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1. Gebiet
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein System und ein Verfahren zum Steuern eines Verbrennungskraftmotors
basierend auf Abgasrückdruck.
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2. Stand der
Technik
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Zur Reduktion von Emissionen von
Lastwagen, Automobilen und stationären Motoren, die in Kraftwerken
verwendet werden, ist eine Vielzahl von Strategien entwickelt worden.
Zusätzlich
zum Steuern des grundsätzlichen
Verbrennungsprozesses unter Verwendung eines elektronischen Steuermoduls zum
Ausbalancieren von Abweichungen zwischen dem Betriebsverhalten und
den Emissionen, werden häufig
Emissionssteuervorrichtungen in dem Abgasstrom platziert, um die
Nebenprodukte unvollständiger
Verbrennung zu reduzieren oder zu eliminieren. Ein Partikelsammler
oder Filter ist eine Emissionssteuervorrichtung, die zum Reduzieren
von Partikelemissionen in dem Abgasstrom platziert ist, welche partikelförmigen Emissionen
primär
Kohlenstoffpartikel oder Ruß sind.
Je mehr Partikel sich in dem Filter oder dem Sammler sammeln, desto
stärker
resultiert die zunehmende Drosselung des Abgasstroms in einer graduellen
Zunahme des Abgasrückdrucks,
d.h., des Drucks im Abgas stromauf des Filters. Falls der Sammler
nicht ordnungsgemäß gewartet
wird, oder falls Motorkonditionen es verhindern, dass der Sammler
regeneriert wird, kann der Abgasrückdruck bis zu einem Punkt
steigen, an welchem die Funktionsfähigkeit von Motorkomponenten
gefährdet
wird.
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Der Abgasrückdruck kann auch durch andere
Motorkomponenten als die Emissionssteuervorrichtungen beeinflusst
sein. Zum Beispiel kann der Abgasrückdruck gesteuert werden, um
einen gewünschten
EGR-Strom unter Verwendung eines Turboladers zu erzielen (Abgasrückführung),
wie mit einem Turbolader (VGT) mit variabler Geometrie. In ähnlicher
Weise kann der Abgasrückdruck
zum Modulieren einer Motorbremsung gesteuert sein. Deshalb kann
jeder anormale Betrieb unterschiedlicher Motorkomponenten in einem
graduellen oder plötzlichen
Anstieg des Abgasrückdrucks
resultieren, der für
eine Vielzahl von Motorkomponenten schädlich sein könnte.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung liegt
darin, ein System und ein Verfahren zum Steuern eines Motors anzugeben,
um Schäden
für Komponenten
zu reduzieren oder zu verhindern, die von exzessivem Abgasrückdruck
hervorgerufen werden.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung
besteht darin, ein System und ein Verfahren anzugeben, zum Überwachen
eines Partikelsammlers oder eines Filters unter Verwendung eines Drucksensors
zum Überwachen
des Abgasdrucks, und zum Vermindern des verfügbaren Motordrehmoments, sobald
der Abgasdruck eine vorbestimmte oder anpassbare Schwelle überschreitet.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung
besteht darin, ein System und ein Verfahren anzugeben zum Detektieren
von Verfälschungen mit
einer Emissionssteuervorrichtung.
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Ein zusätzlicher Gegenstand der vorliegenden
Erfindung besteht darin, ein System und ein Verfahren anzugeben
zum Alarmieren eines Bedieners und/oder von Wartungspersonal im
Hinblick auf einen gesteigerten Abgasdruck, so dass Korrekturaktionen
eingeleitet werden können,
ehe ein Komponentenschaden eintritt.
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Zum Erzielen der vorgenannten Gegenstände und
anderer Gegenstände,
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ein System
und ein Verfahren vorgeschlagen zum Steuern eines Verbrennungskraftmotors,
die das Überwachen
des Abgasdrucks und das Reduzieren der Motorleistungsabgabe umfassen,
sobald der Abgasdruck einen Schwellwert überschreitet, um aufgrund exzessiven Abgasdrucks
zu befürchtende
Schäden
von Motorkomponenten zu verringern oder zu verhindern. In einer
Ausführungsform
wird der Abgasdruck überwacht,
um eine Verfälschung
zu detektieren, mit einer Komponente in dem Abgassteuersystem, wie
mit einem Drucksensor oder einem Partikelsammler oder Filter, beispielsweise.
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Die vorliegende Erfindung führt zu einer
Vielzahl von Vorteilen im Vergleich mit dem Stand der Technik. Beispielsweise überwacht
die vorliegende Erfindung den Abgasdruck, um durch exzessiven Druck
hervorgerufene Schäden
an Motorkomponenten zu reduzieren oder zu verhindern, im Gegensatz zu
nur einer einfachen Anzeige, dass der Partikelsammler oder Filter
verstopft sein könnte.
In einer Ausführungsform
warnt die vorliegenden Erfindung, vorzugsweise den Bediener, sobald
der Abgasrückdruck
einen ersten Schwellwert überschreitet,
um eine Möglichkeit
anzubieten, eine korrigierende Aktion vorzunehmen. Falls diese Kondition
nicht korrigiert wird, wird das verfügbare Motordrehmoment reduziert,
was dem Bediener einen erhöhten
Anreiz spüren
lässt,
das Problem zu beseitigen, ehe signifikante Schäden eintreten. Weiterhin bedeutet
die Zurücknahme
der Motorleistungsabgabe mit zunehmenden Rückdruck eine Eigenkorrektur
dahingehend, dass mit der niedrigeren Motorleistungsabgabe auch
niedriger Druck einhergeht, der in der Folge die Wahrscheinlichkeit
eines Komponentenschadens vermindert.
