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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Luftversorgungssystem für
einen Dieselmotor eines Fahrzeuges.
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Im Besonderen bezieht sich die Erfindung auf
ein solches System mit einem Frischlufteinlass und einem Einlass
zur Abgasrückführung in
den Motor sowie mit Heiz-/Kühlvorrichtungen
für diese,
wobei die Heiz-/Kühlvorrichtungen
mit Steuereinrichtungen zur Steuerung der Zirkulation in diesen
Vorrichtungen mittels Regeleinrichtung versehen sind, um die Temperatur
der dem Motor zugeführten
Gase gemäß seiner
funktionellen Erfordernisse hinsichtlich Temperatur zu steuern.
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Die Entwicklung der mit der Motorisierung von
Kraftfahrzeugen verbundenen Technologien wie zum Beispiel das Hinzufügen von
unterschiedlichen Systemen zur Abgasbehandlung hat zu einer Verschärfung der
Erfordernisse zur Temperaturregelung der Gase im Einlass des Motors
geführt.
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Beispielsweise kann es daher angebracht sein,
bei warmem Motor die in den Motor rückgeführten Abgase, die sogenannten
EGR-Gase, und/oder die
ihm zugeführte
Frischluft zu kühlen,
wie für
den Begriff „warmer
Motor" vorschriftsmäßige Betriebszustände des
Motors festzulegen, um zum Beispiel die Emission von NOx zu reduzieren.
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Dagegen kann es für diese dem Motor zugeführten EGR-Gase
sowie gegebenenfalls für
die Frischluft angebracht sein, bei kaltem Motor nicht gekühlt zu werden,
beispielsweise in dem vorschriftsmäßigen Betriebszustand des „kalten
Motors", damit un ter
anderem der Anstieg der Motor- und der Abgastemperatur erleichtert
wird, um den Beginn der Wirkung eines in der Abgasanlage eingebauten
Katalysators zu erleichtern.
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In weiteren Betriebszuständen des
Motors kann es günstig
sein, die Temperatur der Gase im Einlass des Motor zu steuern.
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Die Frischluft im Einlass des Motors
kann zum Beispiel vorgewärmt
werden, um eine gute Verbrennung zu gewährleisten, beispielsweise während einer
Phase der Nachverbrennung.
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Diese Vervielfältigung von Erfordernissen kommt
durch den mehr und mehr komplexen Aufbau des Gasversorgungssystems
dieser Motoren zum Ausdruck.
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Auf diese Weise hat dieses zum Beispiel
mit sich gebracht, dass in diesen Versorgungssystemen Kühler für die Einlassluft
gegebenenfalls mit Stellklappen zum Überbrücken dieser Kühler eingebaut sind,
dass zum Beispiel im Auslass eines Verdichters Kühler für das EGR-Gas mit oder ohne Überbrückungs-Stellklappen
ausgerüstet
sind, und Vorwärmeinrichtungen
der Frischluft in Strömungsrichtung zum
Beispiel vor dem Verdichter oder beispielsweise parallel zum Ladeluftkühler angeordnet
sind.
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Diese relativ komplexen Aufbauten
erfordern die Integration in den Motorraum des Fahrzeugs einer Anzahl
von sich kreuzenden Bauteilen und Anschlüsse derselben, was besonders
zu Einbau-, Zuverlässigkeits-
und Kostenproblemen führt.
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Das Ziel der Erfindung besteht daher
darin, diese Probleme zu lösen.
