst das Luftströmungsregulierungselement ein Ventil, das zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position einstellbar ist, wobei die offene Position eine Luftströmung durch den ersten Satz von Kühlrohren und den zweiten Satz von Kühlrohren ermöglicht und die geschlossene Position eine Luftströmung nur durch den ersten Satz von Kühlrohren ermöglicht. Ferner kann das Ventil in einem Einlasstank des Ladeluftkühlers angeordnet sein, und wobei das Ventil mit einem Aktuator eingestellt wird. In einem Beispiel ist das Ventil ein Klappenventil, das innerhalb eines Einlasstanks des Ladeluftkühlers angeordnet ist. In diesem Beispiel kann das Klappenventil passiv von der geschlossenen Position in die offene Position eingestellt werden, wenn ein Luftströmungsdruck im Einlasstank größer ist als ein Schwellenwert. In einem anderen Beispiel ist das Ventil ein Klappenventil, das innerhalb eines Auslasstanks des Ladeluftkühlers angeordnet ist. In diesem Beispiel kann das Klappenventil passiv von der geschlossenen Position in die offene Position eingestellt werden, wenn ein Luftströmungsdruck im zweiten Satz von Kühlrohren größer ist als ein Schwellenwert.
In einem anderen Beispiel umfasst das Luftströmungsregulierungselement ein Fassventil, das in einem Einlasstank des Ladeluftkühlers angeordnet ist. Das Fassventil kann den zweiten Satz von Kühlrohren bedecken. Ferner ist das Fassventil um eine Drehachse drehbar, um Kühlrohre im zweiten Satz von Kühlrohren fortschreitend freizulegen, um eine Luftströmung durch die freigelegten Rohre zu ermöglichen. In noch einem weiteren Beispiel umfasst das Luftströmungsregulierungselement ein Gleitelement, das um eine Spule drehbar ist, wobei das Gleitelement durch Drehen in einer ersten Richtung um die Spule einstellbar ist, um fortschreitend eine zunehmende Menge an Kühlrohren des zweiten Satzes von Kühlrohren freizulegen, um eine Luftströmung durch die freigelegten Kühlrohre zu ermöglichen.
In einigen Ausführungsformen kann eine äußere Oberfläche oder Rippendichte des CAC auf der Basis einer Orientierung des ersten Satzes von Kühlrohren und des zweiten Satzes von Kühlrohren innerhalb des CAC eingestellt werden. Die äußere Oberfläche oder eine Anzahl von äußeren Kühlrippen kann beispielsweise an einem Abschnitt des CAC geringer oder weniger konzentriert sein, der immer Ladeluft leitet (z. B. der Abschnitt mit dem ersten Satz von Kühlrohren), im Vergleich zum Abschnitt des CAC, der auf der Basis der Position des Luftströmungsregulierungselements nur manchmal Ladeluft leitet (z. B. der Abschnitt mit dem zweiten Satz von Kühlrohren).
Wenn man sich nun 7 zuwendet, ist ein Verfahren 700 zum Einstellen der Luftströmung durch den CAC gezeigt. Wie vorstehend beschrieben, kann der CAC ein Luftströmungsregulierungselement zum Einstellen der Luftströmung durch die Kühlrohre im CAC umfassen. In einem Beispiel ist das Verfahren 700 durch die in 1 gezeigte Steuereinheit 12 ausführbar. An sich kann die Steuereinheit eine Position des Luftströmungsregulierungselements einstellen, um eine Anzahl von aktiven (z. B. offenen und nicht blockierten) Kühlrohren auf der Basis von Kraftmaschinenbetriebsbedingungen zu erhöhen oder zu verringern. In dieser Weise kann das Einstellen der Position des Luftströmungsregulierungselements eine Luftdurchflussrate (z. B. Geschwindigkeit) durch den CAC einstellen.
