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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Steuerung von Verbrennungsmotoren
mit Turboladern und Abgasrückführung.
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Um
die Arbeitsleistung zu verbessern, umfassen viele Verbrennungsmotoren,
insbesondere Dieselmotoren, einen Turbolader, um die Sauerstoffdichte
der Zylinderfüllung
zu steigern. Turbolader verwenden die Motorabgase, um eine Turbine
zu betreiben, welche wiederum einen Kompressor zum Verdichten von
Ansaugluft antreibt. Turbolader mit veränderlicher geometrischer Gestaltung
(VGT's; für engl.:
variable geometry turbochargers), welche Turbolader mit veränderlicher
Düse (VNT's; für engl.:
variable nozzle turbochargers) umfassen, werden verwendet, um die
Turbolader-Kenndaten in einem breiteren Arbeitsbereich als dem,
welcher bei herkömmlichen
Turboladern möglich
ist, abzuwandeln. Es können
bewegliche Ansaug- bzw. Ausstoßschaufeln (VNT)
oder eine bewegliche Turbinenseitenwand verwendet werden, um eine
geeignete Turboladedruckhöhe
für die
vorliegenden Betriebsbedingungen und ein Motordrehmoment gemäß Fahreranforderung
zu erzeugen.
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Eine
Abgasrückführung (EGR;
für engl.:
exhaust gas recirculation) weist bekannte Vorteile im Hinblick auf
das Vermindern der Emissionen von Stickoxiden (NOx) durch Vermindern
der Verbrennungshöchsttemperaturen
in den Motorzylindern auf. EGR-Systeme
umfassen typischerweise ein EGR-Ventil, welches Motorabgase von
dem Motorauspuffkrümmer
zu dem Motoransaugkrümmer umleitet.
Dies erfordert eine Druckdifferenz zwischen dem Aus puff- und dem
Ansaugkrümmer,
damit das Gas von dem Auspuff zu dem Lufteinlaß strömt. Motoren ohne Aufladung
erzeugen typischerweise einen Unterdruck bei dem Eingang und weisen
einen erheblich höheren
Abgasdruck auf, welcher jede erwünschte
EGR-Menge mühelos strömen läßt. Für Motoren
mit Turbolader kann ein zusätzlicher
Staudruck erforderlich sein, um eine ausreichende Druckdifferenz
zu erzeugen, um das Abgas in die verdichtete Ansaugluft einzuleiten.
Ein Verfahren zum Steuern des Staudrucks ist, die geometrische Gestaltung eines
VNT's bzw. VGT's abzuwandeln.
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Um
die Vorteile zu erreichen, welche mit einer EGR verbunden sind,
sollten sich sowohl die Bauelemente des EGR-Systems als auch des VGT-Systems
in störungsfreiem
Funktionszustand befinden. Es wurden verschiedene Diagnoseverfahren
entwickelt, um das EGR-System und das VGT-System zu überwachen.
Ein derartiges System ist in dem U.S.-Patent Nr. 6,457,461 für Romzek
beschrieben. Diagnostizierbare Funktionsstörungen umfassen sowohl Sensorversagen
als auch mechanische Störungen.
Typischerweise reagieren EGR- und VGT-Steuerungssysteme auf Sensorversagen durch
Einsetzen gespeicherter Vorgabewerte für einen fortgesetzten Betrieb.
Aufgrund der Tatsache, daß diese
gespeicherten Vorgabewerte unflexible, unvollkommene Näherungen
sind, können
die Emissionsverminderung und die Motorleistungsfähigkeit jedoch
stark beeinträchtigt
werden. Wenn mechanische Störungen
erfolgen, drängen
fortgesetzte Fehlerausgleichsversuche durch die Motorsteuerlogik die
Vorrichtung mit veränderlicher
geometrischer Gestaltung typischerweise entweder in eine vollständig offene
oder in eine vollständig
geschlossene Position, wobei dies ferner bewirkt, daß die Emissionsverminderung
und die Motorleistungsfähigkeit
beeinträchtigt
werden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Erzeugen
genauer Ersatzwerte zur Verwendung durch die Motorsteuerlogik, wenn
diagnostiziert wird, daß Sensoren
in Verbindung mit einem EGR- und einem VGT-System während des
Betriebs versagten, zu schaffen.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zum Aufrechterhalten einer gesteuerten Arbeitsweise des VGT-Systems
bei Sensorversagen oder mechanischen Störungen, welche mit dem EGR-
bzw. dem VGT-System verbunden sind, zu schaffen.