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Zu diesem Zweck ist der Gegenstand
der Erfindung ein Luftversorgungssystem für einen Dieselmotor eines Fahrzeugs,
in der Ausführung
mit einem Frischlufteinlass und einem Einlass zur Abgasrückführung in
den Motor sowie mit Heiz-/Kühlvorrichtungen
für diese
Gase, wobei die Heiz-/Kühlvorrichtungen
mit Steuer einrichtungen zur Steuerung der Zirkulation in diesen
Vorrichtungen mittels Regeleinrichtung versehen sind, um die Temperatur
der dem Motor zugeführten
Gase gemäß seiner
funktionellen Erfordernisse hinsichtlich Temperatur zu steuern,
dadurch gekennzeichnet, dass es zwei Zirkulations- beziehungsweise
Umlaufzweige für
Gase aufweist, die sich zwischen dem Frischlufteinlass und dem Motor erstrecken,
und von denen der eine einen Kühler
beinhaltet, dessen Einlass an den Frischlufteinlass und dessen Auslass
an den Einlass einer ersten Stellklappe angeschlossen ist, deren
Auslass mit dem Motor verbunden ist, und von denen der andere Zweig
einen Wärmetauscher
beinhaltet, dessen Einlass an den Frischlufteinlass und dessen Auslass
an den Einlass einer zweiten Stellklappe angeschlossen ist, deren
Auslass zusammen mit dem Auslass der ersten Stellklappe am Motor
angeschlossen ist, und dass zwischen dem Wärmetauscher und der zweiten Stellklappe
der Einlass zur Abgasrückführung über ein
Steuerventil an den anderen Umlaufzweig angeschlossen ist.
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Gemäß einer weiteren Eigenschaft
ist die Steuereinrichtung so ausgeführt, dass sie das Steuerventil
und die zweite Stellklappe öffnet
und die erste Stellklappe schließt, wenn der Motor kalt ist,
so dass die Frischluft im Wärmetauscher
zirkuliert und diese Frischluft mit dem rückzuführenden Abgas vor deren Einlass
in den Motor vermischt wird.
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Gemäß einem weiteren Merkmal wird
die Regeleinrichtung so ausgeführt,
dass sie das Steuerventil und die erste Stellklappe öffnet und
die zweite Stellklappe schließt,
wenn der Motor warm ist, damit die rückzuführenden Abgase im Wärmetauscher
(28) zirkulieren, bevor sie mit der Frischluft vermischt
werden und im Kühler
(26) zirkulieren, bevor sie in den Motor eingeführt werden.
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Gemäß einer weiteren Eigenschaft
ist die Regeleinrichtung ausgebildet, um eine Phase der Temperaturüberwachung
der Gase am Einlass des Motors ohne Abgasrückführung durchzuführen, indem
das Steuerventil geschlossen wird und das Öffnen/Schließen der ersten
und zweiten Stellklappe reguliert wird, um die Zirkulation der Luft
im Kühler
und im Wärmetauscher
zu regulieren und somit die Temperatur der dem Motor zugeführten Luft
zu regeln.
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Die Erfindung wird durch die folgende
Beschreibung noch besser verständlich,
welche nur beispielhaft mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erfolgt. Hierbei
zeigt:
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1 eine
schematisierte Übersicht
eines Aufbaus eines Luftversorgungssystems eines Motors nach dem
Stand der Technik; und
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2 eine
schematisierte Übersicht
eines Aufbaus eines erfindungsgemäßen Luftversorgungssystems
eines Motors.
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1 stellt
eine schematisierte Übersicht
eines Aufbaus eines Luftversorgungssystems eines Motors nach dem
Stand der Technik dar.
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In dieser 1 ist der Motor mit dem Bezugszeichen 1 und
sein Gaseinlass mit dem Bezugszeichen 2 gekennzeichnet.
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Dieser Motor ist mit einem mit dem
Bezugszeichen 3 gekennzeichneten EGR-Kreis verbunden, der,
ausgehend von einem Einlass zur Abgasrückführung in den Motor, einen mit
dem Bezugszeichen 4 gekennzeichneten Kühler für das EGR-Gas aufweist, welcher
mit einem mit dem Bezugszeichen 5 gekennzeichneten Steuerventil
oder EGR-Ventil in Verbindung steht.
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Ein Ventil zur Überbrückung dieses Kühlers kann
in bestimmten Anwendungen parallel zu diesem liegen und ist mit
dem Bezugszeichen 6 versehen.
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Der Auslass des EGR-Ventils ist mit
dem Einlass des Motors verbunden.
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Dieser Kühler des EGR-Gases kann entsprechend
dem Fall überbrückt werden,
um damit zu ermöglichen,
dass das Gas bei kaltem Motor nicht abgekühlt wird, und im Gegensatz
dazu bei warmem Motor gekühlt
wird.
