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Gebiet
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Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Diagnosesystem für einen luftgekühlten Ladeluftkühler für Verbrennungsmotoren.
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Hintergrund
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Verbrennungsmotoren zünden ein Kraftstoff- und Luft-Gemisch, um ein Antriebsdrehmoment zu entwickeln. Im Spezielleren wird Luft durch eine Drossel in den Motor gesaugt und mit Kraftstoff gemischt, um ein Luft- und Kraftstoff-Gemisch zu bilden. Das Luft- und Kraftstoff-Gemisch wird in einem Zylinder durch einen Kolben verdichtet und wird dann in einem Zylinder gezündet, um den Kolben in dem Zylinder in einer Hin- und Herbewegung anzutreiben. Der Kolben treibt rotierend eine Kurbelwelle des Motors an.
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Abgasrückführungs(AGR)-Systeme werden verwendet, um Motorauspuffemissionen zu verringern, indem ein Teil des Abgases zurück zu dem Ansaugkrümmer geleitet wird. Das rückgeführte Abgas wird mit Kraftstoff und Luft gemischt und in dem Motor verbrannt. Bevor es in einen Ansaugkrümmer eintritt, wird das rückgeführte Abgas gekühlt, um den Ansaugkrümmer unter einer vorbestimmten Temperatur zu halten. Ein Kühlsystem, das einen AGR-Kühler umfasst, jedoch nicht darauf beschränkt ist, ist allgemein für diesen Zweck vorgesehen.
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Ein Turbolader kann eine Turbine und einen Verdichter umfassen, die durch eine gemeinsame Achse verbunden sind. Das Abgas kann in den Turbineneinlass eintreten und ein Turbinenrad dazu bringen, zu rotieren. Diese Rotation treibt den Verdichter an, um Umgebungsluft zu verdichten und die verdichtete Luft in den Luftansaugkrümmer des Motors zuzuführen. Die verdichtete Luft führt dazu, dass eine größere Menge von Luft in den Zylinder eintritt. Ein Kühlsystem, das einen Ladeluftkühler umfasst, jedoch nicht darauf beschränkt ist, kann die verdichtete Luft kühlen, bevor sie in den Motor eintritt.
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Die Leistung des Kühlsystems (rein beispielhaft des AGR-Kühlers oder des Ladeluftkühlers) wird allgemein durch zwei Temperatursensoren überwacht. Ein Temperatursensor ist an einem Einlass des Kühlsystems vorgesehen und der andere Temperatursensor ist an einem Auslass des Kühlsystems vorgesehen. Die Effizienz des Kühlsystems wird ermittelt, indem die Einlasstemperatur mit der Auslasstemperatur des Fluids verglichen wird, welches durch das Kühlsystem strömt.
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Die Druckschrift
DE 10 2004 041 767 A1 offenbart ein Steuersystem für ein Motorsystem mit einem Abgasrückführungskühler. Ferner ist ein Temperatursensor vorgesehen, der eine Auslasstemperatur an einem Auslass des Abgasrückführungskühlers misst. Eine Fehlfunktion oder ein Ausfall des Abgasrückführungskühlers wird bestimmt, indem die gemessene Auslasstemperatur mit einer mit Hilfe eines Modells ermittelten Auslasstemperatur verglichen wird. In dem Modell wird die Auslasstemperatur auf Basis des intakten Abgasrückführungskühlers berechnet. Wenn die daraus ermittelte Temperaturdifferenz einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, wird ein Fehler des Abgasrückführungskühlers erkannt. Das Modell zur Ermittlung der Auslasstemperatur ist in der Druckschrift
DE 199 63 358 A1 beschrieben.
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Zusammenfassung
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Ein erfindungsgemäßes Steuersystem für ein Motorsystem umfasst einen LLK-Temperatursensor, der eine Auslasstemperatur TLLKout an einem Auslass eines Ladeluftkühlers misst, einen stromabwärts des LLK-Temperatursensors angeordneten Ansauglufttemperatursensor, der eine Temperatur ALT der einem Ansaugkrümmer zugeführten Ansaugluft misst, und ein Diagnosemodul. Das Diagnosemodul schätzt eine Kühlfluidtemperatur des zur Kühlung des Ladeluftkühlers verwendeten Fluids auf der Basis der Ansauglufttemperatur ALT ab, ermittelt eine Kühlleistung N auf der Basis einer Differenz zwischen der Auslasstemperatur TLLKout und der Kühlfluidtemperatur und diagnostiziert selektiv eine Störung in dem Ladeluftkühler auf der Basis der Kühlleistung N und einer vorbestimmten Schwelle. Die Kühlleistung N wird anhand folgender Gleichung ermittelt: N = 1 – [TLLKout – ALT]/ALT.
