DE102009058533B4

DE102009058533B4 - Drosselsteuersystem und -Verfahren für Verbrennungsmotoren zum Verringern von Drosseloszillationen

Info

Publication number: DE102009058533B4
Application number: DE102009058533.8A
Authority: DE
Inventors: Michael Arnett; Christopher E. Whitney; Per Anderson; Justin A. Zaydel
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-12-22
Filing date: 2009-12-16
Publication date: 2017-01-19
Anticipated expiration: 2029-12-17
Also published as: CN101818693B; DE102009058533A1; CN101818693A; US8573181B2; US20100154741A1

Abstract

Drosselsteuersystem, das umfasst: ein Druckvergleichsmodul (52), das einen Einlassdruck stromaufwärts eines Drosselkörpers (22) und einen Auslassdruck stromabwärts des Drosselkörpers (22) ermittelt; und ein Drosselklappen-Steuermodul (54), das eine Position einer Drosselklappe (24) basierend auf dem Einlassdruck und dem Auslassdruck steuert, wobei das Drosselklappen-Steuermodul (54) die Position der Drosselklappe (24) basierend auf dem Einlassdruck, dem Auslassdruck, einem gewünschten Luftmassendruck (MAP) und einem Turbo-Basisdruck steuert, wenn ein Motor (12) gestartet wird, wobei das Drosselklappen-Steuermodul (54) die Drosselklappe (24) aus einer weit offenen Position in eine gewünschte Drosselposition bewegt, wenn der gewünschte MAP nicht größer als der Turbo-Basisdruck ist oder wenn eine Differenz zwischen dem Einlassdruck und dem Auslassdruck gleich einem zweiten Schwellenwert oder größer als dieser ist, oder wobei das Drosselklappen-Steuermodul (54) die Drosselklappe (24) aus einer ersten Drosselposition in eine zweite Drosselposition bewegt, wenn der gewünschte MAP größer als eine Summe des Turbo-Basisdrucks und einer Hysterese ist und wenn die Druckdifferenz zwischen dem Einlassdruck und dem Auslassdruck unterhalb eines ersten Schwellenwerts liegt, oder ferner ein Ladedruckregelventil-Steuermodul (56) umfassend, das selektiv aktiviert wird, um ein Ladedruckregelventil (33) zu steuern, um die Drosselklappe (24) in eine gewünschte Drosselposition zu bewegen, wenn der gewünschte MAP größer als der Turbo-Basisdruck ist.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Drosselsteuersysteme und -verfahren für Verbrennungsmotoren.
HINTERGRUND
Verbrennungsmotoren verbrennen ein Luft- und Kraftstoffgemisch in Zylindern, um Kolben anzutreiben. Die Hubbewegung der Kolben erzeugt ein Antriebsdrehmoment. Luft wird durch einen Drosselkörper in einen Einlasskrümmer gesaugt und durch eine Drosselklappe in dem Drosselkörper geregelt. Um ein gewünschtes Motordrehmoment zu liefern, ermittelt ein Antriebsstrang-Steuermodul eine gewünschte Drosselklappenposition basierend auf einem gewünschten Motordrehmoment, um eine gewünschte Luftmassenströmung zu liefern.
In der US 4 549 517 A sind ein System und ein Verfahren zum Steuern einer Drosselklappe beschrieben, bei denen ein Einlassdruck stromaufwärts eines Drosselkörpers und ein Auslassdruck stromabwärts des Drosselkörpers ermittelt werden und die Position der Drosselklappe basierend auf der Differenz zwischen dem Einlass- und dem Auslassdruck gesteuert wird.
Die WO 2007/110774 A2 beschreibt ein ähnliches System und ein ähnliches Verfahren.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein System und ein Verfahren zum Steuern einer Drosselklappe für einen Verbrennungsmotor anzugeben, mit denen Oszillationen der Drosselklappe bei einer geringen Druckdifferenz über diese und die damit verbundene Instabilität der Luftmassenströmung in den Motor sowie durch die Oszillationen bedingte Beschädigungen der Drosselklappe vermieden werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Diese Aufgabe wird durch ein Drosselsteuersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.
Das Drosselsteuersystem gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Druckvergleichsmodul und ein Drosselklappen-Steuermodul. Das Druckvergleichsmodul ermittelt einen Einlassdruck stromaufwärts eines Drosselkörpers und einen Auslassdruck stromabwärts des Drosselkörpers. Das Drosselklappen-Steuermodul steuert eine Position einer Drosselklappe basierend auf dem Einlassdruck und dem Auslassdruck.