Das Verfahren beginnt bei 702 durch Abschätzen und/oder Messen von Kraftmaschinenbetriebsbedingungen. Kraftmaschinenbetriebsbedingungen können die Kraftmaschinendrehzahl und -last, den Ladedruck, die Pedalposition, die Luftmassenströmung, den MAP, die AGR-Strömung, die Kraftmaschinentemperatur, die Drehmomentanforderung, Ladeluftkühler-Bedingungen (Einlasstemperatur, Auslasstemperatur, Einlassdruck, Auslassdruck, Durchflussrate durch den CAC usw.) usw. umfassen. Bei 704 umfasst das Verfahren das Festellen, ob die Luftmassendurchflussrate geringer ist als eine erste Schwellenrate oder -geschwindigkeit. Die Luftmassendurchflussrate kann direkt mit der Geschwindigkeit oder Luftdurchflussrate der Ladeluft, die in den CAC eintritt, in Beziehung stehen. In einem Beispiel kann die erste Schwellengeschwindigkeit ein minimaler Schwellenwert sein. Wenn die Luftmassendurchflussrate geringer ist als der minimale Schwellenwert, kann sich Kondensat innerhalb der Kühlrohre des CAC ansammeln. An sich kann die erste Schwellengeschwindigkeit ein minimaler Schwellenwert sein, unter dem sich Kondensat in den CAC-Kühlrohren ansammeln kann. Außerdem umfasst das Verfahren bei 704 das Feststellen, ob die CAC-Auslasstemperatur (z. B. Temperatur der Ladeluft, die den CAC verlässt) geringer ist als eine erste Schwellentemperatur. In einem Beispiel kann die erste Schwellentemperatur eine minimale Schwellentemperatur sein. An sich kann eine CAC-Auslasstemperatur, die geringer ist als die erste Schwellentemperatur, zu einer erhöhten Kondensatbildung im CAC führen. In alternativen Beispielen kann das Einstellen des Luftströmungsregulierungselements ferner auf der CAC-Effizienz und/oder einer Menge an Kondensat, das im CAC gebildet ist, basieren. Das Luftströmungsregulierungselement kann an sich eingestellt werden, um die CAC-Effizienz und Kondensatbildung zu verringern.
Mit Rückkehr zu 704 fährt das Verfahren, wenn eine oder mehrere der Bedingungen erfüllt sind, zu 706 fort, um das Luftströmungsregulierungselement einzustellen, um die Luftströmungsgeschwindigkeit durch die Kühlrohre des CAC zu erhöhen. Das Einstellen des Luftströmungsregulierungselements, um die Luftströmungsgeschwindigkeit durch die CAC-Kühlrohre zu erhöhen, kann das Verringern der Anzahl von Kühlrohren im CAC, die Ladeluft leiten, umfassen. Wenn beispielsweise das Luftströmungsregulierungselement ein Ventil mit zwei Positionen ist, wie in 2 gezeigt, kann die Steuereinheit das Ventil 228 schließen, um die Luftströmung durch den zweiten Satz von Kühlrohren abzusperren. An sich kann die Ladeluft nur durch den ersten Satz von Kühlrohren strömen. Zusätzlich zum Erhöhen der Luftdurchflussrate durch die CAC-Kühlrohre kann das Schließen des Ventils auch die Temperatur der Ladeluft, die den CAC verlässt, erhöhen, wodurch die Kondensatbildung verringert wird. Wenn das Luftströmungsregulierungselement in einem anderen Beispiel ein Element mit mehreren Positionen ist, wie z. B. das Fassventil 308, das in 3 gezeigt ist, kann die Steuereinheit das Fassventil 308 in einer ersten Richtung drehen, um mehr Kühlrohre des zweiten Satzes von Kühlrohren zu blockieren. Insbesondere kann eine Steuereinheit den Drehaktuator betätigen, um das Fassventil 308 in der ersten Richtung zu drehen, wodurch die Anzahl von Kühlrohren im CAC, die Ladeluft leiten, verringert wird. Die Anzahl von Kühlrohren, die das Fassventil oder ein anderes Element mit mehreren Positionen (wie z. B. das in 4 gezeigte Gleitelement) bedeckt oder blockiert, kann auf der Luftmassenströmung oder Geschwindigkeit der Ladeluft, die in den CAC eintritt, auf der CAC-Auslasstemperatur und/oder einer Menge an Kondensat, das im CAC angesammelt ist, basieren. Insbesondere kann die Steuereinheit das Luftströmungsregulierungselement einstellen, um mehr Kühlrohre zu blockieren oder zu deaktivieren, wenn die Geschwindigkeit der Ladeluft, die in den CAC eintritt, abnimmt, die Luftmassendurchflussrate abnimmt, die CAC-Auslasstemperatur abnimmt und/oder die Menge an im CAC angesammeltem Kondensat zunimmt.
