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GEBIET
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Die
vorliegende Offenbarung betrifft Verbrennungsmotoren und insbesondere
ein Verfahren und ein System zum adaptiven Erfassen eines Öldruckfehlers
in einem Verbrennungsmotor.
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HINTERGRUND
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Die
Aussagen in diesem Abschnitt liefern lediglich Hintergrundinformationen
bezüglich
der vorliegenden Offenbarung und müssen nicht unbedingt Stand
der Technik darstellen.
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Verbrennungsmotoren
leiten die Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches ein, um ein Antriebsmoment
zu erzeugen. Genauer wird Luft durch eine Drosselklappe in den Motor
gesaugt und an Zylinder verteilt. Die Luft wird mit Kraftstoff gemischt, und
das Luft-Kraftstoff-Gemisch wird in den Zylindern verbrannt, um
Kolben hin und her anzutreiben, die eine Kurbelwelle drehbar antreiben.
Neben den hin und her angetriebenen Kolben gibt es im Motor mehrere
bewegliche Komponenten, die den Verbrennungsprozess ermöglichen
und regeln, einschließlich der
Ansaug- und Auslassventiltriebe,
dies aber nicht einschränkend.
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Um
einen ordentlichen Betrieb und eine reduzierte Abnutzung der internen
Komponenten sicherzustellen, wird Schmieröl durch den Motor zirkuliert.
Genauer pumpt eine Ölpumpe Öl aus einer Ölwanne durch
den Motor. Nachdem das Öl
durch den Motor zirkuliert worden ist, sammelt es sich in der Ölwanne.
Ein Ölfilter
ist ebenfalls vorgesehen, um das Öl zu filtern, ehe es durch
den Motor zirkuliert.
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Der Öldruck wird
typischerweise überwacht, um
sicherzustellen, dass er innerhalb eines geeigneten Betriebsbereichs
liegt. Genauer ist typischerweise ein Öldrucksensor vorgesehen, der
auf den Öldruck
anspricht. Ein übermäßig hoher
oder niedriger Öldruck
kann schädlich
für die
Motorkomponenten sein und sich aus abgebautem Öl, einer Änderung der Ölviskosität, der Verwendung
eines ungeeigneten Ölfilters,
einem niedrigen Ölpegel,
einer mechanischen Hardware-Fehlfunktion u. a. ergeben.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die
vorliegende Offenbarung sieht ein Verfahren zum Überwachen eines Öldrucks
von Öl
vor, das in einem Verbrennungsmotor implementiert ist. Das Verfahren
umfasst, dass ein erwarteter Öldruckwert
auf der Basis von Motorbetriebsbedingungen bestimmt wird und ein
tatsächlicher Öldruckwert
auf der Basis eines Signals überwacht
wird, das von einem Öldrucksensor
erzeugt wird. Eine Differenz zwischen dem erwarteten Öldruckwert
und dem tatsächlichen Öldruckwert
wird berechnet und mit einer Schwellendifferenz verglichen. Ein
diagnostischer Fehlercode wird erzeugt, wenn die Differenz die Schwellendifferenz überschreitet.
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Bei
anderen Merkmalen umfasst das Verfahren ferner, dass der erwartete Öldruckwert
auf der Basis der Differenzen und/oder eines Parameters des Motors
abgeglichen wird. Der Verfahrensparameter umfasst eine Kilometerleistung
und/oder eine Motorlast und/oder eine kumulative Anzahl von Verbrennungsereignissen
und/oder eine kumulative Anzahl von Motorstarts und/oder eine Zeit
und/oder überwachte
Temperaturzyklen.
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Bei
anderen Merkmalen wird der erwartete Öldruckwert aus einer Nachschlagetabelle
bestimmt. Erwartete Öldruckwerte,
die in der Nachschlagetabelle gespeichert sind, werden selektiv
abgeglichen.