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Weitere Anwendungsgebiete werden aus der hierin bereitgestellten Beschreibung offensichtlich.
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Zeichnungen
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Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen ausschließlich Illustrationszwecken und sollen den Schutzumfang der vorliegenden Offenlegung in keiner Weise einschränken.
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1 ist ein funktionelles Blockdiagramm eines Verbrennungsmotorsystems mit einem Kühlsystem, das in Übereinstimmung mit einem Diagnosesystem der vorliegenden Offenlegung geregelt ist;
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2 ist ein Steuerblockdiagramm eines Steuermoduls, das ein Diagnosemodul der vorliegenden Offenlegung enthält; und
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3 ist ein Flussdiagramm, das beispielhafte Schritte veranschaulicht, die von einem Diagnosemodul der vorliegenden Offenlegung ausgeführt werden.
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Detaillierte Beschreibung
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Die nachfolgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform ist rein beispielhaft. Zum besseren Verständnis werden in den Zeichnungen dieselben Bezugsziffern verwendet, um ähnliche Elemente zu bezeichnen. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff Modul auf einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (mehrfach genutzt, dediziert oder Gruppe) und Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, eine kombinatorische Logikschaltung oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
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Ein Diagnosesystem für ein Kühlsystem gemäß den Lehren der vorliegenden Offenlegung kann einen Temperatursensor an dem Kühlsystem (rein beispielhaft an dem Einlass) beseitigen. Eine Einlasstemperatur des Kühlsystems wird nicht benötigt, da die Leistung des Kühlsystems auf der Temperatur des Kühlfluids basiert. Die Kühlfluidtemperatur wird auf der Basis einer Temperatur abgeschätzt, die von einem vorhandenen Temperatursensor gemessen wird, welcher einen Ansauglufttemperatursensor oder einen Motorkühlmitteltemperatursensor umfasst, jedoch nicht darauf beschränkt ist.
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Unter nunmehriger Bezugnahme auf 1 ist ein beispielhaftes Motorsystem 10 schematisch veranschaulicht. Das Motorsystem 10 umfasst einen Motor 12, einen Ansaugkrümmer 14, einen Abgaskrümmer 16 und ein Abgassystem 18. Luft wird in einen Verdichter eines Turboladers 24, dann durch einen LLK 35, dann durch eine Drossel 20 und in den Ansaugkrümmer 14 gesaugt, der Luft an die Zylinder (nicht gezeigt) verteilt. Kraftstoff wird durch das Common-Rail-Einspritzsystem (nicht gezeigt) in die Zylinder eingespritzt und die Hitze der verdichteten Luft zündet das Luft/Kraftstoff-Gemisch. Die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches erzeugt eine Brennkraft zum Antreiben von Kolben (nicht gezeigt), die eine Kurbelwelle (nicht gezeigt) rotierend antreiben. Das Abgas tritt aus den Zylindern, durch den Abgaskrümmer 16 und in das Abgassystem 18 hinein aus. Der Turbolader 24 pumpt zusätzliche Luft in die Zylinder zur Verbrennung mit dem Kraftstoff und der Luft, die von dem Ansaugkrümmer 14 eingesaugt werden.
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Das Abgassystem 18 umfasst eine Abgasleitung 26, ein Abgasrückführungs(AGR)-Ventil 28, eine AGR-Leitung 30 und ein Nachbehandlungssystem 32. Das Nachbehandlungssystem 32 verringert Emissionen in dem Abgas bevor das Abgas in die Umgebung freigesetzt wird. Der Abgaskrümmer 16 leitet das Abgas von den Zylindern in den Abgaskrümmer 16. Ein Teil des Abgases wird zu der AGR-Leitung 30 geleitet und der restliche Teil des Abgases wird in die Abgasleitung 26 geleitet, um den Turbolader 24 anzutreiben.
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Das AGR-Ventil 28 steuert den Durchsatz des Abgases, das zu dem Ansaugkrümmer 14 rückgeführt wird. Das rückgeführte Abgas wird mit Luft von der Ansaugdrossel 20 gemischt. Das Gemisch aus der Ansaugluft und dem rückgeführten Abgas wird zu dem Motor 12 geschickt.