Gemäß anderen Merkmalen bewegt das Drosselklappen-Steuermodul die Drosselklappe aus einer ersten Drosselposition in eine zweite Drosselposition, wenn eine Druckdifferenz zwischen dem Einlassdruck und dem Auslassdruck größer als ein erster Schwellenwert oder diesem gleich ist. Die erste und die zweite Drosselposition werden basierend auf einem gewünschten Motordrehmoment ermittelt. Das Drosselklappen-Steuermodul bewegt die Drosselklappe in eine weit offene Position, wenn die Druckdifferenz unterhalb des ersten Schwellenwerts liegt.
Das Verfahren zum Steuern einer Drosselklappe umfasst: dass ein Einlassdruck stromaufwärts eines Drosselkörpers und ein Auslassdruck stromabwärts des Drosselkörpers ermittelt werden; und dass eine Drosselklappe basierend auf dem Einlassdruck und dem Auslassdruck gesteuert wird.
Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Offenbarung werden anhand der nachstehend vorgesehenen ausführlichen Beschreibung offensichtlich werden. Es versteht sich, dass die ausführliche Beschreibung und die speziellen Beispiele, obgleich sie die bevorzugte Ausführungsform der Offenbarung angeben, nur zu Darstellungszwecken gedacht sind und den Umfang der Offenbarung nicht einschränken sollen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Offenbarung wird anhand der ausführlichen Beschreibung und der begleitenden Zeichnungen verständlicher werden, wobei:
1 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsystems ist, das ein Drosselsteuermodul gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst;
2 ein Funktionsblockdiagramm eines Drosselsteuermoduls gemäß der vorliegenden Offenbarung ist; und
3 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern einer Drosselklappe gemäß der vorliegenden Offenbarung ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist nur beispielhafter Natur und ist in keiner Weise dazu gedacht, die Offenbarung, ihre Anwendungsmöglichkeit oder Verwendungen einzuschränken. Zu Zwecken der Klarheit werden die gleichen Bezugszeichen in den Zeichnungen verwendet, um ähnliche Elemente zu identifizieren. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck ”Modul” auf einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC), einen elektronischen Schaltkreis, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, fest zugeordnet oder als Gruppe) und einen Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, einen Schaltkreis der Schaltungslogik und/oder andere geeignete Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
Um die Luftmassenströmung durch den Drosselkörper zu erhöhen, kann der Motor in einem Aufladungsmodus betrieben werden. In dem Aufladungsmodus wird ein Turbokompressor oder ein Turbolader aktiviert, um den Luftdruck benachbart zu einem Einlass des Drosselkörpers zu erhöhen (oder „aufzuladen”). Aufgrund des höheren Luftdrucks in dem Einlasskrümmer kann mehr Luft in die Zylinder gesaugt werden, und es kann mehr Kraftstoff eingespritzt werden, um das Motordrehmoment zu erhöhen. In dem Aufladungsmodus ist eine Druckdifferenz über den Drosselkörper relativ klein, und die Drosselklappe neigt dazu zu oszillieren. Infolgedessen werden die Luftmassenströmung durch den Drosselkörper und das resultierende Luft/Kraftstoffverhältnis instabil. Die Drosselklappe kann beschädigt werden, wenn eine Oszillation für eine ausgedehnte Zeitdauer andauert.
Das Drosselsteuermodul gemäß der vorliegenden Offenbarung überwacht den Luftdruck benachbart zu einem Einlass und einem Auslass eines Drosselkörpers und steuert eine Drosselklappe basierend auf einer Druckdifferenz über den Drosselkörper. Wenn die Druckdifferenz unterhalb eines Schwellenwerts liegt, wird die Drosselklappe in eine weit offene Position bewegt, um eine maximale Luftströmung zu ermöglichen, und die Einlassluft ist ungedrosselt. Wenn die Druckdifferenz größer als der Schwellenwert oder diesem gleich ist, wird die Drosselklappe gemäß einer gewünschten Drosselposition gesteuert, die basierend auf einem gewünschten Motordrehmoment ermittelt wird.
Auf 1 Bezug nehmend, umfasst das Motorsystem 10 einen Motor 12, einen Einlasskrümmer 14, einen Auslasskrümmer 16, ein Abgassystem 18 und ein Kraftstoff-Einspritzsystem 20. Luft wird durch einen Drosselkörper 22 in den Einlasskrümmer 14 gesaugt und durch den Einlasskrümmer 14 in Zylinder (nicht gezeigt) verteilt. Kraftstoff wird durch das Kraftstoff-Einspritzsystem 20 in die Zylinder eingespritzt. Der eingespritzte Kraftstoff vermischt sich mit der Luft, und es wird ein Luft/Kraftstoffgemisch in den Zylindern erzeugt. Kolben in den Zylindern komprimieren das Luft/Kraftstoffgemisch. Eine Zündkerze (nicht gezeigt) zündet das Luft/Kraftstoffgemisch. Die Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemischs erzeugt eine Verbrennungskraft, um die Kolben anzutreiben, die eine Kurbelwelle (nicht gezeigt) drehbar antreiben. Das Abgas tritt aus den Zylindern aus und strömt durch den Auslasskrümmer 16 und in das Abgassystem 18. Nachdem das Abgas in dem Abgassystem 18 behandelt wurde, wird das Abgas an die Atmosphäre abgegeben.