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Bei
einem weiteren Merkmal umfasst das Verfahren ferner, dass bestimmt
wird, ob ein Ölwechsel
stattgefunden hat, und der erwartete Öldruckwert auf der Basis der
Differenz abgeglichen wird, wenn der Ölwechsel nicht stattgefunden
hat.
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Bei
einem anderen Merkmal umfasst das Verfahren ferner, dass bestimmt
wird, ob eine Kilometerleistung, über welche der Motor gearbeitet
hat, eine Schwellen-Kilometerleistung übersteigt, und der erwartete Öldruckwert
auf der Basis der Differenz abgeglichen wird, wenn die Kilometerleistung
geringer als ein vorbestimmter Wert ist.
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Bei
noch einem weiteren Merkmal umfasst das Verfahren ferner, dass bestimmt
wird, ob eine Motordrehzahl konstant ist. Der erwartete Öldruckwert
wird nur bestimmt, wenn die Drehzahl konstant ist.
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Bei
einem weiteren Merkmal umfassen die Motorbetriebsbedingungen eine
Motordrehzahl und eine Motortemperatur.
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Weitere
Anwendbarkeitsbereiche werden aus der folgenden Beschreibung deutlich.
Es versteht sich, dass die Beschreibung und die spezifischen Beispiele
nur für
veranschaulichende Zwecke und nicht dafür gedacht sind, den Umfang
der vorliegenden Offenbarung einzuschränken.
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ZEICHNUNGEN
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Die
hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur veranschaulichenden Zwecken
und sind nicht dafür
gedacht, in irgendeiner Weise den Umfang der vorliegenden Erfindung
einzuschränken.
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1 ist
ein funktionelles Blockdiagramm eines beispielhaften Verbrennungsmotors;
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2 veranschaulicht
einen Abschnitt einer beispielhaften Nachschlagetabelle, der von
der adaptiven Öldruckfehlererfassungssteuerung
der vorliegenden Offenbarung implementiert sein kann;
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3 ist
ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung beispielhafter Schritte,
die von der adaptiven Öldruckfehlererfassungssteuerung
ausgeführt
werden; und
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4 ist
ein funktionelles Blockdiagramm beispielhafter Module, welche die
adaptive Öldruckfehlererfassungssteuerung
ausführen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die
folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und soll
keineswegs die Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendungen einschränken. Zur
Verdeutlichung werden in den Zeichnungen die gleichen Bezugsziffern
verwendet, um ähnliche
Elemente zu identifizieren. In der vorliegenden Verwendung bezeichnet
der Begriff Modul eine anwendungsspezifische Schaltung (ASIC), eine
elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam benutzt, dediziert
oder Gruppe) und Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme ausführen, einen
Schalt kreis mit kombinatorischer Logik oder andere geeignete Bauelemente,
welche die beschriebene Funktionalität vorsehen.
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Unter
Bezug auf 1 ist nun ein beispielhaftes
Motorsystem 10 veranschaulicht. Das beispielhafte Motorsystem 10 umfasst
einen Motor 12, ein Ansaugrohr 14 und einen Auspuffkrümmer 16. Luft
wird durch eine Drosselklappe 18 in das Ansaugrohr 14 gesaugt
und an Zylinder 20 verteilt. Die Luft wird mit Kraftstoff
gemischt, und das Luft-Kraftstoff-Gemisch wird in den Zylindern 20 verbrannt,
um (nicht gezeigte) Kolben hin und her anzutreiben, die eine Kurbelwelle 22 drehbar
antreiben. Obwohl zwei Zylinder gezeigt sind, wird vorweggenommen,
dass das Motorsystem 10 mehr oder weniger Zylinder 20 umfassen
kann.