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Beim
Ausführen
der oben erwähnten
Aufgaben und weiterer Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung umfaßt
ein Verfahren zum Messen eines ungefähren barometrischen Drucks
zur Verwendung in der Steuerlogik für einen EGR-VGT-Verbrennungsmotor
das Befehlen einer geometrischen Gestaltung für eine Druckerhöhung des
Werts null für
den VGT, während
sich der Motor im Leerlauf befindet, wobei die geometrische Gestaltung
für eine
Druckerhöhung
des Werts null lange genug aufrechterhalten wird, daß jede bedeutende
Turbinendrehzahl, welche vorhanden ist, verbraucht wird, und sodann
das Verwenden des Ladedrucksensormeßwerts als Wert des barometrischen
Drucks in der Steuerlogik. Ein Verfahren zum Aufrechterhalten der
Steuerung des VGT's
bei einem Ladedrucksensorversagen umfaßt das Steuern des VGT's lediglich mit einem
Steuerbefehl für
die geometrische Gestaltung des VGT's auf der Basis von Faktoren, wie etwa der
Motordrehzahl und des angeforderten Motordrehmoments, wenn keine
Rückmeldungen
eines Ladedrucksensors zur Verfügung
stehen. Ein Verfahren zum Steuern eines EGR-VGT-Verbrennungsmotors
bei einem Versagen eines Turbinendrehzahlsensors des VGT's umfaßt das Einschränken des
Befehls für
die geometrische Gestaltung des VGT's in der Weise, daß es nicht erlaubt ist, eine
Einstellung eines Steuerbefehls für die geometrische Gestaltung des
VGT's in einer Richtung
vorzu nehmen, welche die Turbinendrehzahl erhöhen würde. Ein Verfahren zum Steuern
eines EGR-VGT-Verbrennungsmotors bei einem Versagen eines Kompressorausgangstemperatursensors
des VGT's umfaßt das Begrenzen des
Motordrehmoments durch einen Wert, welcher unter Berücksichtigung
der Eingangstemperatur des Kompressors des VGT's erhalten wird. Ein Verfahren zum Steuern
eines EGR-VGT-Verbrennungsmotors bei einem Versagen eines Kompressereingangstemperatursensors
des VGT's umfaßt das Verwenden des
minimalen Werts aus der Gruppe des Meßwerts des Ansaugkrümmertemperatursensors,
des Meßwerts
des Kompressorausgangstemperatursensors und eines Vorgabewerts der
Kompressoreingangstemperatur als Wert der Kompressoreingangstemperatur
in der Steuerlogik. Ein Verfahren zum Steuern eines EGR-VGT-Verbrennungsmotors
bei einer mechanischen EGR-Störung
umfaßt
das Umschalten von einem Stellschritt der geometrischen Gestaltung des
VGT's zum Steuern
der EGR-Durchflußgeschwindigkeit
zu einem Stellschritt der geometrischen Gestaltung des VGT's zum Steuern des
Ladedrucks, wenn die EGR-Durchflußgeschwindigkeit während eines
gesamten vorbestimmten Zeitintervalls kleiner als eine minimale
annehmbare EGR-Durchflußgeschwindigkeit
oder größer als
eine erwünschte
EGR-Durchflußgeschwindigkeit
ist.
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Mit
der vorliegenden Erfindung ist eine Anzahl von Vorteilen verbunden.
Beispielsweise schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur
Steuerung von Motorbauelementen, welche in Wechselbeziehung stehen,
welches eine leistungsfähige
Arbeitsweise des Motors und eine wirksame Emissionsverminderung
bei Sensorversagen und mechanischen Störungen ermöglicht. Insbesondere schafft die
vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen von Näherungswerten
für ausgefallene
Sensoren zur Verwendung in der Steuerlogik sowie zum Aufrechterhalten
eines gewissen Steuerungsgrads bei ausgefallenen Sensoren und mechanischen
Störungen.
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Die
oben erwähnten
Merkmale, Vorzüge
und Vorteile sowie weitere Merkmale, Vorzüge und Vorteile der vorliegenden
Erfindung sind einfach aus der folgenden genauen Beschreibung der
besten Ausführungsweise
zum Verwirklichen der Erfindung bei Betrachtung in Verbindung mit
der beigefügten Zeichnung
ersichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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1 ist
ein schematisches Diagramm, welches die Arbeitsweise eines Verfahrens
zur EGR-VGT-Diagnose und – Steuerung
gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 ist
ein Flußdiagramm,
welches die Arbeitsweise eines Verfahrens zum Messen eines Näherungswerts
des barometrischen Drucks zur Verwendung in einer EGR-VGT-Steuerlogik
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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3 ist
ein Flußdiagramm,
welches die Arbeitsweise eines Verfahrens zum Abwandeln der Steuerung
der geometrischen Gestaltung eines VGT's nach einem Versagen des Ladedrucksensors gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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4 ist
ein Flußdiagramm,
welches die Arbeitsweise eines Verfahrens zum Abwandeln der Steuerung
der geometrischen Gestaltung eines VGT's nach einem Versagen des Turbinendrehzahlsensors
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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5 ist
ein Flußdiagramm,
welches die Arbeitsweise eines Verfahrens zum Abwandeln der Steuerung
der geometrischen Gestaltung eines VGT's nach einem Versagen des Kompressoraus gangstemperatursensors
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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6 ist
ein Flußdiagramm,
welches die Arbeitsweise eines Verfahrens zur näherungsweisen Bestimmung der
Kompressoreingangstemperatur zur Verwendung in einer EGR-VGT-Steuerlogik
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung darstellt; und
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7 ist
ein Flußdiagramm,
welches die Arbeitsweise eines Verfahrens zum Abwandeln der geometrischen
Gestaltung eines VGT's,
wenn die EGR-Durchflußgeschwindigkeit
in einem vorbestimmten Zeitintervall größer als ein vorbestimmter Wert
oder kleiner als ein minimaler annehmbarer Wert ist, gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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GENAUE BESCHREIBUNG DES
BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
(DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE)
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In 1 sind
ein Verbrennungsmotor sowie damit verbundene Steuerungssysteme und
Teilsysteme generell durch 10 gekennzeichnet. Das System 10 umfaßt einen
Motor 12, welcher eine Vielzahl von Zylindern aufweist,
welche jeweils durch eine Kraftstoffeinspritzdüse gespeist werden. Bei einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist der Motor 12 ein Verbrennungsmotor mit Verdichtung
und Zündung,
wie etwa ein Hochleistungs-Dieselmotor.