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Die vorstehenden Vorteile, und weitere
Vorteile, Gegenstände
und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich unmittelbar
aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung des besten Modus zum
Ausführen
der Erfindung, und zwar in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein Blockdiagramm, das einen Einsatzfall eines Systems oder Verfahrens
zum Steuern eines Motors unter Ansprechen auf den Abgasrückdruck
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung illustriert;
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2 ist
ein schematisches Blockdiagramm, das einen Abgasdrucksensor in einem
Verbrennungskraftmotor mit Kompressionszündung entsprechend einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung illustriert;
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3 illustriert
die Platzierung und Montage eines Rückdrucksensors, der in einem
System oder bei einem Verfahren zum Steuern eines Motors gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet ist; und
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4 ist
ein Flussdiagramm, das den Betrieb eines Systems oder den Ablauf
eines Verfahrens zum Steuern eines Motors basierend auf dem Abgasrückdruck
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung illustriert.
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen)
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1 enthält ein schematisches
Blockdiagramm, das den Betrieb eines Systems oder den Ablauf eines
Verfahrens zum Steuern eines Motors basierend auf dem Abgasrückdruck
illustriert, um in einem repräsentativen
Anwendungsfall entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung Schäden
für Komponenten
zu reduzieren oder zu verhindern. Ein System 10 umfasst
einen Mehrzylinder-Verbrennungskraftmotor mit Kompressionszündung, wie
einen Dieselmotor 12, der in einem Fahrzeug 14 installiert
sein kann, abhängig
von dem jeweiligen Einsatzfall. In einer Ausführungsform umfasst das Fahrzeug 14 ein
Zugfahrzeug 16 und einen Auflieger 18. Der Dieselmotor 12 ist
im Zugfahrzeug 16 installiert und kommuniziert mit unterschiedlichen Sensoren
und Aktuatoren, die am Motor 12, am Zugfahrzeug 16 und
am Auflieger 18 angeordnet sind, und zwar über Motor-
und Fahrzeug-Kabelbäume, wie
detaillierter nachstehend beschrieben wird. In anderen Anwendungsfällen könnte der
Motor 12 verwendet werden zum Betreiben industrieller – und baulicher – Ausstattungen,
oder in stationären
Einsatzfällen
zum Antreiben von Generatoren, Kompressoren und/oder Pumpen oder
dergleichen. Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf
einen Dieselmotor beschrieben wird, ist es für den Durchschnittsfachmann
offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung nicht notwendigerweise
auf Motoren mit Kompressionszündung
beschränkt
ist, sondern genauso gut angewendet werden kann bei einer Vielzahl
von Verbrennungskraftmotor-Technologien.
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Ein elektronisches Motorsteuermodul
(ECM) 20 empfängt
Signale, die von Motorsensoren 22 und Fahrzeugsensoren 24 generiert
werden, und verarbeitet die Signale zum Steuern des Motors und/oder von
Fahrzeugaktuatoren, wie beispielsweise Brennstoffeinspritzvorrichtungen 26.
Die ECM 20 umfasst, vorzugsweise, durch einen Computer
auslesbare Speichermedien, die allgemein durch die Bezugsziffer 28 angedeutet
sind, zum Speichern von Daten, die Instruktionen repräsentieren,
die zum Steuern des Motors 12 durch einen Computer ausführbar sind.
Die vom Computer auslesbaren Speichermedien 28 können auch
Vibrationsinformationen zusätzlich
zu Arbeitsvariablen, Parametern, und dergleichen umfassen. In einer
Ausführungsform
umfassen die vom Computer auslesbaren Speichermedien 28 einen
wahlweisen Zugriffsspeicher (RAM) 30 zusätzlich zu
verschiedenen nichtflüchtigen
Speichern, wie einen Lesespeicher (ROM) 32, und lebenserhaltende oder
nichtflüchtige
Speicher (KAM) 34. Die vom Computer auslesbaren Speichermedien 28 kommunizieren
mit einem Mikroprozessor 38 und einem Eingangs-/Ausgangs(I/O)schaltkreis 36 über einen Standardsteuer/Adressier-Bus.
Wie sich für
Fachleute auf diesem Gebiet ohne weiteres erschließt, können die
vom Computer auslesbaren Speichermedien 28 verschiedene
Typen physikalischer Vorrichtungen zum zeitweisen und/oder dauerhaften
Speichern von Daten umfassen, welche Festkörper-, Magnet-, Optik- und
Kombinationsvorrichtungen sein können. Beispielsweise
könnten
die vom Computer auslesbaren Speichermedien 28 implementiert
sein unter Verwendung von einer oder mehreren physikalischen Vorrichtungen
wie DRAM, PROMS, EPROMS, EEPROMS oder eine Flashspeicher und dergleichen. Abhängig von
dem speziellen Einsatzfall können
die vom Computer auslesbaren Speichermedien 28 auch Floppy
Disks, CD ROMs und dergleichen umfassen.
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In einem typischen Anwendungsfall
verarbeitet die ECM 20 die Eingaben von den Motorsensoren 22 und
den Fahrzeugsensoren/Schaltern 24 durch Ausführen von
Instruktionen, die in den computerauslesbaren Speichermedien 28 gespeichert
sind, um zweckmäßige Ausgangssignale
zum Steuern des Motors 12 abzugeben. In einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfassen die Motorsensoren 22 einen
Timingreferenzsensor (TRS) 40, der eine Anzeige zur Kurbelwellenposition
liefert und verwendet werden kann zur Bestimmung der Motordrehzahl. Ein Öldrucksensor
(OPS) 42 und ein Öltemperatursensor
(OTS) 44 werden verwendet zum Überwachen des Drucks und der
Temperatur des Motoröls.