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Ein
Steuermodul 30 überwacht
verschiedene Motorbetriebsparameter. Beispielsweise überwacht ein
Motordrehzahlsensor 32 eine Motordrehzahl (RPMENG)
und erzeugt ein entsprechendes Signal, das von dem Steuermodul 30 empfangen
wird. Ein Öldrucksensor 34 und
ein Motortemperatursensor 36 überwachen einen tatsächlichen Öldruck (POILACT) bzw. eine Motortemperatur (TENG) und erzeugen entsprechende Signale,
die von dem Steuermodul 30 empfangen werden. TENG kann
auf der Basis einer Temperatur eines Kühlfluids, das durch den Motor
zirkuliert wird, und/oder einer Temperatur des Öls bestimmt werden, das durch
den Motor zirkuliert wird. Alternativ kann TENG unter
Verwendung eines Motortemperaturalgorithmus (z. B. eines virtuellen
Motortemperatursensors) vorausgesagt werden, wodurch die Notwendigkeit
für den
Motortemperatursensor 36 beseitigt ist.
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Es
wird vorweggenommen, dass die adaptive Öldruckfehlererfassungssteuerung
der vorliegenden Offenbarung in jedem Motorentyp implementiert sein
kann, einschließlich
des hier beschriebenen beispielhaften Mo torsystems, aber nicht darauf
beschränkt.
Beispielsweise kann die adaptive Öldruckfehlererfassung in einem
Motor mit Zylinderabschaltung (AFM von active fuel management) implementiert
sein, in welchem ein oder mehrere Zylinder selektiv deaktiviert
bzw. abgeschaltet werden können.
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In
einem solchen Motorsystem ist der Betrieb unter Verwendung aller
Motorzylinder als ein aktivierter bzw. zugeschalteter Modus bezeichnet,
und ein deaktivierter Modus bezeichnet einen Betrieb, der weniger
als alle Zylinder des Motors verwendet (ein oder mehrere Zylinder
sind nicht aktiv). Im deaktivierten Modus arbeiten weniger Zylinder.
Als ein Ergebnis ist wenig Antriebsmoment verfügbar, um den Fahrzeugtriebstrang
und Nebenaggregate (z. B. Lichtmaschine, Kühlmittelpumpe, Klimaanlagenkompressor)
anzutreiben. Der Motorwirkungsgrad ist jedoch als Ergebnis des verminderten
Kraftstoffverbrauchs (d. h. kein Kraftstoff wird an die deaktivierten Zylinder
geliefert) und des verminderten Motorpumpens erhöht. Da die deaktivierten Zylinder
keine Luft ansaugen, sind die Gesamtmotorpumpverluste reduziert.
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Die
adaptive Öldruckfehlererfassungssteuerung
der vorliegenden Offenbarung erfasst einen Öldruckfehler auf der Basis
eines Vergleichs des erfassten Öldrucks
(POILACT) mit einem erwarteten Öldruck (POILEXP). POILEXP wird
auf der Basis der Motorbetriebsbedingungen bestimmt. Beispielhafte
Motorbetriebsbedingungen umfassen TENG und
RPMENG. POILEXP kann
aus einer Nachschlagetabelle unter Verwendung der Motorbetriebsbedingungen
als Eingänge
für die
Nachschlagetabelle bestimmt werden.
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Die
adaptive Öldruckfehlererfassungssteuerung
umfasst auch eine adaptive Lernfunktion, welche die Anfangswerte
von POILEXP während des frühen Lebens
des Motors mit bekannten Ölmengen
und -qualitäten
abgleicht (z. B. Fabrikölfüllung).
Die adaptive Lernfunktion verfeinert POILEXP für jedes
einzelne Motorsystem. Die adaptive Öldruckfehlererfassungssteuerung
kann auch die POILEXP-Nachschlagetabelle auf
der Basis eines normalen Verwendungsabbauwertes einstellen. Der
Abbauwert kann auf einfachen Fahrzeugparametern basiert sein, die
die Fahrzeugkilometerleistung umfassen, aber nicht darauf beschränkt sind.