Die Kraftstoffeinspritzungen empfangen in einer bekannten Weise Kraftstoff
unter Druck von einer Kraftstoffversorgung. Verschiedene Sensoren
befinden sich über
Eingabeanschlüsse 38 in
elektrischer Verbindung mit einer Steuereinheit 22. Die
Steuereinheit 22 umfaßt
vorzugsweise einen Mikroprozessor 26, welcher sich über einen
Daten- und Steuerungsbus 30 in Verbindung mit verschiedenen
computerlesbaren Speichermedien 28 befindet. Die computerlesbaren
Speichermedien 28 können
beliebige Vorrichtungen aus einer Anzahl davon umfas sen, welche
als Festspeicher 32, als Direktzugriffsspeicher 34 und
als Direktzugriffs-Festspeicher 36 dienen.
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Computerlesbare
Speichermedien 28 weisen Anweisungen auf, welche darauf
gespeichert sind, welche durch die Steuereinheit 22 ausführbar sind,
um Verfahren zum Steuern des Verbrennungsmotors durchzuführen, wobei
dies ein Abgasrückführventil
(EGR-Ventil) 66 mit
veränderlichem
Durchfluß und
einen Turbolader 52 mit veränderlicher geometrischer Gestaltung
(VGT) umfaßt.
Die Programmanweisungen werden durch die Steuereinheit 22 in dem
Mikroprozessor 26 ausgeführt, um die verschiedenen Systeme
und Teilsysteme des Motors und/oder des Fahrzeugs zu steuern. Ferner
können verschiedene
Anweisungen auch durch eine beliebige Anzahl von Logikeinheiten 50 ausgeführt werden. Die
Eingabeanschlüsse 38 empfangen
Signale von verschiedenen Sensoren, und die Steuereinheit 22 erzeugt
Signale bei Ausgabeanschlüssen 24,
welche zu den verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugbauelementen
geleitet werden.
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Eine
Daten-, Diagnose- und Programmierungsschnittstelle 44 kann
ferner über
einen Stecker selektiv mit einer Steuereinheit 22 verbunden
werden, um verschiedene Informationen dazwischen auszutauschen.
Die Schnittstelle 44 kann verwendet werden, um Werte auf
den computerlesbaren Speichermedien 28 zu speichern, wie
etwa Konfigurationseinstellungen, Einmessungsvariablen, Anweisungen
für die
EGR- und die VGT-Steuerung und anderes.
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In
Betrieb empfängt
die Steuereinheit 22 Signale von den verschiedenen Motor-
bzw. Fahrzeugsensoren und führt
die Steuerlogik, welche in der Hardware und/oder der Software enthalten
ist, zum Steuern des Motors aus. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist die Steuereinheit 22 die DDEC-Steuereinheit, welche von der Detroit
Diesel Corporation in Detroit, Michigan, erhältlich ist. Verschiedene weitere
Merk male dieser Steuereinheit sind in einer Anzahl von U.S.-Patenten beschrieben, welche
der Detroit Diesel Corporation übertragen sind.
Die Steuerlogik kann in der Hardware, der Firmware oder der Software
oder in Kombinationen davon verwirklicht sein. Ferner kann die Steuerlogik
zusätzlich
dazu, daß dies
durch ein Zusammenwirken von beliebigen Systemen der verschiedenen
Systeme und Teilsysteme des Fahrzeugs mit der Steuereinheit 22 erfolgt,
durch die Steuereinheit 22 ausgeführt werden. Ferner können, obgleich
die Steuereinheit 22 bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
einen Mikroprozessor 26 umfaßt, beliebige bekannte Programmierungs-
und Verarbeitungstechniken aus einer Anzahl davon verwendet werden,
um einen Motor erfindungsgemäß zu steuern.
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Weiterhin
gemäß 1 ermöglicht die
Steuereinheit 22 eine verbesserte Motorleistungsfähigkeit durch
Steuern eines Abgasrückführventils 66 mit
veränderlichem
Durchfluß und
eines Turboladers 52 mit veränderlicher Geometrie (VGT).
Der VGT 52 umfaßt eine
Turbine 54 und einen Kompressor 56, welche auf
einer gemeinsamen Welle 57 montiert sind. Der Druck der
Motorabgase bewirkt, daß sich
die Turbine dreht, wobei dies wiederum den Kompressor antreibt.