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Das Motorsystem 10 umfasst ein Kühlsystem, das einen Abgasrückführungskühler (AGRK) 34 und einen Ladeluftkühler 35 umfasst. Der AGRK 34, der das rückgeführte Abgas kühlt, ist in der AGR-Leitung 30 vorgesehen und weist einen Einlass 36 und einen Auslass 38 auf. Ein AGRK-Temperatursensor 40 ist an dem Auslass 38 vorgesehen, um eine Auslasstemperatur des gekühlten Abgases zu messen.
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Der Ladeluftkühler (LLK) 35 kann neben dem Ansaugkrümmer 14 vorgesehen sein, um verdichtete Luft von dem Verdichter des Turboladers zu kühlen. Der LLK 35 weist einen Einlass 44 und einen Auslass 46 auf. Ein LLK-Temperatursensor 48 ist an dem Auslass 46 vorgesehen, um eine Auslasstemperatur der durch den LLK 35 gekühlten Luft zu messen.
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Ein Steuermodul 50 steuert die Motorkomponenten, welche die Kraftstoffeinspritzung, die Zündzeiteinstellung, die variable Ventilzeiteinstellung und Peripheriegeräte in Bezug auf den Motorbetrieb umfassen, jedoch nicht darauf beschränkt sind. Das Steuermodul 50 kommuniziert mit einer Vielzahl von Sensoren zum Überwachen der Motorbetriebe und steuert die Motorbetriebe dementsprechend. Die Sensoren umfassen einen Ansauglufttemperatur(ALT)-Sensor 52, einen Ansaugkrümmerabsolutdruck(MAP)-Sensor 54, einen Motordrehzahlsensor 56, einen Luftmassen(LM)-Sensor 58, einen Motorkühlmitteltemperatursensor 59, den AGRK-Temperatursensor 40 und den LLK-Temperatursensor 48, sind jedoch nicht darauf beschränkt.
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Der Ansauglufttemperatursensor 52 erzeugt ein Signal, das die ALT der Luft angibt. Der AGRK-Temperatursensor 40 erzeugt ein Signal, das eine Auslasstemperatur des Fluids (d. h. des rückgeführten Abgases), welches durch den AGRK 34 gekühlt wird, angibt. Der LLK-Temperatursensor 48 erzeugt ein Signal, das ein Signal angibt, welches eine Auslasstemperatur des Fluids (d. h. von Luft), welches durch den LLK 35 gekühlt wird, repräsentiert. Der Motordrehzahlsensor 56 erzeugt ein Signal, das die Motordrehzahl (U/min) angibt. Der LM-Sensor 58 erzeugt ein Signal, das die LM in den Ansaugkrümmer 14 hinein angibt. Der Motorkühlmitteltemperatursensor 59 misst eine Kühlmitteltemperatur einer Motorkühlvorrichtung (nicht gezeigt), die den Motor 12 kühlt.
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Das Steuermodul 50 umfasst ein Diagnosemodul 60 in Verbindung mit dem LLK-Temperatursensor 48, dem AGRK-Temperatursensor 40, dem Ansauglufttemperatursensor 52 und dem Motorkühlmitteltemperatursensor 59. Das Diagnosemodul 60 diagnostiziert die Kühlleistung des LLK 35 und des AGRK 34.
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Unter Bezugnahme auf 2 umfasst das Steuermodul 50 das Diagnosemodul 60. Das Diagnosemodul 60 umfasst ein LLK-Kühlfluidtemperatur-Abschätzmodul 62, ein AGRK-Kühlfluidtemperatur-Abschätzmodul 64 und ein Leistungsermittlungsmodul 66. Das LLK-Kühlfluidtemperatur-Abschätzmodul 62 kommuniziert mit dem ALT-Sensor 52 und schätzt eine Kühlfluidtemperatur des LLK 35 auf der Basis der ALT ab. Daher entspricht die abgeschätzte Kühlfluidtemperatur (TLLKinput) des LLK 35 der Ansauglufttemperatur (ALT). Das AGRK-Kühlfluidtemperatur-Abschätzmodul 64 kommuniziert mit dem Motorkühlmitteltemperatursensor 59 und schätzt die AGRK-Kühlfluidtemperatur auf der Basis einer Kühlmitteltemperatur (TCTS) des Kühlmittels einer Kühlvorrichtung ab, die den Motor 12 kühlt. Das gleiche Kühlmittel für die Motorkühlvorrichtung wird auch in dem AGRK 34 verwendet.