Alternativ oder zusätzlich
können
kompliziertere Algorithmen implementiert werden, die detailliertere
Fahrzeugparameter, aber nicht nur diese, überwachen, welche die Motorlast,
die Anzahl von Verbrennungsereignissen, die Anzahl von Motorstarts,
Temperaturzyklen u. ä.
umfassen. Beispielsweise kann der Ölabbaufaktor durch ein Öllebensüberwachungsgerät bestimmt
werden, das angibt, wann das Öl
zu wechseln ist. Parameter, welche die Motordrehzahl und die Öltemperatur
umfassen, aber nicht darauf beschränkt sind, können verwendet werden, um die
relative Lebensdauer des Öls
zu bestimmen.
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Bei
einer beispielhaften Ausführungsform bestimmt
die adaptive Öldruckfehlererfassungssteuerung,
ob der Motor mit einer konstanten Drehzahl arbeitet. Da POILAC hinter RPMENG zurückbleibt,
gewährleistet
die Ausführung
der adaptiven Öldruckfehlererfassungssteuerung,
dass POILACT für die vorherrschende RPMENG stabilisiert worden ist. Ob der Motor mit
einer konstanten Drehzahl arbeitet, kann z. B. bestimmt werden,
indem RPMENG über einen Schwellenzeitraum überwacht
wird. Wenn eine Differenz (ARPMENG) zwischen
einem maximalen RPMENG-Wert, der während des
Schwellenzeitraums auftritt, und einem minimalen RPMENG-Wert,
der während
des Schwellenzeitraums auftritt, kleiner oder gleich einer Schwellendifferenz
(ΔRPMTHR) ist, dann gilt, dass der Motor mit konstanter
Drehzahl arbeitet. Wenn ΔRPMENG größer oder
gleich ΔRPMTHR ist, gilt, dass der Motor nicht mit konstanter
Drehzahl arbeitet.
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Wenn
gilt, dass der Motor mit konstanter Drehzahl arbeitet, werden z.
B. Werte für
die aktuelle RPMENG und TOIL bestimmt.
POILEXP wird auf der Basis von RPMENG und TOIL bestimmt.
Im Falle einer Nachschlagetabelle besteht die Nachschlagetabelle
aus Zellen, die durch RPMENG auf einer Achse
und TOIL auf einer anderen bestimmt sind.
Ein beispielhafter Abschnitt einer solchen Nachschlagetabelle ist
in 2 veranschaulicht. Die Werte in den Zellen stellen
POILEXP und Toleranz für die vorherrschenden Motorbedingungen
dar. Die Nachschlagetabelle wird anfänglich auf der Basis eines
erwarteten neuen Motoröldrucks
mit der Fabrikölfüllung und Ölfilter
besetzt. Die Toleranz berücksichtigt
eine Abweichung aufgrund von Faktoren, welche Öllebensdauer, Gebrauch (z.
B. Oxidation, Kraftstoffverdünnung
u. ä.), Ölcharakteristika
(z. B. Viskosität,
Additive u. ä.), Ölfiltercharakteristika
(z. B. Druckabfallvariablen) und Variationen in der Öldrucklesesignalkette,
die den Öldrucksensor
umfasst, umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. Die Größe der Zellen kann symmetrisch
sein, oder Zellen in ausgewählten
Bereichen können
entweder eine erhöhte
oder eine verminderte Granularität
haben.
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Die
adaptive Öldruckfehlererfassungssteuerung
bestimmt eine Differenz (ΔPOIL) zwischen POILEXP und
POILACT. Wenn ΔPOIL größer als
eine Schwellendifferenz ΔPOILTHR, entweder positiv oder negativ, ist, wird
ein diagnostischer Öldruckfehlercode
(DTC) gesetzt. Wenn ΔPOIL innerhalb weniger als oder gleich ΔPOILTHR liegt, ist POILACT wie
erwartet, und kein DTC wird gesetzt. Einige der Ausfälle, die
ein Setzen eines DTC bewirken können,
umfassen verfrühte
Motorabnutzung, Öldruckverlust,
niedriger Öldruck, Ölfilterprobleme,
fehlerhafter Öldrucksensor,
nicht kompatible Ölfüllung, falscher Öltyp und/oder
Kühlmittel
im Öl,
sind aber nicht darauf beschränkt.