Der sich drehende Kompressor erzeugt einen Turboladedruck, welcher
bei der Verbrennung mehr Energie entwickelt.
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Ein
Turbolader mit veränderlicher
geometrischer Gestaltung oder veränderlicher Düse weist
zusätzlich
zu der Rotorgruppe bewegliche Bauelemente auf. Diese beweglichen
Bauelemente können
die geometrische Gestaltung des VGT's durch Ändern des Bereichs bzw. der
Bereiche in der Turbinenstufe, durch welche die Abgase von dem Motor
strömen, und/oder
durch Ändern
des Winkels, in welchem die Abgase in die Turbine eintreten bzw.
diese verlassen, ändern.
Abhängig
von der geometrischen Gestaltung des VGT's versorgt der VGT den Motor mit veränderlichen
Turboladedruckhöhen.
Die geometrische Gestaltung des VGT's kann elektronisch gesteuert werden,
um die Höhe
des Turboladedrucks auf Basis verschiedener Betriebsbedingungen
zu ändern.
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Bei
einem typischen VGT ist das Turbinengehäuse für einen Motor übermäßig groß, und die Luftströmung wird
auf das erwünschte
Niveau gedrosselt. Es gibt verschiedene Gestaltungen für den VGT.
Bei einer Gestaltung weist eine veränderliche Einlaßdüse eine
Serie beweglicher Schaufeln auf, welche schwenkbar sind, um den
Bereich und den Winkel zu ändern,
in welchen die Luftströmung
in den Turbinenrotor eintritt. Bei einer anderen Gestaltung weist
der VGT eine bewegliche Seitenwand auf, welche die wirksame Querschnittsfläche ändert. Im
allgemeinen werden die Luftströmung
durch die Turbine und somit die Turbinendrehzahl und der resultierende
Ladedruck bei dem Kompressorausgang durch Ändern der geometrischen Gestaltung
des VGT's gesteuert.
Es sei bemerkt, daß die
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung nicht auf eine bestimmte Struktur des
VGT's beschränkt sind. Das
bedeutet, daß der
Ausdruck VGT bzw. VNT gemäß Verwendung
in der vorliegenden Schrift jede steuerbare Luftverdichtungsvorrichtung
bedeutet, welche die oben erwähnten
Beispiele umfaßt
und welche ferner ein abgestimmtes Abgas-Schieberventil umfaßt.
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Ein
Abgasrückführungssystem
(EGR-System) leitet einen gemessenen Anteil des Abgases in den Ansaugkrümmer 69 ein.
Das EGR-System verdünnt
die eingehende Kraftstoff-Füllung
und senkt die Verbrennungshöchsttemperaturen,
um die Menge der Oxide von Stickstoff, welche bei der Verbrennung
erzeugt werden, zu vermindern. Die Menge des rückzuführenden Abgases wird durch
das EGR-Ventil 66 und den VGT 52 gesteuert. Erfindungsgemäß ist das
EGR-Ventil ein Ventil mit veränderlichem Durchfluß, welches
durch die Steuereinheit 22 elektronisch gesteuert wird.
Es gibt viele mögliche
Gestaltungen für
ein steuerbares EGR-Ventil, und die Ausführungsbeispiele der vorliegen den
Erfindung sind nicht auf eine bestimmte Struktur des EGR-Ventils beschränkt.
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Wie
zuvor erwähnt,
sind verschiedene Sensoren in dem gesamten Motor angeordnet, um
Rückmeldungen
zu der Steuereinheit 22 zu liefern. Ein Sensor 70 für die Temperatur
des Ansaugkrümmers des
Motors überwacht
die Temperatur der Gasmischung, welche in den Motor eintritt. Ein
EGR-Druckdifferenzsensor 72 und
ein EGR-Temperatursensor 74 ermöglichen, daß die Steuereinheit die Massendurchflußgeschwindigkeit
durch das EGR-Ventil bestimmt. Ein Ladedrucksensor 76 versorgt
die Steuereinheit mit einer Messung des Ladedrucks, welcher durch
den VGT-Kompressor erzeugt wird, während ein Kompressorausgangstemperatursensor 78 Rückmeldungen über die
Temperatur der Luftströmung, welche
den VGT-Kompressor verläßt, liefert.
Ein Kompressoreingangstemperatursensor 80 mißt die Temperatur
der Luftströmung,
welche in den VGT-Kompressor eintritt. Ein Turbinendrehzahlsensor 82 mißt die Drehzahl
der Turbinenwelle. Ein Sensor 84 für den barometrischen Druck
mißt den
Umgebungsdruck. Ferner sei bemerkt, daß in verschiedenen Abschnitten
der Abgasströmungswege
verschiedene Sensorgestaltungen verwendet werden können, um
zu ermöglichen,
daß die
Steuereinheit 22 die verschiedenen Massendurchflußgeschwindigkeiten in
dem gesamten Abgassystem bestimmt, wobei dies den Durchfluß durch
das EGR-System und den Durchfluß durch
den Kompressor etc. umfaßt,
wobei dies von der speziellen Anwendung abhängig ist.