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Im Hinblick auf die Distanz zwischen dem AGRK 34 und der Motorkühlvorrichtung und die Distanz zwischen dem LLK und dem Lufteinlass kann eine Temperaturdifferenz zwischen diesen beiden Messpunkten auftreten. Daher entspricht die abgeschätzte Kühlfluidtemperatur (TAGRKinput oder TLLKinput) der Kühlmitteltemperatur (TCTS oder TALT) plus einer Abweichung. Während die Kühlfluidtemperaturen (TAGRKinput und TLLKinput) des AGRK 34 und des LLK 35 abgeschätzt werden, basieren die Kühlfluidtemperaturen auf tatsächlich gemessenen Temperaturen. Deshalb sind komplizierte Modelle zum Abschätzen der Kühlfluidtemperaturen nicht notwendig.
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Das Leistungsermittlungsmodul 66 kommuniziert mit dem LLK-Temperatursensor 48, dem AGRK-Temperatursensor 40, dem LLK-Kühlfluidtemperatur-Abschätzmodul 62 und dem AGRK-Kühlfluidtemperatur-Abschätzmodul 64. Das Leistungsermittlungsmodul 66 umfasst einen Leistungsermittlungsalgorithmus für den LLK 35 und den AGRK 34.
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Das Leistungsermittlungsmodul 66 beschafft erfindungsgemäß eine berechnete Kühlleistung des LLK 35 auf der Basis der abgeschätzten LLK-Kühlfluidtemperatur und der gemessenen LLK-Temperatur von dem LLK-Temperatursensor 48. Das Leistungsermittlungsmodul 66 kann beispielsweise auch eine berechnete Kühlleistung des AGRK 34 auf der Basis der abgeschätzten AGRK-Kühlfluidtemperatur von dem AGRK-Kühlfluidtemperatur-Abschätzmodul 64 und der gemessenen AGRK-Auslasstemperatur von dem AGRK-Temperatursensor 40 beschaffen.
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Die Kühlleistung eines Kühlsystems ist allgemein definiert als N = 1 – [Temp. des gekühlten Fluids – Abgeschätzte Kühlfluidtemp.]/Abgeschätzte Kühlfluidtemp. wobei N die berechnete Kühlleistung ist; die Temperatur des gekühlten Fluids eine gemessene Temperatur an einem Auslass eines Kühlsystems ist; die abgeschätzte Fluidtemperatur eine abgeschätzte Temperatur der Kühlfluidtemperatur für ein Kühlsystem ist, das ein AGRK oder ein LLK sein kann.
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Demzufolge ist eine berechnete Leistung des LLK definiert als N = 1 – [TLLKout – TLLKinput]/TLLKinput N = 1 – [TLLKout – (ALT + Abweichung)]/(ALT + Abweichung) wobei N die Kühlleistung des LLK ist; TLLKout eine gemessene Auslasstemperatur des gekühlten Fluids in dem LLK, gemessen durch den LLK-Temperatursensor, ist; TLLKinput eine abgeschätzte Kühlfluidtemperatur des Fluid ist, das verwendet, um den LLK zu kühlen; ALT eine gemessene Ansauglufttemperatur von dem ALT-Sensor ist; und Abweichung ein Korrekturfaktor ist, der eine Temperaturdifferenz zwischen der Lufttemperatur an dem ALT-Sensor und der Temperatur des Kühlfluids an dem Einlass des LLK berücksichtigt. Erfindungsgemäß wird die Abweichung gleich Null gesetzt.
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Beispielsweise, aber nicht beansprucht, kann eine berechnete Leistung des AGRK definiert sein als N = 1 – [TAGRKout – TAGRKinput)/TAGRKinput N = 1 – [TAGRKout – (TCTS + Abweichung)]/(TCTS + Abweichung) wobei N die Kühlleistung des AGRK ist; TAGRKout eine gemessene Auslasstemperatur des gekühlten Fluids ist, das durch den AGRK strömt; TAGRKinput eine abgeschätzte Kühlfluidtemperatur des Fluids ist, das verwendet wird, um den AGRK zu kühlen; TCTS eine gemessene Kühlmitteltemperatur von dem Motorkühlmitteltemperatursensor an einer Motorkühlvorrichtung ist; und Abweichung ein Korrekturfaktor ist, der eine Temperaturdifferenz zwischen dem Kühlmittel an dem Motorkühlmitteltemperatursensor und dem Kühlmittel an dem Einlass des AGRK berücksichtigt.