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Außerdem weist dieses System
ebenfalls zwei Zirkulations- beziehungsweise Umlaufzweige für Gas auf,
die sich zwischen einem Frischlufteinlass, der mit dem Bezugszeichen 7 in
dieser Figur gekennzeichnet ist, im Auslass beispielsweise eines Verdichters
und dem Einlass des Motors 2 erstrecken.
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Diese Umlaufzweige haben auf dieses
Figuren die Bezugszeichen 8 und 9, wobei der eine,
zum Beispiel der Zweig 8, eine Vorwärmeinrichtung der Einlassluft
des Motors mit dem Bezugszeichen 10 aufweist, welcher am
Einlass des Motors über
eine gesteuerte Stellklappe mit dem Bezugszeichen 11 angeschlossen
ist.
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Diese Vorwärmeinrichtung der Einlassluft des
Motors, der zum Beispiel aus einem Luft-/Flüssigkeits-Wärmetauscher oder einer elektrischen
Vorwärmeinrichtung
gebildet sein kann, kann in Strömungsrichtung
hinter dem Verdichter angeordnet und durch ein System zur Deaktivierung überbrückbar sein.
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Diese Vorwärmeinrichtung gewährleistet
ein Vorwärmen
oder kein Vorwärmen
der Luft im Einlass des Motors entsprechend dessen Zustand, ob er
kalt oder warm ist, zum Beispiel um die Verbrennung in ihm zu stabilisieren.
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Der andere Umlaufzweig, der mit dem
Bezugszeichen 9 gekennzeichnet ist, beinhaltet, was ihn
betrifft, einen Kühler
der Einlassluft des Motors, der in dieser Figur mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet
ist, und der mit dem Einlass 2 des Motors über eine
gesteuerte Stellklappe mit dem Bezugszeichen 13 verbunden
ist.
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Dieser Kühler ist bei den in Betracht
gezogenen Anwendungen vorhanden oder nicht und ist dazu vorgesehen,
die Luft im Ein lass des Motors aufgrund der Problematik der Füllung und
der Emission von NOx zu kühlen.
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Die Gesamtheit der oben beschriebenen Stellklappen
und Ventile wird ausgehend von durch klassische Sensoren ermittelte
Daten von einer Regeleinrichtung gesteuert, die in dieser Figur
mit dem Bezugszeichen 14 versehen sind.
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Es ist verständlich, dass die verschiedenen Einrichtungen
zum Heizen/Kühlen
mit vielen Leitungen, Ventilen und/oder Stellklappen in Verbindung stehen,
wobei ein Aktivieren oder Deaktivieren einer jeden der zugehörigen Funktionen
ermöglicht
wird, was die oben beschriebenen Nachteile aufweist.
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In der 2 ist
ein erfindungsgemäßes System
dargestellt.
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Der Motor ist in der 2 mit dem Bezugszeichen 20 und
sein Gaseinlass mit dem Bezugszeichen 21 gekennzeichnet.
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Der Frischlufteinlass, beispielsweise
ausgehend von einem Verdichter, ist mit dem Bezugszeichen 22 und
der Einlass zur Abgasrückführung in
den Motor mit dem Bezugszeichen 23 bezeichnet.
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Tatsächlich enthält dieses System zwei Umlaufzweige
für Gas,
die sich zwischen dem Frischlufteinlass und dem Motor erstrecken
und mit den Bezugszeichen 24 und 25 gekennzeichnet
sind.
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Der eine der Zweige, nämlich der
Zweig 25, beinhaltet einen mit dem Bezugszeichen 26 versehenen
Kühler,
dessen Einlass mit dem Frischlufteinlass 22 und dessen
Auslass mit dem Einlass einer ersten gesteuerten Stellklappe mit
dem Bezugszeichen 27 verbunden ist, und deren Auslass an
den Einlass 21 des Motors angeschlossen ist.
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Der andere Zweig, nämlich der
Zweig 24, weist einen Wärmetauscher
mittels beispielsweise Luft/Flüssigkeit
auf, der mit dem Bezugszeichen 28 gekennzeichnet ist, und
dessen Einlass mit dem Frischlufteinlass verbunden ist, dessen Auslass
mit dem Einlass einer zweiten Stellklappe mit dem Bezugszeichen 29 verbunden
ist, deren Auslass zusammen mit dem Auslass der ersten Stellklappe 27 am
Einlass 21 des Motors angeschlossen ist.