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Bei
einigen Ausführungsbeispielen
kann es wünschenswert
sein, einen Kühler 62 vorzusehen, um
die Ladeluft, welche von dem Kompressor 56 kommt, zu kühlen. Ähnlich kann
es bei einigen Ausführungsbeispielen
wünschenswert
sein, einen Kühler 68 zum
Kühlen
der Strömung
durch das EGR-System vor einer Wiedereinleitung in den Ansaugkrümmer 69 des
Motors 12 vorzusehen, um die Verbrennungshöchsttemperaturen
und die Erzeugung von Stickoxiden weiter zu vermindern.
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Die
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung umfassen eine Steuerlogik, welche verschiedene
Eingangssignale verarbeitet, welche verschiedene Motorzustände darstellen,
und wiederum ein EGR-Befehlssignal und ein VGT-Befehlssignal erzeugt.
Das EGR-Befehlssignal befiehlt eine Position des EGR-Ventils 66 mit
veränderlichem
Durchfluß zum
Steuern der Gasströmung,
welche über
den Weg 64 läuft,
während
das VGT-Befehlssignal
eine geometrische Gestaltung des VGT's 52 zum Steuern der Gasströmung, welche über den
Weg 60 läuft,
befiehlt. Die Steuereinheit 22 kann in einem von mindestens
zwei Steuerungsmoden arbeiten. In dem EGR-Steuerungsmodus versucht
die Steuereinheit 22, einen geeigneten Stellschritt der
geometrischen Gestaltung des VGT's 52 vorzunehmen,
um die erwünschte
EGR-Durchflußgeschwindigkeit
zu erzeugen. In dem Druckerhöhungs-Steuerungsmodus
versucht die Steuereinheit 22, einen geeigneten Stellschritt
der geometrischen Gestaltung des VGT's 52 vorzunehmen, um den erwünschten
Ladedruck zu erzeugen.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Erfindung ist eine Technik, welche zum Messen eines Näherungswerts
für den
barometrischen Druck verwendet wird, beispielsweise, wenn der Sensor 84 für den barometrischen
Druck versagt, zur Verwendung in der Steuerlogik am besten in 2 dargestellt.
In 2 startet der Block 100 das Programm zur
näherungsweisen
Bestimmung des barometrischen Drucks. Die Steuereinheit bestimmt,
ob der Motor gegenwärtig
in dem Druckerhöhungs-Steuerungsmodus oder
dem EGR-Steuerungsmodus arbeitet, wie durch den Block 102 dargestellt.
Wenn der Motor in dem Druckerhöhungs-Steuerungsmodus
arbeitet, bestimmt die Steuereinheit, ob der Sensor für den barometrischen
Druck versagte, wie durch den Block 104 dargestellt. Der
nächste
Schritt ist, zu bestimmen, ob sich der Motor im Leerlauf befindet,
wie durch den Block 106 dargestellt. Es ist ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel,
das Schätzwertbestimmungsverfahren
durchzuführen,
während
sich der Motor im Leerlauf befindet, da beim Leerlauf kein praktischer
Bedarf hinsichtlich eines Ladedruck vorliegt. Wenn sich der Motor
im Leerlauf befindet, wird die geometrische Gestaltung des VGT's auf eine Position
eingestellt, welche einen Ladedruck erzeugt, welcher annähernd null
ist, wie durch den Block 112 dargestellt. Sodann erfolgt
eine Startzählung
eines Zeitgebers, wie in Block 114 dargestellt, um zu verfolgen,
ob die geometrische Gestaltung des VGT's lange genug für eine Druckerhöhung des
Werts null eingestellt blieb, um zu ermöglichen, daß sich die Drehung der VGT-Welle
verlangsamt. Das erforderliche Zeitintervall kann ohne Signalverbindung
durch eine Einmessung bestimmt werden, und die Laufzeit des Zeitgebers
kann ohne Signalverbindung beispielsweise durch die zuvor beschriebenen
Daten, Diagnosen und die Programmierungsschnittstelle 44 derart eingestellt
werden, daß diese
mit dem erforderlichen Zeitintervall übereinstimmt. Der nächste Schritt
ist es, zu prüfen,
ob der Zeitgeber abgelaufen ist, wie in dem Block 116 dargestellt.
Wenn der Zeitgeber noch nicht abgelaufen ist, werden nachfolgende
Prüfungen
vorgenommen, um zu bestimmen, ob sich der Motor immer noch im Leerlauf
befindet, wie durch den Block 106 dargestellt. Wenn sich
der Motor nicht im Leerlauf befindet, ist es generell unpraktisch,
eine geometrische Gestaltung des VGT's für
einen Ladedruck des Werts null aufrechtzuerhalten, daher wird die
Steuerung der geometrischen Gestaltung des VGT's zurück auf den Druckerhöhungsmodus
gestellt, wie in Block 108 dargestellt. Sodann wird der Zeitgeber
rückgesetzt,
wie in dem Block 110 dargestellt, daher kann der zeitabgestimmte
Ablauf für
eine Druckerhöhung
des Werts null beim nächstenmal, wenn
ein Leerlaufzustand erfaßt
wird, erneut versucht werden. Sodann fährt das Verfahren damit fort, eine
Prüfung
hinsichtlich des Motorleerlaufzustands vorzunehmen, wie dargestellt.