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Ein Lufttemperatursensor (ATS) 46 wird
verwendet zum Liefern einer Anzeige der gegenwärtigen Einlasslufttemperatur.
Ein Turboboostsensor (TBS) 48 wird verwendet zum Liefern
einer Anzeige des Boostdrucks eines Turboladers, der, vorzugsweise,
ein Turbolader mit einer variablen Geometrie oder einer variablen
Düse ist,
wie dies mehr im Detail unten erläutert wird. Ein Kühlmitteltemperatursensor (CTS) 50 wird
verwendet zum Liefern einer Anzeige der Kühlmitteltemperatur. Abhängig von
der jeweiligen Motorkonfiguration und dem Einsatzfall können verschiedene
zusätzliche
Sensoren vorgesehen sein. Zum Beispiel können Motoren, die eine Abgasrezirkulation
(EGR) verwenden, vorzugsweise einen EGR-Temperatursensor (ETS) 51 und
einen EGR-Stromsensor (ESS) 53 umfassen.
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Einsatzfälle, bei denen ein Commonrail-Brennstoffsystem
verwendet wird, können
einen korrespondierenden Brennstoffdrucksensor (CSPS) 52 umfassen.
In ähnlicher
Weise könnte
ein Zwischenkühler-Kühlmitteldrucksensor
(ICPS) 54 und ein Temperatursensor (ICTS) 56 vorgesehen
sein, um den Druck und die Temperatur des Kühlmittels des Zwischenkühlers zu
erfassen. Gemäß der vorliegenden
Erfindung dient ein Abgasrückdrucksensor (EBS) 55 zum Überwachen
des Abgasrückdrucks. Der
Sensor kann direkt im Abgas platziert sein, oder kann fluidübertragend
mit dem Abgasstrang gekoppelt sein, wie illustriert, und in Bezug
auf 3 erläutert. Der
Motor 12 umfasst, vorzugsweise, auch einen Brennstofftemperatursensor
(FTS) 58 und einen synchronen Referenzsensor (SRS) 60,
der eine Anzeige zu einem spezifischen Zylinder in der Zündfolge
des Motors 12 liefert. Dieser Sensor kann benutzt werden zum
Koordinieren oder Synchronisieren der Steuerung einer Mehrmotorkonfiguration,
wie sie in einigen stationären
Generatoreinsatzfällen
benutzt wird. Ein EGR-Kühler
und ein korrespondierender Temperatursensor können auch vorgesehen sein,
zum Kühlen des
rezirkulierten Abgases vor seiner Einführung in den Motoreinlass abhängig von
dem jeweiligen Einsatzfall.
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Der Motor 12 kann auch einen Ölstandssensor
(OLS) 62 aufweisen, um unterschiedliche Motorschutzmerkmale
zu erhalten, die Bezug haben zu einem zu niedrigen Ölstand.
Ein Brennstoffdrosselungssensor (FRS) 64 kann benutzt werden
zum Überwachen
eines Brennstofffilters und zum Bereitstellen einer Warnung für präventive
Wartungszwecke. Ein Brennstoffdrucksensor (FPS) 68 liefert
eine Anzeige zum Brennstoffdruck zum Warnen vor einem bevorstehenden
Leistungsverlust und zur Betankung. Ähnlich liefert ein Kurbelgehäuse-Drucksensor (CPS) 66 eine
Anzeige zum Kurbelgehäusedruck, die
verwendet werden kann für
unterschiedliche Motorschutzmerkmale durch Detektieren einer plötzlichen
Zunahme des Kurbelgehäusedrucks,
die Indikativ sein könnte
für eine
Motorfehlfunktion.
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Wie sich für Durchschnittsfachleute auf
diesem Gebiet ergibt, können
unterschiedliche Sensoren abhängig
von dem jeweiligen Einsatzfall auch weggelassen werden. Zusätzlich umfasst
der Controller 20 vorzugsweise eine Anzahl analoger, digitaler und/oder
konfigurierbarer Eingänge
und Ausgänge, die
benutzt werden können,
um unterschiedliche Sensoren und/oder Aktuatoren anzuschließen. In ähnlicher
Weise können
in einigen Anwendungsfällen
dieselben Kabelbaum-Konnektoren verwendet werden zum alternativen
Platzieren oder Umrüsten von
Sensoren und/oder Aktuatoren. Beispielsweise könn te der EBS 55 an
irgendeinen der Sensoreingänge
angeschlossen werden anstelle eines Sensors, der in einem speziellen
Anwendungsfall nicht verwendet wird. In einer Ausführungsform
ist der EBS 55 mit dem Kabelbaum anstelle von VSG 69 oder
anstelle eines Umgebungsluft-Temperatursensors (nicht spezifisch
dargestellt) angeschlossen.