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Die Abweichung wird auf die Kühlfluidabschätzung angewendet, wenn sich der Messpunkt des Kühlfluids weit entfernt von dem Kühler befindet.
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Die berechnete Kühlleistung kann mit einem Tiefpassfilter (z. B. einem PT1-Filter) gefiltert werden, um einen konstanten Ausgang zu erzielen, der für Diagnosezwecke geeignet ist. Der Tiefpassfilter lässt Niederfrequenzsignale durch, dämpft jedoch Signale mit Frequenzen, die höher sind als eine Grenzfrequenz. Das Leistungsermittlungsmodul 66 umfasst eine LLK-Minimalleistungskarte 68 und eine AGRK-Minimalleistungskarte 70. Die berechnete Kühlleistung wird mit den Werten auf der LLK-Minimalleistungskarte 68 oder der AGRK-Minimalleistungskarte 70 verglichen. Die LLK-Minimalleistungskarte 68 wird auf der Basis von Fahrzeugbetriebsparametern erstellt, die Fahrzeuggeschwindigkeiten und Luftmassendurchsätze umfassen, jedoch nicht darauf beschränkt sind. Die AGRK-Leistungskarte 70 wird auf der Basis von Motorbetriebsparametern erstellt, die Motordrehzahlen und Luftmassendurchsätze umfassen, jedoch nicht darauf beschränkt sind. Wenn die berechnete Kühlleistung über eine längere Zeitperiode unter einer vorbestimmten Schwelle auf der Minimalleistungskarte 68 oder 70 liegt, erzeugt das Leistungsermittlungsmodul 66 ein Signal an einen Speicher 72, das eine Störung in dem AGRK 34 oder dem LLK 35 angibt.
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Unter Bezugnahme auf 3 beginnt ein Verfahren 100 zum Diagnostizieren der Kühlleistung eines Kühlsystems bei Schritt 102. Das Diagnosemodul 60 empfängt eine gemessene Auslasstemperatur von einem AGRK-Temperatursensor 40 und einem LLK-Temperatursensor 48 an dem Auslass des AGRK 34 oder des LLK 35 in Schritt 104. Das Diagnosemodul 60 empfängt auch eine Temperatur von einem bestehenden Temperatursensor und verwendet die gemessene Temperatur, um die Kühlfluidtemperatur des Kühlsystems in Schritt 106 abzuschätzen. Erfindungsgemäß ist das Kühlsystem ein LLK 35 und die abgeschätzte Kühlfluidtemperatur ist eine gemessene ALT von dem ALT-Sensor 52 mit einer Abweichung, die erfindungsgemäß gleich Null gesetzt ist. Wenn das Kühlsystem beispielsweise ein AGRK 34 ist, ist die abgeschätzte Kühlfluidtemperatur eine gemessene Kühlmitteltemperatur von dem Motorkühlmitteltemperatursensor 59 mit einer Abweichung. Die Abweichung ist von einer Temperaturdifferenz zwischen der Kühlmitteltemperatur an der Motorkühlvorrichtung und der Kühlmitteltemperatur an dem Einlass 36 des AGRK 34 abhängig. In Schritt 108 berechnet das Diagnosemodul 60 eine Kühlleistung auf der Basis der gemessenen Auslasstemperatur und der abgeschätzten Kühlfluidtemperatur. In Schritt 110 vergleicht das Leistungsermittlungsmodul 66 die berechnete Kühlleistung mit einer Minimalleistungskarte. Wenn die berechnete Kühlleistung in Schritt 112 unter einer vorbestimmten Schwelle auf der Minimalleistungskarte liegt, diagnostiziert das Leistungsdiagnosemodul 66 in Schritt 114 eine Störung in der Leistung des Kühlsystems. Der gesamte Prozess endet bei Schritt 116.
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Mit dem Diagnosesystem der vorliegenden Offenlegung wird nur ein Temperatursensor 48, der an dem Auslass des LLK 35 vorgesehen ist, für die Leistungsdiagnose verwendet. Die Kühlfluidtemperatur wird auf der Basis einer gemessenen Temperatur von dem bestehenden ALT-Temperatursensor 52 abgeschätzt. Deshalb ist eine komplizierte Kalibrierung nicht notwendig.