In noch einem anderen Beispiel, wenn das Fassventil 308 ein Ventil ist, wie in 8–9 gezeigt, das sowohl den ersten Satz von Kühlrohren als auch den zweiten Satz von Kühlrohren bedeckt, kann die Steuereinheit die Position des Fassventils einstellen, um den zweiten Satz von Kühlrohren zu blockieren und eine Luftströmung durch nur den ersten Satz von Kühlrohren zu ermöglichen. In diesem Beispiel kann der erste Satz von Kühlrohren isolierte Nicht-Kühl-Rohre sein, wodurch die Kühlung der Ladeluft, die durch diese Kühlrohre strömt, verringert wird. Folglich kann sich die Temperatur am CAC-Auslass erhöhen.
Wenn die Ladeluftgeschwindigkeit, die in den CAC eintritt, nicht geringer ist als die erste Schwellengeschwindigkeit und die CAC-Auslasstemperatur nicht geringer ist als die erste Schwellentemperatur, fährt das Verfahren alternativ zu 708 fort. Bei 708 umfasst das Verfahren das Feststellen, ob die Luftmassendurchflussrate größer ist als eine zweite Schwellengeschwindigkeit und/oder ob die CAC-Auslasstemperatur größer ist als eine zweite Schwellentemperatur. Die zweite Schwellengeschwindigkeit und die zweite Schwellentemperatur sind größer als die erste Schwellengeschwindigkeit bzw. die zweite Schellentemperatur. Ferner können die zweite Schwellengeschwindigkeit und die zweite Schwellentemperatur obere oder maximale Schwellenwerte sein. Die zweite Schwellengeschwindigkeit kann beispielsweise auf einer Luftdurchflussrate basieren, die einen Druckabfall über dem CAC über einem Schwellenwert verursachen kann, wenn der zweite Satz von Kühlrohren inaktiv wäre. In einem anderen Beispiel kann die zweite Schwellentemperatur auf einer Ladelufttemperatur basieren, über der Kraftmaschinenklopfen auftreten kann.
Mit Rückkehr zu 708 fährt das Verfahren, wenn eine oder mehrere der Bedingungen erfüllt sind, zu 710 fort, um das Luftströmungsregulierungselement einzustellen, um die Luftströmungsgeschwindigkeit durch die CAC-Kühlrohre zu verringern. Das Einstellen des Luftströmungsregulierungselements, um die Luftströmungsgeschwindigkeit durch die CAC-Kühlrohre zu verringern, kann das Erhöhen der Anzahl von Kühlrohren im CAC, die Ladeluft leiten, umfassen. Wenn beispielsweise das Luftströmungsregulierungselement ein Ventil mit zwei Positionen ist, wie in 2 gezeigt, kann die Steuereinheit das Ventil 228 öffnen, um eine Luftströmung durch den zweiten Satz von Kühlrohren zu ermöglichen. An sich kann die Ladeluft durch sowohl den ersten Satz von Kühlrohren als auch den zweiten Satz von Kühlrohren strömen. Zusätzlich zum Verringern der Luftdurchflussrate durch die Kühlrohre des CAC kann das Öffnen des Ventils auch die Temperatur der Ladeluft, die den CAC verlässt, verringern, wodurch ein Risiko für Kraftmaschinenklopfen verringert wird. In einem anderen Beispiel, wenn das Luftströmungsregulierungselement ein Element mit mehreren Positionen ist, wie z. B. das in 3 gezeigte Fassventil 308, kann die Steuereinheit das Fassventil 308 in einer zweiten Richtung drehen, wobei die zweite Richtung zur ersten Richtung entgegengesetzt ist, um mehr Kühlrohre des zweiten Satzes von Kühlrohren freizulegen. Insbesondere kann die Steuereinheit den Drehaktuator betätigen, um das Fassventil 308 in der zweiten Richtung zu drehen, wodurch die Anzahl von Kühlrohren im CAC, die Ladeluft leiten, erhöht wird. Die Anzahl von Kühlrohren, die das Fassventil oder ein anderes Element mit mehreren Positionen (wie z. B. das in 4 gezeigte Gleitelement) bedeckt, kann auf der Luftmassenströmung oder Geschwindigkeit der Ladeluft, die in den CAC eintritt, der CAC-Auslasstemperatur und/oder einer Menge an Kondensat, das im CAC angesammelt ist, basieren. Insbesondere kann die Steuereinheit das Luftströmungsregulierungselement einstellen, um mehr Kühlrohre zu aktivieren (z. B. freizulegen), wenn die Geschwindigkeit der Ladeluft, die in den CAC eintritt, zunimmt, die Luftmassendurchflussrate zunimmt und/oder die CAC-Auslasstemperatur zunimmt.