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Das System umfasst, vorzugsweise,
unterschiedliche Fahrzeugsensoren/Schalter 24 zum Überwachen
von Fahrzeugbetriebsparametern und Eingaben des Fahrers, die zum
Steuern des Fahrzeugs 14 und des Motors 12 benutzt
werden. Beispielsweise können
die Fahrzeugsensoren/Schalter 24 einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor
(VSS) aufweisen, der eine Anzeige zur gegenwärtigen Fahrzeuggeschwindigkeit
liefert. Ein Kühlmittel-Standsensor
(CLS) 72 überwacht
den Füllstand des
Motorkühlmittels
in einem Fahrzeugradiator. Schalter, die verwendet werden zum Auswählen eines
Motorbetriebsmodus oder einer anderen Steueroperation des Motors 12 oder
des Fahrzeugs 14, können
einen Motorbremsungs-Auswahlschalter 74 umfassen, der,
vorzugsweise, die Auswahl zwischen niedrig, medium, hoch und aus,
bietet, Tempomatsteuerschalter 76, 78 und 80,
einen Diagnoseschalter 82, und unterschiedliche optionale,
digitale, und/oder analoge Schalter 84. Die ECM 20 erhält auch
Signale, die dem Gaspedal 86, einer Kupplung 88 und
einer Bremse 90 zugeordnet sind. Die ECM 20 kann
auch die Position eines Zündschalters 92 und
die Systemspannung überwachen,
die von einer Fahrzeugbatterie 94 geliefert wird.
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Die ECM 20 kann mit verschiedenen
Fahrzeugausgangsvorrichtung kommunizieren, wie mit Statusanzeigen/Lampen 96,
Analogdisplays 98, Digitaldisplays 100 und unterschiedlichen
Analog/Digitalanzeigen 102. In einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet die ECM 20 einen Industrie-Standard-Datenanschluss 104 zum Übertragen
unterschiedlicher Status- und/oder Steuer-Nachrichten, die umfassen
können,
die Motordrehzahl, die Gaspedalposition, die Fahrzeuggeschwindigkeit,
Motorwarnanzeigen oder Fehler und dergleichen. Vorzugsweise entspricht
der Datenanschluss 104 SAE J1939 und SAE J1587, um zu anderen
Motorsystemen, Untersystemen und angeschlossenen Vorrichtungen,
wie einem Display 100, unterschiedliche Informationen zum
Service, einer Diagnose und zur Steuerung zu geben. Die ECM 20 umfasst
vorzugsweise eine Steuerlogik zum Vermindern der Motorleistungsabgabe,
sobald der Abgasrückdruck
einen kalibrierbaren Schwellenwert überschreitet, um gemäß der vorliegenden Erfindung
das Potenzial für Motorschäden als
Folge exzessiven Rückdrucks
zu reduzieren oder zu eliminieren.
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Über
den Datenanschluss 104 kann ein Servicewerkzeug 106 periodisch
angeschlossen werden, um ausgewählte
und in der ECM 20 gespeicherte Parameter zu programmieren
und/oder um von der ECM 20 diagnostische Informationen
zu empfangen. Ähnlich
kann über
den Datenanschluss 104 ein Computer 108 mit passender
Software und Hardware angeschlossen werden, um an die ECM 20 Informationen
transferieren oder unterschiedliche Informationen abzurufen bezüglich des
Betriebs des Motors 12 und/oder des Fahrzeugs 14.
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2 ist
ein Blockdiagramm zur Illustration eines repräsentativen Motorsteuersystems
mit zugeordneten Abgasdrucksensor- und Emissionssteuervorrichtungen
in Kommunikation mit einem ECM, der eine Steuerlogik enthält, entsprechend
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Der Motor 120 weist einen Einlassverteiler 122,
einen Auslassverteiler 124 und einen Abgasrückdrucksensor
(EBS) 126 auf. Ein Motorsteuermodul (ECM) 128 umfasst gespeicherte
Daten, die Instruktionen und Kalibrationsinformationen zum Steuern
des Motors 120 repräsentieren.
Die ECM 128 kommuniziert mit unterschiedlichen Sensoren
und Aktuatoren, einschließlich
des EBS 126, einem EGR-Stromsensor 130 und einem
EGR-Temperatursensor 132, z.B. Der ECM 128 steuert
vorzugsweise den Motor 120 unter Ansprechen auf unterschiedliche
Sensoren, einschließlich
des EBS 126, wie detaillierter in Verbindung mit 4 erläutert ist. Der ECM 128 kann
unter Ansprechen auf durch den EBS 126 angezeigten erhöhten Rückdruck
und auf gegenwärtige
Betriebskonditionen eine oder mehrere Motorkomponenten oder Vorrichtungen
steuern, um den Abgasrückdruck
zu reduzieren oder auf einem akzeptablen Niveau zu halten. Der ECM 128 kann,
z.B., einen Turbolader (VGT) 138 mit einer variablen Düse oder
mit variabler Geometrie steuern und einen zugeordneten Turbodrehzahlsensor 140 und
einen Turboboostsensor, wie unter Bezug auf 1 beschrieben, überwachen. Ähnlich kann das Motorbremsungsniveau
gesteuert oder begrenzt werden, um exzessiven Abgasrückdruck
zu reduzieren oder zu verhindern, der hervorgerufen sein kann durch
irgendeines aus einer Vielzahl von Problemen.
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Der Motor 120 kann auch
einen EGR-Stromsensor 130 und einen Temperatursensor 132 stromab
eines EGR-Kühlers 142 aufweisen,
der an den Motorkühlmittelkreis 144 angeschlossen
ist, welcher eine Wasser- oder Kühlmittelpumpe 146 zum
Zirkulieren des Motorkühlmittels
enthält.
Ein EGR-Kühlerbypassventil
(BPV) 148 kann durch die ECM 128 wahlweise betätigt werden
zum Steuern der Temperatur des EGR-Stroms, indem von dem EGR-Strom von
dem EGR-Ventil 134 nicht etwas oder alles um den EGR-Kühler 142 umgeleitet
wird.
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Im Betrieb steuert die ECM 128 den
Motor 120 basierend auf vorliegenden Betriebskonditionen und
Kalibrationsinformationen zum Reduzieren oder Eliminieren exzessiven
Abgasrückdrucks
wie überwacht
durch den EBS 126. In einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Motor 120 ein 6-Zylinder-Verbrennungskraftmotor
mit Kompressionszündung.