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Wenn
der Zeitgeber abläuft,
wie durch den „Ja"-Zweig dargestellt,
welcher von dem Block 116 ausgeht, so wurde die geometrische
Gestaltung für eine
Druckerhöhung
des Werts null lange genug aufrechterhalten, daß ein Meßwert, welcher durch den Ladedrucksensor
erzeugt wird, wie durch den Block 118 dargestellt, nun
ein Näherungswert
des barometrischen Drucks ist, da der VGT eine Druckerhöhung mit
einem Wert von annähernd
null zu der eingehenden Umgebungsluft mit dem barometrischen Druck hinzugefügt hat.
Der Wert des barometrischen Drucks zur Verwendung in der Steuerlogik
wird gleich dem Meßwert
des Ladedrucksensors festgelegt, wie in dem Block 120 dargestellt.
Zuletzt wird die Steuerung der geometrischen Gestaltung des VGT's zurück auf die
Druckerhöhungs-Steuerlogik
gestellt, wie in dem Block 122 dargestellt.
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In 3 ist
nun ein Flußdiagramm
dargestellt, welches ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Steuern des
Ladedrucks, welcher durch den VGT erzeugt wird, wenn der Ladedrucksensor
versagte, darstellt. Der Block 200 stellt den Beginn des Verfahrens
dar. Der erste Schritt beim Steuern des Ladedrucks ist, einen Steuerbefehl
für die
geometrische Gestaltung des VGT's
zu berechnen, wie in dem Block 202 dargestellt, um den
Ladedruck zu erzeugen, welcher theoretisch erforderlich ist, um
die erwünschte
Motorleistungsfähigkeit
zu erreichen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Steuerbefehl
für die
geometrische Gestaltung des VGT's
aus der gegenwärtigen
Motordrehzahl und dem gegenwärtigen
Motordrehmoment gemäß Verwenderanforderung
berechnet. Der zweite Schritt ist, zu prüfen, ob der Ladedrucksensor
versagte, wie in dem Block 204 dargestellt. Wenn der Ladedrucksensor
nicht versagte, wird eine Abstimmung des Steuerbefehls berechnet,
teilweise auf Basis von Rückmeldungen
von dem Ladedrucksensor, wie in dem Block 206 dargestellt.
Die geometrische Gestaltung des VGT's wird sodann gemäß dem abgestimmten Wert eingestellt,
wie in Block 208 dargestellt. Wenn der Ladedrucksensor
versagte, führt
die berechnete Abstimmung auf Basis eines verfügbaren Sensormeßwerts bzw.
eines gespeicherten Vorgabewerts, wie gemäß dem Stand der Technik, demgegenüber zu einem
Befehl für
die geometrische Gestaltung des VGT's, welcher typischerweise eine schwache
Beziehung zu dem erwünschten
Ladedruck aufweist. Bei der vorliegenden Erfindung wird die Abstimmung
in diesem Fall ignoriert, und die geometrische Gestaltung des VGT's wird gemäß dem Steuerbefehl
eingestellt, wie in Block 210 angezeigt.
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4 stellt
ein Verfahren zum Steuern des Ladedrucks, welcher durch den VGT
erzeugt wird, wenn der Turbinendrehzahlsensor versagte, gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung dar. Der Block 300 stellt den Beginn des
Verfahrens dar. Wieder ist es der erste Schritt beim Steuern des
Ladedrucks, einen Steuerbefehl für
die geometrische Gestaltung des VGT's zu berechnen, wie in dem Block 302 dargestellt,
um den Ladedruck zu erzeugen, welcher theoretisch erforderlich ist,
um die erwünschte Motorleistungsfähigkeit
zu erreichen. Der nächste Schritt
ist, eine Abstimmung des Steuerbefehls zu berechnen, teilweise auf
Basis der Rückmeldungen von
dem Ladedrucksensor, wie in dem Block 304 dargestellt.
Der Block 306 stellt eine Prüfung des Zustands des Turbinendrehzahlsensors
dar. Wenn der Turbinendrehzahlsensor nicht versagte, wird die geometrische
Gestaltung des VGT's
gemäß dem abgestimmten
Befehl eingestellt, wie in dem Block 308 dargestellt. Wenn
der Turbinendrehzahlsensor versagte, wird die Wirkung der berechneten
Befehlsabstimmung auf die Turbinendrehzahl untersucht, wie in dem
Block 310 dargestellt. Wenn die Abstimmung der geometrischen
Gestaltung des VGT's
die Turbinendrehzahl nicht erhöhen
würde,
wird die geometrische Gestaltung des VGT's gemäß dem abgestimmten Befehl eingestellt,
wie in dem Block 312 dargestellt. Wenn die Abstimmung der
geometrischen Gestaltung des VGT's
die Turbinendrehzahl erhöhen würde, wird
die Abstimmung jedoch ignoriert, und die geometrische Gestaltung
des VGT's wird gemäß dem Steuerbefehl
eingestellt, wie in dem Block 314 dargestellt. Das Verfahren
liefert somit einen Sicherheitsschutz gegen einen Turbinenzustand
mit zu hoher Drehzahl, wenn der Turbinendrehzahlsensor nicht zur
Verfügung
steht, um Rückmeldungen
zum Begrenzen der Turbinendrehzahl zu liefern, wobei eine Feinabstimmung
der geometrischen Gestaltung des VGT's ermöglicht wird, wenn es offensichtlich
ist, daß die
Feinabstimmung nicht zu einem Zustand mit zu hoher Drehzahl führt. Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
begrenzt das Verfahren ferner das maximale verfügbare Motordrehmoment, wenn
bestimmt wird, daß der
Turbinendrehzahlsensor versagte, wie in dem Block 316 dargestellt.