Der Drosselkörper 22 steuert den Betrag der Luftströmung in den Motor 12. Der Drosselkörper 22 umfasst eine Drosselklappe 24 und einen Drosselaktuator 26. Die Drosselklappe 24 ist innerhalb des Drosselkörpers 22 angeordnet und regelt die Luftströmung. Der Drosselaktuator 26 bewegt die Drosselklappe 24 in unterschiedliche Drosselpositionen, um basierend auf einem gewünschten Motordrehmoment eine gewünschte Drosselfläche zu erzeugen. Ein Steuermodul 28, das mit dem Drosselaktuator 26 in Verbindung steht, ermittelt die gewünschte Luftmenge, die in den Motor 12 gesaugt werden soll, und steuert dementsprechend den Drosselaktuator 26.
Das Motorsystem 10 umfasst einen Turbolader 32, der aktiviert werden kann, wenn dem Motor 12 befohlen wird, eine Motordrehmomentabgabe zu erhöhen. Wenn der Turbolader 32 nicht aktiviert ist, verwendet der Motor 12 die Abwärtsbewegung eines Kolbens, um den Unterdruck in dem Einlasskrümmer 14 zu erzeugen. Die Umgebungsluft wird aufgrund der Anwesenheit eines Unterdrucks in den Einlasskrümmer 14 und die Zylinder gesaugt.
Bei den Aufladungsanwendungen, bei denen der Turbolader 32 aktiviert ist, treibt das Abgas den Turbolader 32 an, um den Luftdruck an dem Auslass des Turboladers 32 zu erhöhen. Der Auslass des Turboladers 32 steht mit dem Einlass des Drosselkörpers 22 in Verbindung. Daher wird die Einlassluft an dem Einlass des Drosselkörpers 22 komprimiert. Die komprimierte Einlassluft kann schneller in die Zylinder gesaugt werden. Mit der erhöhten Luftströmung kann mehr Kraftstoff in die Zylinder eingespritzt werden, um die Motordrehmomentabgabe zu erhöhen. Das Steuermodul 28 umfasst ein Drosselsteuermodul 30, das die Einlassluftströmung durch den Drosselkörper 22 während des Aufladungsmodus regelt.
Ein Ladedruckregelventil 33 ist benachbart zu dem Einlass des Turboladers 32 vorgesehen, um Abgase weg von dem Turbinenrad des Turboladers 32 abzulenken. Die Ablenkung der Abgase regelt die Turbinendrehzahl, die wiederum die Drehzahl des Kompressors des Turboladers 32 und damit den maximalen Ladedruck in dem turbogeladenen System regelt. Ein Tastverhältnis des Ladedruckregelventils bezieht sich auf den Prozentanteil der Zeit, während der das Solenoid des Ladedruckregelventils aktiviert ist, um das Ladedruckregelventil 33 geschlossen zu halten. Ein höheres Tastverhältnis des Ladedruckregelventils hält das Ladedruckregelventil 33 länger geschlossen, wodurch ein höherer Abgasdruck über die Turbine erzeugt wird und der Ziel-Ladedruck schneller verbessert wird.
Das Motorsystem 10 umfasst ferner mehrere Sensoren, um den Motorbetrieb zu überwachen. Die mehreren Sensoren umfassen einen Einlasskrümmer-Luftdrucksensor (MAP-Sensor) 34, einen Motordrehzahlsensor 36, einen Luftmassenströmungssensor (MAF-Sensor) 38, einen Einlassluft-Temperatursensor (IAT-Sensor) 40, einen Sensor 42 für den barometrischen Druck (BP-Sensor) und einen Drosselpositionssensor 44, ohne auf diese beschränkt zu sein. Der MAP-Sensor 34 ist an dem Einlasskrümmer 14 vorgesehen und misst einen Einlasskrümmer-Absolutdruck. Der Motordrehzahlsensor 36 misst die Drehzahl (RPM) des Motors 12. Der MAF-Sensor 38 misst die Luftmasse, die durch den Einlasskrümmer 14 strömt. Der IAT-Sensor 40 misst eine Einlasslufttemperatur. Der BP-Sensor 42 misst den barometrischen Druck der Luft stromaufwärts des Drosselkörpers 22. Der Drosselpositionssensor 44 misst die Position der Drosselklappe 22. Optional kann ein Drucksensor 45 unmittelbar stromabwärts des Drosselkörpers 22 vorgesehen sein, um einen Luftdruck zu messen, unmittelbar nachdem die Luft den Drosselkörper 22 verlässt.