Die ECM 128 besitzt eine Steuerlogik zum Überwachen gegenwärtiger Motorsteuerparameter
und Betriebskonditionen und kann die Ausgangsdrehzahl und das Drehmoment
begrenzen, basierend auf dem Abgasdruck, falls dieser eine kalibrierbare
Schwelle überschreitet. Ähnlich können unterschiedliche
Motorsysteme oder Untersysteme bei dem Versuch gesteuert werden,
einen exzessiven Rückdruck
zu verhindern.
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Während
des Betriebs des Motors 120 geht die Einlassluft durch
den Kompressorabschnitt 170 des VGT 138 hindurch,
der angetrieben wird durch den Turbinenabschnitt 172 über heiße Abgase.
Komprimierte Luft strömt
durch den Ladeluftkühler 174, der,
vorzugsweise, ein Luft-zu-Luft-Kühler
ist, und durch den Fahrtwind 176 gekühlt wird. Die Ladeluft geht
durch den Kühler 174 durch
zu einem Mischer 162, der, vorzugsweise, ein Rohrvereinigung
ist, in welcher die Ladeluft kombiniert wird mit rezirkuliertem
Abgas basierend auf gegenwärtigen
Motorbetriebskonditionen. Aus dem Motor 120 durch den Auslassverteiler 124 austretendes
Abgas geht durch das EGR-Ventil 134, in welchem Teil des
Abgases wahlweise umgeleitet werden kann durch den EGR-Kühler 142.
Das Ventil 148 wird wahlweise betätigt zum Umleiten eines Teils
(nichts, etwas, oder alles) des umgelenkten Abgases um den Kühler 142, um
die Temperatur des rezirkulierten Abgases einzustellen. Das EGR
strömt
an dem EGR-Stromsensor 130 und dem Temperatursensor 132 vorbei
zum Mischventil 162, in welchem es kombiniert wird mit komprimierter
Ladeluft. Die Majorität
der Abgase, die nicht vom EGR-Ventil 134 umgeleitet ist,
geht durch den Turbinenabschnitt 172 der VGT 138,
dann durch eine oder mehrere Emissionssteuervorrichtungen wie einen
Partikelsammler oder Filter 180 und durch einen Auspufftopf 182 durch,
ehe sie in die Atmosphäre
abgeleitet wird. Wenn dabei der Partikelsammler/Filter 180 Partikel
aus dem Abgasstrom aufnimmt, wird der Strom ge drosselt und nimmt
der Abgasrückdruck
zwischen dem Verteiler 124 und der Atmosphäre zu. Vorzugsweise
ist zumindestens ein Drucksensor wie der EBS 126 ist im
Abgasstrom positioniert oder fluidübertragend mit dem Abgasstrom
oder Komponenten gekoppelt, die dem Abgasdruck ausgesetzt sind,
um eine Anzeige zum Abgasdruck zu liefern. Es wird jedoch ein Durchschnittsfachmann auf
dem Gebiet unterschiedliche Strategien erkennen zum Abschätzen oder
Voraussagen des Abgasrückdrucks
aus momentanen Betriebskonditionen, ohne ihn direkt unter Verwendung
eines Sensors zu messen. Ähnlich
kann, abhängig
vom jeweiligen Einsatzfall, die Positionierung eines oder mehrerer Drucksensoren
variieren. Zum Beispiel könnte
zum Überwachen
der VGT oder des Motorbremsverhaltens ein Drucksensor stromauf der
VGT platziert sein, d.h. zwischen dem Auslassverteiler und der VGT,
und zwar eher als zwischen der VGT und der stromab liegenden Emissionssteuervorrichtung.
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3 illustriert
die Platzierung und Montageweise eines entfernt positionierten Rückdrucksensors,
der in einem System oder bei einem Verfahren zum Steuern eines Motors
entsprechend einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet ist. Der Rückdrucksensor 200 kann
an einem Montierbügel 202 und
Verwendung passender Befestigungselemente 204 angebracht
sein. Ähnlich
kann der Montierbügel
an irgendeiner zweckmäßigen Struktur
an dem Fahrzeug oder einem Ausstattungsteil unter Verwendung konventioneller
Befestigungselemente angebracht sein. In einer Ausführungsform ist
der Montierbügel 202 an
einem Partikelfilter (nicht spezifisch illustriert) angebracht.
Der Sensor 200 steht in elektrischer Verbindung mit einem
Controller oder Monitor über
einen elektrischen Konnektor 206. In einer bevorzugten
Ausführungsform
ist der Sensor 200 in elektrischer Verbindung mit dem Motor/Fahrzeug-Steuermodul
(nicht spezifisch illustriert). Zusätzlich ist der Sensor 200 fluidübertragend
gekoppelt mit einer Komponente in dem Abgasstrom, wie mit dem Abgasrohr 208,
und zwar über
einen Konnektor oder eine Kupplung 210 und ein Kompressionsfitting 212,
das an das Abgasrohr 208 beispielsweise angeschweißt sein
können.
Der Konnektor 210 kann ein flexibles oder starres Rohr
oder ein Schlauch sein, beispielsweise, der in der Lage ist, typische
Abgastemperaturen und Inhaltsstoffe zu tolerieren. In dieser Ausführungsform
ist der Sensor 200 entfernt positioniert und fluidübertragend
mit dem Abgasstrang stromab eines Turboladers 214 gekoppelt. Die
entfernte Positionierung des Abgas-Rückdrucksensors kann vorteilhaft
sein im Hinblick auf niedrigere Betriebstemperaturen, weniger Vibrationen und/oder
Fahrzeug-Beladungs-Überlegungen.