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5 stellt
ein Verfahren zum Begrenzen des Motordrehmoments, wenn der Ausgangstemperatursensor
des Kompressors des VGT's
versagte, gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dar. Der Block 400 stellt den
Beginn des Verfahrens dar. Der erste Schritt ist, zu bestimmen, ob
der Kompressorausgangstemperatursensor versagte, wie in dem Block 402 dargestellt.
Wenn der Sensor nicht versagte, laufen Motorbetrieb und Steuerung
weiter wie vorher, wie durch den Block 404 dargestellt.
Wenn der Sensor versagte, wird ein Motordrehzahlbegrenzungswert,
welcher der Kompressoreingangstemperatur entspricht, bestimmt, wie
in dem Block 406 dargestellt. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird der Motordrehzahlbegrenzungswert durch einen Prozentsatz des
maximalen verfügbaren
Motordrehmoments ausgedrückt,
und der Motordrehzahlbegrenzungswert für eine gegebene Eingangstemperatur
wird durch Verwendung einer Verzeichnistabelle bestimmt. Das Motordrehmoment
wird sodann gemäß dem Begrenzungswert
begrenzt, wie in dem Block 408 dargestellt.
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6 stellt
ein Verfahren zur näherungsweisen
Bestimmung eines Werts für
die Eingangstemperatur des Kompressors des VGT's zur Verwendung in der Steuerlogik,
wenn der Kompressor temperatursensor 80 versagt, dar. Die
Steuerlogik verwendet typischerweise die Kompressoreingangstemperatur als
Teil der Bestimmung, ob die Emissionssteuerungs-Hilfsvorrichtungslogik
(AECD-Logik; für
engl.: Auxiliary Emissions Control Device logic) aktiviert werden
soll, wobei dies ermöglicht,
daß der
Motor durch Normen geregelte Emissionsniveaus erlaubterweise überschreitet,
um beispielsweise Beschädigungen
des Luftsystems zu verhindern. Eine Wasserdampfkondensation aus
der eingehenden Luftströmung
ist eine Bedingung, welche eine Aktivierung der AECD rechtfertigt.
Die Gefahr einer Kondensation ist bei niedrigen Umgebungstemperaturen
ein Problem, so daß ein
Ersatzwert der Kompressoreingangstemperatur für diese Zwecke vorzugsweise höchstens
im unteren Bereich abweicht. Demgegenüber wird die Kompressoreingangstemperatur
gemeinsam mit der Kompressoraungangstemperatur auch bei hohen Umgebungstemperaturen
als Teil der Bestimmung, ob Luftbehandlungsprobleme die Aktivierung
der AECD-Logik rechtfertigen, wichtig, und für diese Zwecke wäre ein niedriger
Ersatzwert nicht wünschenswert.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung vereinigt diese anscheinend
widerstreitenden Gestaltungsziele folgendermaßen.
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Weiterhin
in 6 stellt der Block 500 den Beginn des
Verfahrens dar. Wie in dem Block 502 dargestellt, ist es
der erste Schritt des Verfahrens, zu bestimmen, ob der Kompressoreingangstemperatursensor
versagte. Wenn nicht, laufen die normalen Betriebsvorgänge weiter,
wie durch den Block 504 dargestellt. Wenn der Sensor versagte,
wird der Wert der Kompressoreingangstemperatur zur Verwendung in
der Steuerlogik auf den minimalen Wert aus der Gruppe des Ansaugkrümmertemperatursensors, des
Kompressorausgangstemperatursensors und eines gespeicherten Vorgabewerts
der Kompressoreingangstemperatur festgelegt, wie durch den Block 506 dargestellt.
Dieser Teil des Verfahrens erzeugt eine wirksame Ersatztemperatur
des Kompressoreingangs für
die Kondensationsanalyse, welche lediglich bei niedrigen Umgebungstemperaturen
von Belang ist. Sodann vermindert die Steuerlogik die Luftbehandlungsprobleme
bei hohen Umgebungstemperaturen durch geeignetes Programmieren der AECD,
so daß diese
aktiviert wird, wenn der Meßwert des
Kompressorausgangstemperatursensors einen Schwellenwert überschreitet,
wie in dem Block 508 dargestellt. In dieser Weise erfüllt das
Verfahren sowohl die Anforderungen für eine niedrige Umgebungstemperatur
als auch die Anforderungen für eine
hohe Umgebungstemperatur, welche für einen Ersatzwert der Kompressoreingangstemperatur
gelten.