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Bei
einem weiteren Merkmal bestimmt dann, wenn ΔPOIL innerhalb
weniger als oder gleich ΔPOILTHR liegt, die adaptive Öldruckfehlererfassungssteuerung,
ob das Motoröl
seit der Fabrikfüllung
gewechselt worden ist, ob das Fahrzeug weniger als eine Schwellenanzahl
von Kilometern gefahren ist und/oder der Motor insgesamt weniger
als eine Schwellenzeit betrieben worden ist (d. h. die Gesamtstundenzahl,
während
derer der Motor betrieben worden ist, ist kleiner als eine Schwellenstundenzahl). Wenn
eine beliebige oder jede dieser Bedingungen wahr ist, wird ein Abgleichblock-Array um die und
einschließlich
der spezifischen POILEXP-Zelle auf der Basis
von ΔPOIL eingestellt. Genauer wird das Abgleichblock-Array
einschließlich
der spezifischen POILEXP-Zelle um einen
vorbestimmten Prozentanteil von ΔPOIL in Richtung von ΔPOIL eingestellt
(z. B. positiv oder negativ). Wenn eine beliebige oder jede dieser Bedingungen
nicht wahr ist, werden die Nachschlagetabellenwerte nicht abgeglichen.
Statt dessen können
die Basismotorcharakteristika zugeordnet und für zukünftige Verweise verwendet werden.
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Im
Falle eines Motorsystems vom Typ einer Zylinderabschaltung (AFM)
kann die adaptive Öldruckfehlererfassung
implementiert werden, um selektiv eine Deaktivierung der Zylinder
zu verbieten. Genauer wird dann, wenn DTC gesetzt ist, eine Deaktivierung
der Zylinder verboten, wie dies oben beschrieben wurde. Durch Unterdrückung der
Deaktivierung der Zylinder während
dieses Fehlermodus kann eine Beschädigung des Motors verhindert
werden, die sich aus Ventilstößelereignissen
zur falschen Zeit ergeben. Es ist beispielsweise bewiesen worden,
dass eine ungeeignete Ölviskosität die Ansprechzeit
des Betätigungssystems
beeinflussen kann, das zur Freigabe von AFM implementiert ist.
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Unter
Bezug auf 3 werden nun beispielhafte Schritte
im Einzelnen beschrieben, die von der adaptiven Öldruckfehlererfassungssteuerung
ausgeführt
werden. Im Schritt 300 bestimmt die Steuerung, ob RPMENG konstant ist. Wenn RPMENG nicht
konstant ist, endet die Steuerung. Wenn RPMENG konstant
ist, gleicht die Steuerung im Schritt 302 die PEXPOIL-Werte auf
der Basis des Ölabbaus
ab, wie dies oben im Einzelnen erläutert wurde. Es wird jedoch
vorweggenommen, dass auf den Schritt 302 verzichtet werden kann,
wenn dies gewünscht
ist. Im Schritt 304 bestimmt die Steuerung POILEXP auf
der Basis von TENG und RPMENG.
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Die
Steuerung bestimmt ΔPOIL, im Schritt 306. Im Schritt 308 bestimmt
die Steuerung, ob ΔPOIL größer als ΔPOILTHR ist. Wenn ΔPOIL größer als ΔPOILTHR ist, setzt die Steuerung im Schritt 310 einen DTC,
und die Steuerung endet. Wenn der Absolutwert von ΔPOIL, nicht größer als ΔPOILTHR ist,
geht die Steuerung im Schritt 312 weiter. Im Schritt 312 bestimmt
die Steuerung, ob der erste Ölwechsel
stattgefunden hat. Wenn der erste Ölwechsel nicht stattgefunden
hat, endet die Steuerung. Wenn der erste Ölwechsel stattgefunden hat,
geht die Steuerung im Schritt 314 weiter. Im Schritt 314 bestimmt
die Steuerung, ob die Kilometerleistung kleiner als eine Schwellenkilometerleistung
ist. Wenn die Kilometerleistung nicht kleiner als die Schwellenkilometerleistung
ist, endet die Steuerung. Wenn die Kilometerleistung kleiner als
die Schwellenkilometerleistung ist, gleicht die Steuerung die POILEXP-Werte auf der Basis von ΔPOIL im Schritt 316 ab, und die Steuerung endet.