Abhängig
von dem jeweiligen Einsatzfall und den zugeordneten Emissionssteuervorrichtungen
können
ein oder mehrere Rückdrucksensoren
verwendet werden zum Messen und Überwachen
des Drucks an verschiedenen Stellen entlang des Abgangstranges, wie
oben beschrieben.
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In 4 wird
ein Flussdiagramm gezeigt, das den Betrieb einer Ausführungsform
eines Systems oder den Ablauf eines Verfahrens zum Bestimmen von
Phasenfehlern gemäß der vorliegenden
Erfindung illustriert. Wie sich für den Durchschnittsfachmann
auf diesem Gebiet ohne Weiteres erschließt, kann das in 4 illustrierte Flussdiagramm
irgendeine aus einer Vielzahl bekannter Verarbeitungsstrategien
repräsentieren,
welche umfassen können:
Vorfallbezogen, Unterbrechungsgetrieben, Multi-Tasking, Multi-Abfragen, Parallelverarbeitung und
dergleichen. Als solche können
die verschiedenen illustrierten Schritte oder Funktionen in der
gezeigten Sequenz ausgeführt
werden, oder parallel oder in einigen Fällen sogar unterdrückt werden. Ähnlich ist
die Reihenfolge der Verarbeitungsschritte nicht zwingend erforderlich,
um die gewünschten
Gegenstände,
Merkmale und Vorteile der Erfindung zu erzielen, sondern ist diese
Reihenfolge nur zur leichteren Illustration und Beschreibung gedacht.
Vorzugsweise ist die in 4 repräsentierte
Steuerlogik primär
in Software implementiert, die durch einen auf einem Mikroprozessor
basierenden Computer ausgeführt
wird. Natürlich
kann die Steuerlogik in Software, Hardware oder einer Kombination
aus Software und Hardware implementiert sein. Obwohl dies nicht
explizit illustriert wird, erkennt ein Durchschnittsfachmann auf
diesem Gebiet, dass verschiedene Schritte auch iterativ ausgeführt werden
können.
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Die vorliegende Erfindung schafft
einen Motor/Komponenten-Schutz durch die Überwachung des Abgas- oder
Motorrückdrucks,
vorzugsweise unter Verwendung eines Rückdrucksensors. Falls der Rückdruck über einen
ersten kalibrierbaren Schwellwert ansteigt, der, vorzugsweise, eine
Funktion der Motordrehzahl und des Drehmoments ist, wird der Bediener
alarmiert und wird ein Fehler eingelogged, der später durch
Wartungspersonal wieder abgerufen werden kann, z.B. Falls der Rückdruck über einen zweiten
spezifizierten Schwellwert zunimmt, wird ein Fehler eingelogged
und wird eine korrigierende Aktion eingeleitet, die das Reduzieren
des verfügbaren Motordrehmoments
umfassen kann. Eine Fehlerdetektionslogik detektiert einen ausgefallenen
Sensor, während
eine Anti-Verfälschungslogik
Vorfälle
zum Außerkraftsetzen
des Motorschutzmerkmals detektiert, wobei die Betriebsmodii es umfassen
können, den
Sensor von dem Abgasstrom abzukoppeln oder den Sensor durch ein
Schaltkreiselement zu ersetzen, das ein künstliches Sensorsignal an den
Motor/Fahrzeug-Steuermodul liefert.
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Wie in 4 illustriert,
bestimmt der Block 230 den Abgasrückdruck (EBP) durch Messen
des Rückdrucks
mittels eines zugeordneten Sensors wie repräsentiert durch den Block 232 oder
durch Schätzen
des Rückdrucks
basierend auf momentanen Motorbetriebskonditionen und/oder Steuerparametern wie
durch den Block 234 repräsentiert. Wird ein Sensor verwendet,
dann überwacht
der Block 236 das Sensorsignal, um einen Sensorausfallfehler
zu detektieren wie einen Kurzschluss oder eine Leitungsunterbrechung,
oder ein Abdriften der Sensorspannung aus einem bestimmten Bereich
(zu hoch oder zu niedrig). Sensorausfallfehler können detektiert werden, sobald
die Zündung
in die "Ein"-Stellung gedreht
wird, und zwar in einigen Anwendungsfällen unabhängig davon, ob der Motor läuft oder
nicht. Als solche können
diese Sensorüberprüfungen unabhängig von
momentanen Betriebskonditionen sein. Alternativ können Betriebszustände für einen
abgestellten Motor, wie die Systemspannung, in einigen Anwendungsfällen verwendet
werden zum Feststellen eines Sensorausfallfehlers. Eine unterbrochene Stromverbindung
oder ein Niederspannungsfehler könnten
einen ausgefallenen Sensor anzeigen, oder anzeigen, dass die elektrische
Verbindung zum Sensor unterbrochen ist, in welchem Fall eine Verfälschung
angezeigt werden kann. Falls der Block 236 einen Sensorausfallsfehler über eine
vorbestimmte oder programmierbare Zeit feststellt, wird ein korrespondierender
Code gespeichert wie repräsentiert durch
den Block 238, und wird der Fahrzeugführer über ein Display, ein Alarm
oder eine Motorkontrolllampe zur Überprüfung, beispielsweise informiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform
wird unter Ansprechen auf einen Sensorausfallfehler keine zusätzliche
abhelfende oder korrigierende Aktion ausgeführt. Dieser Fehler wird, vorzugsweise,
inaktiv, falls die Spannung zum normalen Betriebsbereich zurückkehrt
und das Bedienersignal oder der Alarm abgeschaltet oder gelöscht ist.