Auf 2 Bezug nehmend, umfasst das Drosselsteuermodul 30 ein Drosselflächen-Ermittlungsmodul 46, ein Drosselpositions-Ermittlungsmodul 48, ein Drosselzustands-Ermittlungsmodul 50, ein Druckvergleichsmodul 52, ein Anpassungsmodul 53, ein Drosselklappen-Steuermodul54, ein Ladedruckregelventil-Steuermodul 56 und ein Motorzustands-Ermittlungsmodul 58. Das Drosselflächen-Ermittlungsmodul 46 ermittelt eine gewünschte Drosselfläche basierend auf einem gewünschten Motordrehmoment anhand einer Drehmomentanforderung 56. Das Drosselpositions-Ermittlungsmodul 48 ermittelt eine gewünschte Drosselposition basierend auf der gewünschten Drosselfläche. Das Drosselpositions-Ermittlungsmodul 48 kann eine Nachschlagetabelle umfassen, die Korrelationen zwischen der Drosselfläche und der Drosselposition umfasst.
Das Drosselzustands-Ermittlungsmodul 50 ermittelt basierend auf Signalen von dem Drosselpositionssensor 44, ob sich der Drosselkörper 22 in einem gedrosselten Zustand oder in einem ungedrosselten Zustand befindet. In dem gedrosselten Zustand wird die Einlassluft gemäß einer gewünschten Drosselposition geregelt. In dem ungedrosselten Zustand wird die Luft nicht geregelt, und die Drosselklappe 24 befindet sich in einer Position (beispielsweise einer weit offenen Position), um eine maximale Luftströmung zu ermöglichen. Die maximale Luftmenge, der ermöglicht wird, durch den Drosselkörper 22 zu strömen, variiert mit der Motordrehzahl. Daher variiert die weit offene Position der Drosselklappe 24 mit der Motordrehzahl.
Das Druckvergleichsmodul 52 empfängt Druckmesswerte von dem MAP-Sensor 34 und dem BP-Sensor 42 sowie optional von dem Drucksensor 45. Das Druckvergleichsmodul 52 ermittelt einen Einlassdruck benachbart zu einem Einlass des Drosselkörpers 22, einen Auslassdruck benachbart zu einem Auslass des Drosselkörpers 22 und eine Druckdifferenz zwischen dem Einlassdruck und dem Auslassdruck.
Das Anpassungsmodul 53 ist vorgesehen, um die Drosselsteuerung für Aufladungsanwendungen anzupassen oder zu modifizieren, um sie für eine Situation geeignet zu machen, in welcher der Motor 12 gerade gestartet wird. Das Anpassungsmodul 53 vergleicht einen gewünschten Luftdruck (MAP) und einen Turbo-Basisdruck. Das Druckvergleichsmodul 52 passt die Drosselsteuerung an oder modifiziert diese basierend auf dem Vergleich zwischen dem gewünschten MAP und dem Turbo-Basisdruck.
Wenn der Motor 12 läuft, vergleicht das Druckvergleichsmodul 52 den Einlassdruck und den Auslassdruck und ermittelt, wie die Drosselklappe während Aufladungsanwendungen basierend auf dem Einlassdruck und dem Auslassdruck bewegt werden sollte. Wenn der Motor 12 gerade gestartet wird, ermittelt das Druckvergleichsmodul 52 basierend auf dem gewünschten MAP und dem Turbo-Basisdruck wie auch dem Einlassdruck und dem Auslassdruck, wie die Drosselklappe bewegt werden sollte. Das Druckvergleichsmodul 52 befiehlt, die Drosselklappe in Abhängigkeit von einem Motor-Laufzustand und dem gewünschten MAP sowie dem Turbo-Basisdruck durch den Drosselklappenaktuator 26 oder durch das Ladedruckregelventil 33 zu bewegen.