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Unter
Bezug auf 4 werden nun beispielhaft Module
im Einzelnen beschrieben, welche die adaptive Öldruckfehlererfassungssteuerung
ausführen.
Die beispielhaften Module umfassen ein RPMENG-Konstant-Modul 400,
ein POILEXP-Modul 402, ein Addierer-Modul 404,
ein Komparator- Modul 406,
ein DTC-Modul 408 und ein Abgleichmodul 410. Das
RPMENG-Konstant-Modul 400 bestimmt,
ob RPMENG konstant ist und erzeugt ein entsprechendes
Signal. Das POILEXP-Modul 402 bestimmt
POILEXP auf der Basis von RPMENG und
TENG, wenn es das von dem RPMENG-Konstant-Modul 400 erzeugte
Signal empfängt. Die
in dem POILEXP-Modul 402 gespeicherten
POILEXP-Werte können, wie oben im einzelnen
beschrieben, auf der Basis eines von dem Abgleichmodul 410 erzeugten
Signals selektiv abgeglichen werden.
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Das
Addierer-Modul 404 bestimmt ΔPOIL auf der
Basis von POILEXP und POILACT. ΔPOIL, und ΔPTHR werden in das Komparator-Modul 406 eingegeben. Wenn ΔPOIL, größer als ΔPTHR ist, erzeugt das Komparator-Modul 406 ein
entsprechendes Signal (z. B. 1). Wenn ΔPOIL,
nicht größer als ΔPTHR ist, erzeugt das Komparator-Modul 406 ein
entsprechendes Signal (z. B. 0). Das DTC-Modul 408 setzt
den DTC selektiv auf der Basis des Signals, das von dem Komparator-Modul 406 ausgegeben
wird. Abgleichmodul 410 erzeugt selektiv ein Abgleichsignal,
das an das POILEXP-Modul 402 ausgegeben
wird. Wie oben im Einzelnen beschrieben, kann das Abgleichsignal
auf der Basis von ΔPOIL, der Kilometerleistung und/oder der kumulativen
Motorbetriebszeit erzeugt werden.
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Die
adaptive Öldruckfehlererfassungssteuerung
der vorliegenden Offenbarung sieht eine genauere Öldruckfehlererfassung
als herkömmliche
Fehlererfassungsverfahren vor. Wie oben im Einzelnen beschrieben,
wird dies wenigstens teilweise durch ein Abgleichen der erwarteten Öldruckwerte
erreicht. Darüber
hinaus kann die adaptive Öldruckfehlererfassungssteuerung
in herkömmlichen
Motorsystemen implementiert sein, ohne dass zusätzliche Fahrzeug-Hardware erforderlich
wäre, und
die zur Ausführung
der Steuerung erforderliche Signalverarbeitung behindert nicht den
me chanischen Betrieb des Motorsystems. Nicht nur ein Motorausfall
aufgrund von fehlendem Öldruck
kann erfasst und vermieden werden, sondern auch andere potenzielle
Motorprobleme, die ohne Einschränkung
z. B. Kühlmittel
im Öl umfassen,
können
erfasst werden, bevor sie schädlich
für das
Motorsystem werden.
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Der
Fachmann kann nun aus der vorhergehenden Beschreibung einschätzen, dass
die weit gefassten Lehren der vorliegenden Offenbarung in vielen
verschiedenen Formen implementiert sein können. Diese Offenbarung ist
zwar in Verbindung mit speziellen Beispielen daraus beschrieben
worden, aber der wahre Umfang der Offenbarung sollte deshalb nicht
so eingeschränkt
sein, da dem Fachmann beim Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und
der folgenden Ansprüche
weitere Modifizierungen deutlich werden.