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Der Block 240 überwacht
das Rückdruck-Sensorsignal
(falls ein Sensor verwendet wird) zum Detektieren einer Verfälschung.
Da die Emissionssteuervorrichtungen die Leistungsabgabe des Motors
reduzieren können,
können
Fahrzeugführer den
Versuch unternehmen, die Vorrichtungen zu überwinden, um mehr Motorleistung
und/oder zusätzliche
Fahrzeuggeschwindigkeit zu gewinnen. Die vorliegende Erfindung detektiert
einige allgemeine Verfälschungsmodii,
wie das Unterbrechen der elektrischen Verbindung zum Sensor, das
Abtrennen des Sensors oder seiner Fluidverbindung zur Emissionssteuervorrichtung
oder zum Abgassystem, so dass das Sensorsignal den Umgebungsdruck
wiedergibt, oder indem dann ein Widerstand oder ein anderer Schaltkreis
an den Sensorstecker angeschlossen wird, zum Bereitstellen eines
künstlichen
Sensorsignals, z.B. Allgemein überwacht
die vorliegende Erfindung das Sensorsignal zur Feststellung, ob
das Signal konsistent ist mit gegenwärtigen Motorbetriebskonditionen
und Steuerparametern. In einer Ausführungsform wird das Sensorsignal
verglichen mit einem Verfälschungsschwellwert,
der abgerufen wird aus einer Nachfragetabelle, wie indexiert durch
die Motordrehzahl und das angeforderte Drehmoment, d.h., die Leistung.
Da der Abgasrückdruck
direkt bezogen auf die Motordrehzahl und das Drehmoment (d.h. die
Leistung), sollte das Sensorsignal dementsprechend variieren. Falls
der Sensor von dem Abgasstrang abgekoppelt oder ein künstliches
Signal zugeführt
wird, dann ändert
sich das Signal nicht wie erwartet und wird eine Verfälschung
angezeigt. In einer Ausführungsform
der Erfindung detektiert die Verfälschungslogik eine Verfälschung,
sobald der Rückdruck
unterhalb eines kalibrierbaren Verfälschungs-Schwellwerts ist,
während
zur selben Zeit das Motordrehmoment oberhalb eines anderen kalibrierbaren
Schwellwerts liegt. Falls eine Verfälschung detektiert ist, wird
ein korrespondierender Fehler eingelogged, wie durch den Block 238 repräsentiert,
und wird die Kontrolllampe für
eine Motorüberprüfung eingeschaltet
für die
verbleibende Zeit des gegenwärtigen
Zündzyklus
(d.h., der Fehler wird nicht verschwinden, bis die Zündung gezykelt
ist). In dieser Ausführungsform
bewirkt eine Verfälschung
keine zusätzliche
Abhilfeaktion oder Steuerung, wie eine Verminderung des verfügbaren Motordrehmoments, wie
nachstehend beschrieben.
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Der Motorrückdruck, (abgetastet oder gesetzt)
wird mit einem korrespondierenden ersten Schwellwert verglichen,
wie durch den Block 244 angezeigt (erster Schwellwert wird,
vorzugsweise, aufgesucht in einer Nachschlagtabelle indexiert durch das
Motordrehmoment und die Motordrehzahl, wie durch den Block 242 repräsentiert).
In einer bevorzugten Ausführungsform
wird der erste (Wam-) Schwellwert indexiert mit Hilfe einer Prozentage
des angeforderten Drehmoments multipliziert mit der Motordrehzahl,
d.h., einer Prozentage der gegenwärtigen Motorausgangsleistung.
Der Indexwert wird, vorzugsweise, gefiltert, um jegliche Verzögerung beim Sensorablesen
zu vermeiden. Falls der Motorrückdruck
den ersten Schwellwert über
eine vorbestimmte oder programmierbare Zeitdauer überschreitet, wird
der Fahrzeugführer
durch einen Alarm oder durch eine Kontrollleuchte zur Motorüberprüfung aufgefordert,
etc., bzw. gewarnt, wie durch den Block 246 repräsentiert,
und wird ein korrespondierender Fehler eingelogged. Vorzugsweise
wird der Fehler gehalten für
die Zeitdauer des gegenwärtigen
Zündzyklus
oder bis er klargestellt ist durch eine Kommunikationsnachricht
von einem diagnostischen oder Kalibrierungs-Werkzeug und wird dann
der Fehler in einem permanenten Fehlerspeicher gespeichert, zu dem
Firmen- oder Wartungspersonal Zugriff hat.
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Ein zweiter (Abhilfeaktion) Schwellwert
für den
Motorrückdruck
wird aus einer korrespondierenden Nachschlagetabelle herausgelesen,
wie durch den Block 248 repräsentiert. Auch der zweite Schwellwert
kann eine Funktion gegenwärtiger
Motorbetriebsparameter, wie der Motordrehzahl, des Drehmoments,
der Leistung, etc., sein, ist jedoch, vorzugsweise, ein Additiv,
das relativ zu dem ersten Schwellwert versetzt ist. Diese Strategie
reduziert den Kalibrierungsaufwand und erfordert weniger Speicherkapazität. Falls
der Rückdruck
den zweiten Schwellwert überschreitet,
wie durch den Block 250 repräsentiert, und zwar über eine
vorbestimmte oder programmierbare Zeitdauer, wird ein korrespondierender
Fehler eingelogged, wie dies durch den Block 250 repräsentiert
ist, und wird ein Fehlertimer in Gang gesetzt oder inkrementiert.