Das Motorzustands-Ermittlungsmodul 58 empfängt Signale von dem Motordrehzahlsensor 36, die angeben, ob der Motor 12 läuft oder gerade gestartet wird. Lediglich beispielhaft kann das Motorzustands-Ermittlungsmodul 58 ermitteln, dass der Motor 12 läuft, wenn die Motordrehzahl gleich einer Schwellenwertdrehzahl ist oder oberhalb dieser liegt. Wenn die Motordrehzahl unterhalb einer Schwellenwertdrehzahl liegt, kann das Motorzustands-Ermittlungsmodul 58 ermitteln, dass der Motor 12 gerade gestartet wird.
Insbesondere ermittelt das Druckvergleichsmodul 52 eine Druckdifferenz zwischen dem Einlassdruck und dem Auslassdruck und vergleicht die Druckdifferenz mit einem ersten Schwellenwert und einem zweiten Schwellenwert. Unter normalen Bedingungen (d. h. wenn der Motor 12 läuft und bei Aufladungsanwendungen), bei denen die Druckdifferenz unterhalb eines ersten Schwellenwerts liegt, steuert das Drosselklappen-Steuermodul 54 den Drosselklappenaktuator 26, um die Drosselklappe aus einer ersten Drosselposition in eine weit offene Position zu bewegen. Wenn die Druckdifferenz gleich dem ersten Schwellenwert ist oder oberhalb von diesem liegt, bewegt das Drosselklappen-Steuermodul 54 die Drosselklappe aus der ersten Drosselposition in eine zweite Drosselposition. Wenn sich die Drosselklappe in einer weit offenen Position befindet und wenn die Druckdifferenz einen zweiten Schwellenwert überschreitet, der größer als der erste Schwellenwert ist, bewegt das Drosselklappen-Steuermodul 54 die Drosselklappe aus der weit offenen Position in eine dritte Drosselposition. Wenn sich die Drosselklappe in einer weit offenen Position befindet und die Druckdifferenz unterhalb des zweiten Schwellenwerts liegt, bleibt die Drosselklappe in der weit offenen Position.
Der Umgebungsluftdruck, der durch den BP-Sensor 42 gemessen wird, kann als der Einlassdruck verwendet werden. Der MAP, der durch den MAP-Sensor 34 gemessen wird, kann als der Auslassdruck verwendet werden. Wenn der Drucksensor 45 vorgesehen ist, können die Druckmesswerte entweder von dem MAP-Sensor 34 oder von dem Drucksensor 45 verwendet werden. Alternativ kann das Minimum des MAP und des Druckwerts von dem Drucksensor 45 als der Auslassdruck verwendet werden, um sicherzustellen, dass die Druckdifferenz mehr dazu neigt, größer als der Schwellenwert zu sein.
Im Allgemeinen ist der Auslassdruck kleiner als der Einlassdruck. Wenn der Motor 12 in einem Nicht-Aufladungsmodus betrieben wird, beträgt der Einlassdruck ungefähr 1 bar (ungefähr 14,7 psi), und der Auslassdruck ist ein Unterdruck. In dem Aufladungsmodus sind der Einlass- und der Auslassdruck erhöht, und der Auslassdruck liegt im Allgemeinen in der Nähe des Einlassdrucks. Wenn der Auslassdruck in der Nähe des Einlassdrucks liegt, ist eine Oszillation der Drosselklappe 24 wahrscheinlich.
Im Folgenden beziehen sich „erste Drosselposition”, „zweite Drosselposition” oder „dritte Drosselposition” auf eine gewünschte Drosselposition, die durch das Drosselpositions-Ermittlungsmodul 48 basierend auf einem gewünschten Motordrehmoment ermittelt wird. Die weit offene Position bezieht sich auf eine Position, bei der die Drosselklappe 24 bis zu einem Ausmaß offen ist, um eine maximale Luftströmung bei einer speziellen Motordrehzahl zu ermöglichen. Die erste, zweite und dritte Drosselposition umfassen die weit offene Position nicht.
Wenn sich die Drosselklappe 24 in einem gedrosselten Zustand befindet (beispielsweise in der ersten Drosselposition) und die Druckdifferenz über den Drosselkörper 22 größer als ein erster Schwellenwert oder diesem gleich ist, steuert das Drosselklappen-Steuermodul 54 die Drosselklappe 24 gemäß einer gewünschten Drosselposition (beispielsweise der zweiten Drosselposition). Wenn die Druckdifferenz größer als der erste Schwellenwert oder diesem gleich ist, ist der Auslassdruck ausreichend kleiner als der Einlassdruck. Lediglich beispielhaft kann das Druckverhältnis des Auslassdrucks zu dem Einlassdruck unter 0,95 liegen. In dieser Situation ist eine Oszillation der Drosselklappe 24 weniger wahrscheinlich. Daher steuert das Drosselklappen-Steuermodul 54 die Drosselklappe 24 gemäß der gewünschten Drosselposition.