Mit Rückkehr zu 708 fährt das Verfahren, wenn keine der Bedingungen bei 708 erfüllt ist, zu 712 fort, um die Position des Luftströmungsregulierungselements aufrechtzuerhalten, wodurch die Luftströmungsgeschwindigkeit durch die CAC-Kühlrohre aufrechterhalten wird. Wie im Verfahren 700 gezeigt, kann die Steuereinheit die Position des Luftströmungsregulierungselements einstellen, um eine Luftströmungsgeschwindigkeit durch die CAC-Kühlrohre innerhalb eines Zielluftströmungsbereichs zu halten. In einem Beispiel kann der Zielluftströmungsbereich zwischen der ersten Schwellengeschwindigkeit und der zweiten Schwellengeschwindigkeit liegen. Ferner kann die Steuereinheit die Position des Luftströmungsregulierungselements einstellen, um eine CAC-Auslasstemperatur innerhalb eines Zieltemperaturbereichs zu halten. Der Zieltemperaturbereich kann beispielsweise zwischen der ersten Schwellentemperatur und der zweiten Schwellentemperatur liegen.
In dieser Weise kann eine Position eines Luftströmungsregulierungselements innerhalb eines Ladeluftkühlers auf der Basis einer Luftmassendurchflussrate oder Geschwindigkeit von Ladeluft, die in den Ladeluftkühler eintritt, eingestellt werden. Außerdem kann die Einstellung auf einer Temperatur der Ladeluft, die den Ladeluftkühler verlässt, basieren. In einem Beispiel umfasst das Einstellen der Position des Luftströmungsregulierungselements das Einstellen des Luftströmungsregulierungselements, um eine Luftströmungsgeschwindigkeit durch die Kühlrohre des Ladeluftkühlers in Reaktion darauf zu erhöhen, dass die Luftmassendurchflussrate geringer ist als eine erste Schwellengeschwindigkeit und/oder die Temperatur der Ladeluft, die den Ladeluftkühler verlässt, geringer ist als eine erste Schwellentemperatur. Das Einstellen des Luftströmungsregulierungselements, um die Luftströmungsgeschwindigkeit durch die Kühlrohre des Ladeluftkühlers zu erhöhen, kann das Verringern einer Anzahl von Kühlrohren im Ladeluftkühler, die Ladeluft leiten, umfassen. In einem anderen Beispiel umfasst das Einstellen der Position des Luftströmungsregulierungselements das Einstellen des Luftströmungsregulierungselements, um eine Luftströmungsgeschwindigkeit durch die Kühlrohre des Ladeluftkühlers in Reaktion darauf zu verringern, dass die Luftmassendurchflussrate größer ist als eine zweite Schwellengeschwindigkeit, wobei die zweite Schwellengeschwindigkeit größer ist als die erste Schwellengeschwindigkeit, und/oder die Temperatur der Ladeluft, die den Ladeluftkühler verlässt, größer ist als eine zweite Schwellentemperatur, wobei die zweite Schwellentemperatur größer ist als die erste Schwellentemperatur. Das Einstellen des Luftströmungsregulierungselements, um die Luftströmungsgeschwindigkeit durch die Kühlrohre des Ladeluftkühlers zu verringern, umfasst das Erhöhen einer Anzahl von Kühlrohren im Ladeluftkühler, die Ladeluft leiten.