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In 7 ist
ein Verfahren zum Steuern des EGR- und des VGT-Systems bei einer
mechanischen Störung
des EGR-Ventils beschrieben. Der Beginn des Verfahrens wird durch
den Block 600 angezeigt. Der erste Schritt des Verfahrens
ist, zu bestimmen, ob die EGR-Durchflußgeschwindigkeit kleiner als eine
minimale annehmbare Durchflußgeschwindigkeit
ist, wie in dem Block 602 dargestellt. Wenn die Durchflußgeschwindigkeit
kleiner als eine minimale annehmbare Durchflußgeschwindigkeit ist, liegt wahrscheinlich
eine Störung
des mechanischen Betriebs des EGR-Ventils vor. In diesem Fall ist durch Versuchen,
die geometrische Gestaltung des VGT's geeignet zu steuern, um eine erwünschte EGR-Durchflußgeschwindigkeit
zu erzeugen, nichts zu gewinnen, daher arbeitet die Steuerlogik
in Druckerhöhungsmodus,
wie in dem Block 614 dargestellt.
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Weiterhin
ist in 7, wenn sich die EGR-Durchflußgeschwindigkeit nicht unter
der minimalen annehmbaren Geschwindigkeit befindet, der nächste Schritt,
die EGR-Durchflußgeschwindigkeit mit
der erwünschten
EGR-Durchflußgeschwindigkeit zu
vergleichen, wie in dem Block 604 dargestellt. Wenn die
EGR-Durchflußgeschwindigkeit
nicht größer als die erwünschte
EGR-Durchflußgeschwindigkeit
ist, so zeigt dies an, daß sowohl
das EGR-Ventil als auch die beweglichen Bauelemente des VGT's störungsfrei
funktionieren, und die Steuerlogik arbeitet in EGR-Modus, wie in
dem Block 606 ange zeigt. Wenn demgegenüber die EGR-Durchflußgeschwindigkeit
größer als
die erwünschte
Durchflußgeschwindigkeit
ist, so weist dies auf eine mögliche
mechanische Störung
hin. In diesem Fall wird ein Zeitgeber in Gang gesetzt, wie in dem
Block 608 dargestellt, um zu verfolgen, ob die EGR-Durchflußgeschwindigkeit
in einem bestimmten Zeitintervall höher als die erwünschte Geschwindigkeit
bleibt. Der Zustand des Zeitgebers wird überwacht, wie in dem Block 610 dargestellt.
Während
der Zeitgeber noch nicht abgelaufen ist, versucht die Steuerlogik
weiterhin, die geometrische Gestaltung des VGT's in EGR-Modus zu steuern, wie in dem
Block 612 dargestellt. Der Fehlerstatus der EGR-Durchflußgeschwindigkeit
wird überwacht,
wie dargestellt, bis entweder der EGR-Durchfluß derart abnimmt, daß dieser
nicht mehr größer als
die erwünschte
Geschwindigkeit ist, wobei in dem Fall die EGR-Modus-Steuerung eingestellt
wird, wie in dem Block 606 dargestellt, oder bis der Zeitgeber
abläuft.
Wenn der Zeitgeber abläuft, wird
eine mechanische Störung
angenommen, und die Steuerung der Steuerlogik erfolgt danach in
Druckerhöhungsmodus,
wie in dem Block 614 dargestellt. Bei einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel wird,
nachdem eine EGR-Durchflußgeschwindigkeit erfaßt wurde,
welche in einem bestimmten Zeitintervall entweder größer als
die erwünschte
Geschwindigkeit oder kleiner als die minimale annehmbare Geschwindigkeit
ist, das Motordrehmoment in Anbetracht der vermuteten mechanischen
Störung
gleichfalls begrenzt, wie in dem Block 616 dargestellt.
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Somit
schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Steuerung von
Motorbauelementen, welche in Wechselbeziehung stehen, welches eine verbesserte
Motorleistungsfähigkeit
und eine verbesserte Emissionsverminderung bei Sensorversagen und
mechanischen Störungen
ermöglicht.
Insbesondere schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum
Bestimmen genauerer Ersatzwerte für ausgefallene Sensoren zur
Verwendung in der Steuerlogik sowie zum Aufrechterhalten eines gewissen
Steue rungsgrads bei ausgefallenen Sensoren und mechanischen Störungen.
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Obgleich
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung dargestellt und beschrieben wurden, ist
es nicht beabsichtigt, daß diese
Ausführungsbeispiele
sämtliche
möglichen
Ausführungen
der Erfindung darstellen und beschreiben. Stattdessen sind die Ausdrücke, welche
in der Beschreibung verwendet werden, beschreibende Ausdrücke anstatt
begrenzender, und es ist zu ersehen, daß verschiedene Änderungen
vorgenommen werden können,
ohne von Prinzip und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.