Wenn die Druckdifferenz über den Drosselkörper 22 unterhalb des ersten Schwellenwerts liegt, bewegt das Drosselklappen-Steuermodul 54 die Drosselklappe 24 in eine weit offene Position, um eine maximale Luftströmung zu ermöglichen. In der weit offenen Position ist die Einlassluft ungedrosselt und wird nicht geregelt.
Wenn die Druckdifferenz unterhalb des ersten Schwellenwerts liegt, liegt der Auslassdruck in der Nähe des Einlassdrucks. Wenn lediglich beispielhaft das Druckverhältnis des Auslassdrucks zu dem Einlassdruck auf ungefähr 0,95 oder darüber erhöht wird, führt eine kleine Änderung in dem Einlassdruck und dem Auslassdruck zu einer signifikanten Änderung in der Strömungsdichte der Einlassluft. Die gewünschte Drosselfläche und die gewünschte Drosselposition sind eine Funktion der Strömungsdichte. Daher wird die gewünschte Drosselposition ständig geändert, wenn eine geringfügige Schwankung in dem Einlass- und dem Auslassdruck auftritt.
In diesem Fall wird, wenn die Drosselklappe 24 gemäß der gewünschten Drosselposition gesteuert wird, die Drosselklappe 24 vor und zurück bewegt, um die Drosselklappe 24 an die sich ständig ändernde gewünschte Drosselposition anzupassen. Infolgedessen oszilliert die Drosselklappe 24.
Mit der Drosselsteuerstrategie der vorliegenden Offenbarung wird die Drosselklappe 24 in die weit offene Position bewegt, wenn die Druckdifferenz zwischen dem Einlassdruck und dem Auslassdruck unterhalb des ersten Schwellenwerts liegt. Die Drosselklappe 24 wird gesteuert, um in der weit offenen Position zu bleiben. Dadurch kann die Oszillation der Drosselklappe 24 vermieden werden.
Die Drosselklappe 24 wird aus der weit offenen Position in eine gewünschte Drosselposition (beispielsweise eine dritte Drosselposition) bewegt, wenn die Druckdifferenz über den Drosselkörper 22 größer als ein zweiter Schwellenwert oder diesem gleich wird. Die Drosselklappe 24 kann aus der dritten Drosselposition wieder in die weit offene Position bewegt werden, wenn die Druckdifferenz unter den ersten Schwellenwert fällt, wie zuvor beschrieben wurde. Der zweite Schwellenwert ist derart festgelegt, dass er größer als der erste Schwellenwert ist. Mit anderen Worten umfasst das Drosselsteuermodul 30 eine Hysterese, die ein pfadabhängiger Parameter ist. Die erforderliche Druckdifferenz zwischen dem Einlassdruck und dem Auslassdruck, um die Drosselklappe aus einer Drosselposition in eine weit offene Position zu bewegen, ist größer als diejenige, um die Drosselklappe aus einer weit offenen Position in eine Drosselposition zu bewegen.
Der zweite Schwellenwert ist größer als der erste Schwellenwert festgelegt, um Oszillationen zu vermeiden, die auftreten können, wenn die Druckdifferenz geringfügig oberhalb oder unterhalb des ersten Schwellenwerts liegt. Insbesondere kann dann, wenn sich die Drosselklappe 24 in der weit offenen Position befindet und die Druckdifferenz geringfügig unterhalb des ersten Schwellenwerts liegt, eine geringfügige Änderung in dem Einlassdruck und dem Auslassdruck bewirken, dass die Druckdifferenz den ersten Schwellenwert überschreitet. Wenn der gleiche Schwellenwert verwendet wird, wird die Drosselklappe 24 in die dritte Drosselposition bewegt. Die Drosselklappe 24 wird zurück in die weit offene Position bewegt werden, wenn die Druckdifferenz wieder geringfügig kleiner als der erste Schwellenwert wird. Infolgedessen oszilliert die Drosselklappe 24 zwischen einer weit offenen Position und einer gewünschten Drosselposition. Indem ein größerer zweiter Schwellenwert festgelegt wird, kann die Oszillation der Drosselklappe 24 vermieden werden.
Alternativ kann das Druckvergleichsmodul 52 ein Druckverhältnis des Auslassdrucks zu dem Einlassdruck ermitteln. Das Drosselklappen-Steuermodul 54 kann die Drosselklappe 24 basierend auf einem Vergleich zwischen dem Druckverhältnis und einem Schwellenwert steuern.