In einer Ausführungsform kann das Luftströmungsregulierungselement das in 3 gezeigte Fassventil umfassen. Insbesondere kann das Fassventil in einem Einlasstank des Ladeluftkühlers stromabwärts von einem ersten Satz von Kühlrohren, durch die eine Luftströmung immer möglich ist, und benachbart zu einem zweiten Satz von Kühlrohren, durch die eine Luftströmung nicht immer möglich ist, angeordnet sein. In dieser Ausführungsform kann eine Steuereinheit eine Position des zylindrischen Fassventils einstellen, das innerhalb des Ladeluftkühlers angeordnet ist, um eine Luftströmungsgeschwindigkeit durch die Kühlrohre des Ladeluftkühlers auf der Basis einer Luftmassendurchflussrate oder Geschwindigkeit von Ladeluft, die in den Ladeluftkühler eintritt, einzustellen. Wie vorstehend erörtert, basiert die Geschwindigkeit der Ladeluft, die in den Ladeluftkühler eintritt, auf einer Luftmassendurchflussrate. Ferner kann die Einstellung auch auf einer Temperatur der Ladeluft, die den Ladeluftkühler verlässt, basieren. Das Einstellen der Position des Fassventils umfasst das Drehen des Fassventils um eine Drehachse mit einem Drehaktuator, der mit dem Fassventil gekoppelt ist. In einem Beispiel kann die Steuereinheit das Fassventil in einer ersten Richtung drehen, um die Luftströmungsgeschwindigkeit durch die Kühlrohre des Ladeluftkühlers in Reaktion darauf zu erhöhen, dass die Luftmassendurchflussrate geringer ist als eine erste Schwellengeschwindigkeit und/oder die Temperatur der Ladeluft, die den Ladeluftkühler verlässt, geringer ist als eine erste Schwellentemperatur. In diesem Beispiel umfasst das Erhöhen der Luftströmungsgeschwindigkeit durch die Kühlrohre des Ladeluftkühlers das Verringern einer Anzahl von Kühlrohren im Ladeluftkühler, die die Ladeluft leiten. In einem anderen Beispiel kann die Steuereinheit das Fassventil in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zur ersten Richtung drehen, um die Luftströmungsgeschwindigkeit durch die Kühlrohre des Ladeluftkühlers in Reaktion darauf zu verringern, dass die Luftmassendurchflussrate größer ist als eine zweite Schwellengeschwindigkeit, wobei die zweite Schwellengeschwindigkeit größer ist als die erste Schwellengeschwindigkeit, und/oder die Temperatur der Ladeluft, die den Ladeluftkühler verlässt, größer ist als eine zweite Schwellentemperatur, wobei die zweite Schwellentemperatur größer ist als die erste Schwellentemperatur. In diesem Beispiel umfasst das Verringern der Luftströmungsgeschwindigkeit durch die Kühlrohre des Ladeluftkühlers das Erhöhen einer Anzahl von Kühlrohren im Ladeluftkühler, die Ladeluft leiten.
Wie vorstehend erörtert, kann durch Erhöhen einer Luftströmungsgeschwindigkeit durch die Kühlrohre des CAC eine Kondensation, die sich auf den Wänden bildet, abgestreift und in der Luftströmung mitgeführt werden, anstatt dass sie sich im CAC ansammelt. In einem Beispiel kann ein Luftströmungsregulierungselement eingestellt werden, um die Luftströmungsgeschwindigkeit durch die Kühlrohre des CAC zu erhöhen oder zu verringern. Eine Position des Luftströmungsregulierungselements kann auf einer Luftmassendurchflussrate, einer Geschwindigkeit der Ladeluft, die in den CAC eintritt, und/oder einer Temperatur der Ladeluft, die den CAC verlässt, basieren. Das Luftströmungsregulierungselement kann die Luftströmungsgeschwindigkeit durch die Kühlrohre des CAC durch jeweils Verringern oder Erhöhen der Anzahl von CAC-Kühlrohren, die für eine Luftströmung zur Verfügung stehen, erhöhen oder verringern.