Ein oder mehrere Fehlertimer oder Akkumulatoren können vorgesehen sein
für jeden
Fehler zum Verfolgen der Zeitdauer der tatsächlichen Existenz der Fehlerkondition
zusätzlich zu
der gesamten Zeitdauer, während
welcher der Fehler aktiv bleibt, d.h., die Dauer des gegenwärtigen Zündzyklus,
sogar dann, falls die Fehlerkondition aufhören sollte. Zusätzlich wird,
vorzugsweise, eine korrigierende oder abhelfende Aktion unternommen durch
Steuern des Motors und von Motorkomponenten im Hinblick auf eine
Zurücknahme
des Rückdrucks,
wie durch den Block 254 repräsentiert. Diese Aktion kann
z.B. das Verringern des verfügbaren
Motordrehmoments 256, das Modifizieren der Motorbremsung 258,
oder das Modifizieren eines Turboladers (VGT) 260 mit variabler
Geometrie umfassen. Ein Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet
erkennt hier ohne weiteres verschiedene zusätzliche Abhilfeaktionen, welche
veranlasst werden könnten, um
den Motorrückdruck
auf ein akzeptables Niveau zu reduzieren.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
wird eine Motorleistung-Absenkrampe zum Eingriff gebracht, sobald
der zweite Schwellwert überschritten ist,
die für
die Dauer des gegenwärtigen
Zündzyklus aktiv
bleibt, und wird ein zugeordneter Rampdownfehler eingelogged, der
in dem permanenten Fehlerspeicher gespeichert bleibt. Das Absenken
der Motorleistung begrenzt die Motorleistung in einer stufenweisen
Art. Auf diese Weise ist es dem Motor möglich, normal so lange zu laufen,
wie der Schwellwert nicht überschritten
wird. Wenn die Zeit verstreicht und die Kondition des exzessiven
Drucks nicht beseitigt wird, beispielsweise durch Regenerieren oder
Ersetzen eines Partikelfilters, beispielsweise, wird die Motorleistungsschwelle
kontinuierlich abnehmen zu einem kalibrierbaren Minimumwert durch
dynamisches Einstellen des Drehmomentlimits. Dieses Merkmal wird
das Drehmomentlimit mehr und mehr absenken und es nicht gestatten,
das Drehmoment während
des gegenwärtigen
Zündzyklus
zu erhöhen. Falls
ein anderes Motormerkmal eingreifen sollte, um das Drehmomentlimit
zu senken (Traktionskontrolle, ABS, etc.), wird dies zugelassen,
jedoch wird das Rückdrucklimit
neu eingestellt, sobald diese Kondition aufgehört hat.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
kann ein Motorbediener das Absenken der Motorleistung mittels eines
zweckmäßigen Schalters
oder einer anderen Eingabe übersteuern.
Jedoch wird die Anzahl von Übersteuerungen
durch den Bediener und/oder die Dauer jeder Übersteuerung begrenzt abhängig von
dem jeweiligen Einsatzfall. Zum Beispiel kann dann ein Fahrzeugflottenbetreiber
unterschiedliche Merkmale kontrollieren, die sich auf durch Bediener vorgenommene Übersteuerungen
unterschiedlicher Motorschutzmerkmale beziehen. Verschiedene alternative
Kontrollstrategien sind möglich,
die es umfassen können,
ob der Bediener undefiniert volle Leistung zurückerhält, ob die Anzahl der Übersteuerungen
begrenzt ist, oder ob eine Übersteuerung
die momentane Leistung hält,
jedoch nicht zu voller Leistung führt.
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Als solches schafft die vorliegende
Erfindung ein System und ein Verfahren zum Vermindern oder Verhindern
von Motorschäden
als Folge exzessiven Rückdrucks.
Korrigierende oder abhelfende Aktionen werden eher implementiert
als nur anzuzeigen, dass eine spezielle Komponente, wie ein Partikelfilter
oder ein Sammler seine Leistungsfähigkeit abgebaut hat.
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Obwohl Ausführungsformen der Erfindung
illustriert und beschrieben worden sind, ist nicht beabsichtigt,
dass diese Ausführungsformen
alle möglichen
Formen der Erfindung illustrieren und beschreiben. Viel mehr sind
die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke Worte beschreibender Natur
und nicht beschränkender
Natur, und ist anzumer ken, dass unterschiedliche Abänderungen
ausgeführt werden
können,
ohne von dem Sinngehalt und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
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Zusammenfassung
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Die Erfindung befasst sich mit einem
System und einem Verfahren zum Steuern eines Verbrennungskraftmotors
durch Überwachen
des Abgasrückdrucks
und Einleiten einer abhelfenden Aktion, sobald der Abgasrückdruck
eine korrespondierende Schwelle überschreitet.
Das System und das Verfahren sprechen an auf überhöhte Abgasrückdrücke, die auf unterschiedlichen
Gründen
beruhen, um den Fahrzeugführer
zu alarmieren und/oder Motorschutzmechanismen in Eingriff zu bringen,
abhängig
von dem Ernsthaftigkeitsniveau des Rückdrucks und zum Zwecke, einen
Schaden des Motors oder von Komponenten zu vermeiden. Fehlertimer
sind vorgesehen zum Festhalten von Zeitfehlerkonditionen und der
Zeit, während
welcher Fehler aktiv sind, wobei aktive Fehler dem gegenwärtigen Zündzyklus
zugeordnet werden. Das verfügbare
Motordrehmoment kann unter Ansprechen auf exzessiven Abgasrückdruck
reduziert werden. Eine Anti-Verfälschungslogik ist
vorgesehen, um Versuche zum Überwinden
eines Schutzmerkmals festzustellen.