Wenn der Motor gerade gestartet wird, modifiziert das Anpassungsmodul 53 die Drosselsteuerstrategie basierend auf einem Vergleich zwischen dem gewünschten MAP und dem Turbo-Basisdruck. Der Turbo-Basisdruck bezieht sich auf den maximal erreichbaren Ladedruck mit einem Tastverhältnis des Ladedruckregelventils von 0%. Daher ist der Turbo-Basisdruck der maximal erreichbare Ladedruck, wenn das Ladedruckregelventil 33 vollständig offen ist, um das Abgas weg von dem Turbolader 32 abzulenken. Der Turbo-Basisdruck wird basierend auf Ausgestaltungsspezifikationen des Turboladers 32 ermittelt.
Wenn der Motor 12 gerade gestartet wird, berechnet das Drosselflächen-Ermittlungsmodul 46 eine gewünschte Drosselfläche nicht gemäß der Drehmomentanforderung 56. Stattdessen ermittelt das Drosselflächen-Ermittlungsmodul 46 eine Drosselfläche, die größer als diejenige ist, die der Drehmomentanforderung 56 entspricht. Lediglich beispielhaft kann das Drosselflächen-Ermittlungsmodul 46 eine größere Drosselfläche als notwendig ermitteln, und das Drosselklappen-Steuermodul 54 kann die Drosselklappe während eines Motorstarts in eine weit offene Position bewegen. Das Drosselflächen-Ermittlungsmodul 46 beginnt, eine gewünschte Drosselfläche zu ermitteln, die der Drehmomentanforderung 56 entspricht, wenn der Krümmerdruck (d. h. der Auslassdruck) und der Vor-Drosseldruck (d. h. der Einlassdruck) zuzunehmen beginnen. Wenn das Anpassungsmodul 53 nicht vorgesehen ist, würde das Drosselklappen-Steuermodul 54 die Drosselklappe aus der weit offenen Position in eine Drosselposition überleiten, wenn eine Differenz zwischen dem Einlassdruck und dem Auslassdruck größer als ein zweiter Schwellenwert ist (mit Hysterese), wie zuvor beschrieben wurde. Dies würde während des Motorstarts eine Verzögerung bei der Bewegung der Drosselklappe aus der weit offenen Position in eine Drosselposition bewirken und zu einem Überschwingen in dem MAP führen (lediglich beispielhaft auf 15 kPa). Ein Überschwingen in dem MAP verursacht eine Oszillation der Drosselklappe.
Wenn der Motor 12 gerade gestartet wird oder wenn die Druckdifferenz zwischen dem Einlassdruck und dem Auslassdruck gleich dem zweiten Schwellenwert oder größer als dieser ist, sollte der gewünschte MAP gleich dem Turbo-Basisdruck oder kleiner als dieser sein, um die Drosselklappe aus einem ungedrosselten Zustand (d. h. aus einer weit offenen Position) in einen gedrosselten Zustand (beispielsweise eine gewünschte Drosselposition) zu bewegen. Eine Hysterese wird bei dem Vergleich zwischen dem gewünschten MAP und dem Turbo-Basisdruck nicht hinzuaddiert. Infolgedessen kann ein Überschwingen in dem MAP vermieden werden, wodurch die Oszillation der Drosselklappe vermieden wird.
Um die Drosselklappe aus der gedrosselten Position in eine weit offene Position zu bewegen, muss der gewünschte MAP größer als eine Summe des Turbo-Basisdrucks und einer Hysterese sein, und die Druckdifferenz zwischen dem Einlassdruck und dem Auslassdruck muss unterhalb eines ersten Schwellenwerts liegen. Eine Hysterese wird bei dem Vergleich zwischen dem gewünschten MAP und dem Turbo-Basisdruck addiert. Wenn der gewünschte MAP nicht größer als die Summe des Turbo-Basisdrucks und der Hysterese ist, kann die Drosselklappe unabhängig von der Druckdifferenz zwischen dem Einlassdruck und dem Auslassdruck nicht aus einem gedrosselten Zustand in einen ungedrosselten Zustand bewegt werden. In Ansprechen auf den Befehl von dem Druckvergleichsmodul 52 bewegt das Drosselklappen-Steuermodul 54 die Drosselklappe in die weit offene Position.
Alternativ kann das Druckvergleichsmodul 52 dann, wenn der gewünschte MAP größer als der Turbo-Basisdruck ist, das Drosselklappen-Steuermodul 54 deaktivieren. Das Ladedruckregelventil-Steuermodul 56 kann aktiviert werden, um als der primäre Aktuator verwendet zu werden, um die Drosselposition zu steuern.
Wenn der Motor nicht läuft, bewegt das Drosselklappen-Steuermodul 54 die Drosselklappe gemäß der gewünschten Drosselposition.