In dieser Weise kann durch Halten einer Luftströmungsgeschwindigkeit durch die Kühlrohre des CAC innerhalb eines Zielbereichs die Ansammlung von Kondensat verringert werden, wodurch eine Wahrscheinlichkeit für eine Kraftmaschinenfehlzündung verringert wird.
Als eine Ausführungsform umfasst ein Ladeluftkühler für die Verwendung bei einer Kraftmaschine mehrere Kühlrohre, die konfigurierbar sind, um Ladeluft von einem ersten Ende der mehreren Kühlrohre zu empfangen und gekühlte Ladeluft aus einem zweiten Ende der mehreren Kühlrohre auszugeben, wobei die mehreren Kühlrohre einen ersten Satz von Kühlrohren und einen zweiten Satz von Kühlrohren umfassen. Der Ladeluftkühler umfasst ferner ein Luftströmungsregulierungselement mit einem zylindrischen Fassventil, das in einem Einlasstank des Ladeluftkühlers angeordnet ist, wobei das Fassventil um eine Drehachse drehbar ist, um die Ladeluftströmung durch den zweiten Satz von Kühlrohren fortschreitend einzustellen. Das Fassventil weist einen Außendurchmesser auf, der sich über den Einlasstank von einer Wand des Ladeluftkühlers zum ersten Ende der mehreren Kühlrohre erstreckt. Ferner ist das Fassventil ein hohler Zylinder mit einer Reihe von Schlitzen mit verschiedenen Umfangslängen in einer Außenwand und entlang einer Höhe des Fassventils, wobei sich jeder Schlitz der Reihe auf ein Kühlrohr der mehreren Kühlrohre ausrichtet.
In einem Beispiel erstreckt sich die Höhe des Fassventils entlang einer Höhe des zweiten Satzes von Kühlrohren und das Fassventil bedeckt den zweiten Satz von Kühlrohren am ersten Ende der Kühlrohre. Eine Basis des Fassventils ist zwischen dem ersten Satz von Kühlrohren und dem zweiten Satz von Kühlrohren angeordnet und eine Länge jedes Schlitzes nimmt von einem ersten Ende des Fassventils zu einem zweiten Ende des Fassventils zu.
In einem weiteren Beispiel erstreckt sich die Höhe des Fassventils entlang einer ersten Höhe des ersten Satzes von Kühlrohren und einer zweiten Höhe des zweiten Satzes von Kühlrohren und das Fassventil bedeckt den ersten Satz von Kühlrohren und den zweiten Satz von Kühlrohren am ersten Ende der Kühlrohre. Schlitze, die dem ersten Satz von Kühlrohren entsprechen, weisen eine erste Länge auf und Schlitze, die dem zweiten Satz von Kühlrohren entsprechen, nehmen in der Länge von der ersten Länge an einem ersten Schlitz an einem ersten Ende des Fassventils zu einer zweiten Länge an einem zweiten Schlitz, der näher an einem zweiten Ende des Fassventils liegt, fortschreitend zu. Ferner richten sich die Schlitze, die dem ersten Satz von Kühlrohren entsprechen, nicht auf irgendwelche der Schlitze aus, die dem zweiten Satz von Kühlrohren entsprechen, und der erste Satz von Kühlrohren sind isolierte Nicht-Kühl-Rohre.
Außerdem ist die Drehachse zu den Kühlrohren senkrecht und das Fassventil wird um die Drehachse durch einen Drehaktuator gedreht. Der Drehaktuator ist mit einer Steuereinheit gekoppelt, die dazu konfiguriert ist, eine Position des Fassventils auf der Basis einer Luftmassendurchflussrate und/oder einer Temperatur an einem Auslass des Ladeluftkühlers einzustellen.