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Der Einlass zur Abgasrückführung 23 ist, was
ihn betrifft, über
ein Steuerventil oder EGR-Ventil mit dem Bezugszeichen 30 an
dem anderen Zweig 24 zwischen dem Wärmetauscher 28 und
der zweiten Stellklappe 29 angeschlossen.
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Das EGR-Ventil, die erste Stellklappe
und die zweite Stellklappe werden über eine Regeleinrichtung mit
dem Bezugszeichen 31 gesteuert.
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Die Funktion dieses System kann in
drei Phasen unterteilt werden, die drei durch das System gewährleisteten
Funktionen entsprechen. Die eine der Phasen kann mit der Phase in
Verbindung gebracht werden, die den kalten Betriebszustand des Motors
betrifft, eine weitere mit dem warmen Betriebszustand des Motors,
und die letzte Phase kann eine Phase zur Überwachung der Temperatur der Gase
im Einlass des Motors sein, beispielsweise zur Stabilisierung der
Verbrennung ohne Abgasrückführung.
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Während
der Phase des kalten Betriebszustands sind die Erfordernisse dergestalt,
dass die EGR-Gase nicht gekühlt
werden und die von beispielsweise einem Verdichter gelieferte Frischluft nicht
gekühlt
wird.
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Dieses wird durch die Regeleinrichtung 31 verwirklicht,
indem sie das EGR-Ventil 30 und die zweite Stellklappe 29 ganz öffnet und
die erste Stellklappe 27 schließt.
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Die Frischluft strömt dann
durch den Wärmetauscher 28,
aber nicht durch den Kühler 26.
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Das EGR-Gas vermischt sich mit der
nicht abgekühlten
Frischluft im Auslass des Wärmetauschers 28,
und beide werden dann in den Motor geleitet ohne den Wärmetauscher
zu durchlaufen und ohne abgekühlt
zu sein.
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Während
der Phase des warmen Betriebszustands sind die Erfordernisse dergestalt,
dass die EGR-Gase sowie die beispielsweise einem Verdichter gelieferte
Frischluft gekühlt
werden.
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In diesem Fall ist das EGR-Ventil 30 geöffnet, ebenso
wie die erste Stellklappe 27, während die zweite Stellklappe 29 geschlossen
ist.
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Die EGR-Gase werden dann veranlasst,
den Wärmetauscher 28 zu
durchlaufen und werden dann abgekühlt. Die Frischluft und die
EGR-Gase vermischen sich darauf in Strömungsrichtung vor dem Luftkühler 26,
bevor sie zur Zirkulation in diesem veranlasst und in den Motor
eingeführt
werden.
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Während
der dritten Phase, der Phase zur Überwachung der Temperatur der
Gase im Einlass des Motors, ohne Abgasrückführung beziehungsweise EGR,
gibt es keine Rückführung der
Abgase in den Motor, und es empfiehlt sich, zwischen dem Erwärmen oder
Abkühlen
der Gase im Einlass des Motors auszuwählen.
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Dieses wird dann durch die Überwachung beziehungsweise
Steuerung des Öffnens/Schließens der
ersten und zweiten Stellklappe ermöglicht, wobei das Steuerventil 30 geschlossen
bleibt.
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Noch spezieller kann zwischen einem
vollständigen
oder partiellen Öffnen
der zweiten Steuerklappe 29 und zwischen einem vollständigen oder partiellen
Schließen
der Steuerklappe 27 entschieden werden.
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So wird ein Teil der Frischluft erwärmt, während ein
anderer Teil abgekühlt
wird, womit durch das Regulieren des Öffnens/Schließens dieser
Stellklappen ermöglicht
wird, die Ver teilung des Kalt-/Warmluftstroms und somit der Temperatur
der Luft im Einlass des Motors zu regeln.
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Es ist nun verständlich, dass zur Erfüllung der
gleichen Funktionen eine solche Struktur viel einfacher ausgeführt ist
als die Strukturen, welche im Stand der Technik verwendeten werden.
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In der Tat ist die Anzahl der Bauteile
und Leitungen verglichen mit dem Stand der Technik verringert worden.