Es ist zu beachten, dass die hier enthaltenen Beispielsteuerroutinen bei verschiedenen Kraftmaschinen- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie z. B. durch ein Ereignis gesteuert, durch eine Unterbrechung gesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, darstellen. An sich können verschiedene dargestellte Handlungen, Operationen oder Funktionen in der dargestellten Sequenz, parallel durchgeführt werden oder in einigen Fällen weggelassen werden. Ebenso ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen Beispielausführungsformen zu erreichen, sondern ist für eine leichte Erläuterung und Beschreibung vorgesehen. Eine oder mehrere der dargestellten Handlungen oder Funktionen können in Abhängigkeit von der verwendeten speziellen Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen graphisch einen in das computerlesbare Speichermedium im Kraftmaschinensteuersystem zu programmierenden Code darstellen.
Es ist zu erkennen, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen dem Wesen nach beispielhaft sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einer begrenzenden Hinsicht betrachtet werden sollen, da zahlreiche Variationen möglich sind. Beispielsweise kann die obige Technologie auf V-6-, I-4-, I-6-, V-12-, 4-Boxer- und andere Kraftmaschinentypen angewendet werden. Eine oder mehrere der verschiedenen Systemkonfigurationen kann ferner in Kombination mit einer oder mehreren der beschriebenen Diagnoseroutinen verwendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und andere hier offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.

Claims

Luftströmungsregulierungssystem für einen Ladeluftkühler, das Folgendes umfasst: ein Luftströmungsregulierungselement, das in einem Tank des Ladeluftkühlers angeordnet ist, wobei das Luftströmungsregulierungselement einstellbar ist, um eine Anzahl von Kühlrohren im Ladeluftkühler, durch die Luft strömt, zu verändern.
Luftströmungsregulierungssystem nach Anspruch 1, wobei die Kühlrohre einen ersten Satz von Kühlrohren, wobei die Luftströmung durch den ersten Satz von Kühlrohren immer strömt, und einen zweiten Satz von Kühlrohren, wobei die Luftströmung durch den zweiten Satz von Kühlrohren mit dem Luftströmungsregulierungselement reguliert wird, umfassen, und wobei eine Position des Luftströmungsregulierungselements auf der Basis einer Luftmassendurchflussrate und/oder einer Temperatur an einem Auslass des Ladeluftkühlers eingestellt wird.
Luftströmungsregulierungssystem nach Anspruch 2, wobei das Luftströmungsregulierungselement ein Fassventil umfasst, das in einem Einlasstank des Ladeluftkühlers angeordnet ist, und wobei das Fassventil den zweiten Satz von Kühlrohren bedeckt, wobei das Fassventil um eine Drehachse drehbar ist, um Kühlrohre im zweiten Satz von Kühlrohren fortschreitend freizulegen, um eine Luftströmung durch die freigelegten Kühlrohre zu ermöglichen.
Luftströmungsregulierungssystem nach Anspruch 2, wobei das Luftströmungsregulierungselement ein Ventil umfasst, das zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position einstellbar ist, wobei die offene Position eine Luftströmung durch den ersten Satz von Kühlrohren und den zweiten Satz von Kühlrohren ermöglicht und die geschlossene Position eine Luftströmung durch nur den ersten Satz von Kühlrohren ermöglicht, wobei das Ventil in einem Einlasstank des Ladeluftkühlers angeordnet ist und wobei das Ventil mit einem Aktuator eingestellt wird.
Luftströmungsregulierungssystem nach Anspruch 2, wobei das Luftströmungsregulierungselement ein Klappenventil umfasst, das zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position einstellbar ist, wobei die offene Position eine Luftströmung durch den ersten Satz von Kühlrohren und den zweiten Satz von Kühlrohren ermöglicht und die geschlossene Position eine Luftströmung nur durch den ersten Satz von Kühlrohren ermöglicht, wobei das Klappenventil innerhalb entweder eines Einlasstanks des Ladeluftkühlers oder am zweiten Satz von Kühlrohren innerhalb eines Auslasstanks des Ladeluftkühlers angeordnet ist, und wobei das Klappenventil passiv von der geschlossenen Position in die offene Position eingestellt wird, wenn ein Luftströmungsdruck im Ladeluftkühler größer ist als ein Schwellenwert.
Luftströmungsregulierungssystem nach Anspruch 2, wobei das Luftströmungsregulierungselement ein Gleitelement umfasst, das um eine Spule drehbar ist, wobei das Gleitelement durch Drehen der Spule einstellbar ist, um eine zunehmende Menge an Kühlrohren des zweiten Satzes von Kühlrohren fortschreitend freizulegen, um eine Luftströmung durch die freigelegten Kühlrohre zu ermöglichen.
Ladeluftkühler zur Verwendung bei einer Kraftmaschine, der Folgendes umfasst: mehrere Kühlrohre, die konfigurierbar sind, um Ladeluft von einem ersten Ende der mehreren Kühlrohre zu empfangen und gekühlte Ladeluft aus einem zweiten Ende der mehreren Kühlrohre auszugeben, wobei die mehreren Kühlrohre einen ersten Satz von Kühlrohren und einen zweiten Satz von Kühlrohren umfassen; und ein Luftströmungsregulierungselement mit einem zylindrischen Fassventil, das in einem Einlasstank des Ladeluftkühlers angeordnet ist, wobei das Fassventil um eine Drehachse drehbar ist, um die Ladeluftströmung durch den zweiten Satz von Kühlrohren fortschreitend einzustellen.
Luftströmungsregulierungssystem nach Anspruch 7, wobei das Fassventil einen Außendurchmesser aufweist, der sich über den Einlasstank von einer Wand des Ladeluftkühlers zum ersten Ende der mehreren Kühlrohre erstreckt.
Ladeluftkühler nach Anspruch 8, wobei das Fassventil ein hohler Zylinder mit einer Reihe von Schlitzen mit unterschiedlichen Umfangslängen in einer Außenwand und entlang einer Höhe des Fassventils ist, wobei jeder Schlitz der Reihe von Schlitzen sich auf ein Kühlrohr der mehreren Kühlrohre ausrichtet.
Luftströmungsregulierungssystem nach Anspruch 9, wobei sich die Höhe des Fassventils entlang einer Höhe des zweiten Satzes von Kühlrohren erstreckt und wobei das Fassventil den zweiten Satz von Kühlrohren am ersten Ende der Kühlrohre bedeckt.
Luftströmungsregulierungssystem nach Anspruch 10, wobei eine Basis des Fassventils zwischen dem ersten Satz von Kühlrohren und dem zweiten Satz von Kühlrohren angeordnet ist und wobei eine Länge jedes Schlitzes von einem ersten Ende des Fassventils zu einem zweiten Ende des Fassventils zunimmt.
Luftströmungsregulierungssystem nach Anspruch 9, wobei die Höhe des Fassventils sich entlang einer ersten Höhe des ersten Satzes von Kühlrohren und einer zweiten Höhe des zweiten Satzes von Kühlrohren erstreckt und wobei das Fassventil den ersten Satz von Kühlrohren und den zweiten Satz von Kühlrohren am ersten Ende der Kühlrohre bedeckt.
Luftströmungsregulierungssystem nach Anspruch 12, wobei Schlitze, die dem ersten Satz von Kühlrohren entsprechen, eine erste Länge aufweisen, und Schlitze, die dem zweiten Satz von Kühlrohren entsprechen, fortschreitend in der Länge von der ersten Länge an einem ersten Schlitz an einem ersten Ende des Fassventils zu einer zweiten Länge an einem zweiten Schlitz, der näher an einem zweiten Ende des Fassventils liegt, zunehmen.
Luftströmungsregulierungssystem nach Anspruch 13, wobei die Schlitze, die dem ersten Satz von Kühlrohren entsprechen, sich nicht auf irgendwelche der Schlitze, die dem zweiten Satz von Kühlrohren entsprechen, ausrichten, und wobei der erste Satz von Kühlrohren isolierte Nicht-Kühl-Rohre sind.
Luftströmungsregulierungssystem nach Anspruch 7, wobei die Drehachse zu den Kühlrohren senkrecht ist, wobei das Fassventil um die Drehachse durch einen Drehaktuator gedreht wird, und wobei der Drehaktuator mit einer Steuereinheit gekoppelt ist, die dazu konfiguriert ist, eine Position des Fassventils auf der Basis einer Luftmassendurchflussrate und/oder einer Temperatur an einem Auslass des Ladeluftkühlers einzustellen.