Nun auf 3 Bezug nehmend, beginnt ein Verfahren 80 zum Steuern einer Drosselklappe bei Schritt 82. Bei Schritt 84 ermittelt das Drosselflächen-Ermittlungsmodul 46 eine gewünschte Drosselfläche, und das Drosselpositions-Ermittlungsmodul 48 ermittelt eine gewünschte Drosselposition basierend auf der gewünschten Drosselfläche. Das Druckvergleichsmodul 52 ermittelt bei Schritt 86 eine Druckdifferenz über den Drosselkörper 22. Wenn der Motor 12 bei Schritt 88 läuft, ermittelt das Drosselzustands-Ermittlungsmodul 50 bei Schritt 92, ob sich der Drosselkörper 22 in einem gedrosselten Zustand befindet. Wenn sich der Drosselkörper 22 in dem gedrosselten Zustand befindet, ermittelt das Druckvergleichsmodul 52 bei Schritt 94, ob der gewünschte MAP größer als eine Summe des Turbo-Basisdrucks und einer Hysterese ist. Wenn der gewünschte MAP bei Schritt 94 größer als eine Summe des Turbo-Basisdrucks und einer Hysterese ist, ermittelt das Druckvergleichsmodul 52 bei Schritt 96 weiterhin, ob die Druckdifferenz zwischen dem Einlassdruck und dem Auslassdruck unterhalb eines ersten Schwellenwerts liegt. Wenn die Druckdifferenz unterhalb des ersten Schwellenwerts liegt, wird die Drosselklappe 24 bei Schritt 98 in eine weit offene Position bewegt, um eine maximale Luftströmung zu ermöglichen. Wenn der gewünschte MAP bei Schritt 94 nicht größer als eine Summe des Turbo-Basisdrucks und einer Hysterese ist oder wenn die Druckdifferenz zwischen dem Einlassdruck und dem Auslassdruck bei Schritt 96 nicht unterhalb des ersten Schwellenwerts liegt, schreitet das Verfahren 80 zu Schritt 100 voran. Bei Schritt 100 wird die Drosselklappe 24 gemäß der gewünschten Drosselposition gesteuert.
Wenn sich der Drosselkörper 22 bei Schritt 92 in einem ungedrosselten Zustand befindet (d. h. die Drosselklappe 24 befindet sich in einer weit offenen Position), ermittelt das Druckvergleichsmodul 52 bei Schritt 102, ob der gewünschte MAP größer als der Turbo-Basisdruck ist. Wenn der gewünschte MAP größer als der Turbo-Basisdruck ist, ermittelt das Druckvergleichsmodul 52 bei Schritt 104 weiterhin, ob die Druckdifferenz zwischen dem Einlassdruck und dem Auslassdruck unterhalb eines zweiten Schwellenwerts liegt. Wenn die Druckdifferenz bei Schritt 98 unterhalb des zweiten Schwellenwerts liegt, bleibt die Drosselklappe 24 bei Schritt 106 in der weit offenen Position. Wenn der gewünschte MAP bei Schritt 102 nicht größer als der Turbo-Basisdruck ist oder wenn die Druckdifferenz zwischen dem Einlassdruck und dem Auslassdruck bei Schritt 98 größer als der zweite Schwellenwert oder diesem gleich ist, wird die Drosselklappe 24 bei Schritt 100 gemäß der gewünschten Drosselposition gesteuert.
Wenn der Motor 88 bei Schritt 88 nicht läuft, steuert das Drosselklappen-Steuermodul 54 die Drosselklappe bei Schritt 108 gemäß der gewünschten Drosselposition. Das Verfahren 80 endet bei Schritt 110.

Claims

Drosselsteuersystem, das umfasst: ein Druckvergleichsmodul (52), das einen Einlassdruck stromaufwärts eines Drosselkörpers (22) und einen Auslassdruck stromabwärts des Drosselkörpers (22) ermittelt; und ein Drosselklappen-Steuermodul (54), das eine Position einer Drosselklappe (24) basierend auf dem Einlassdruck und dem Auslassdruck steuert, wobei das Drosselklappen-Steuermodul (54) die Position der Drosselklappe (24) basierend auf dem Einlassdruck, dem Auslassdruck, einem gewünschten Luftmassendruck (MAP) und einem Turbo-Basisdruck steuert, wenn ein Motor (12) gestartet wird, wobei das Drosselklappen-Steuermodul (54) die Drosselklappe (24) aus einer weit offenen Position in eine gewünschte Drosselposition bewegt, wenn der gewünschte MAP nicht größer als der Turbo-Basisdruck ist oder wenn eine Differenz zwischen dem Einlassdruck und dem Auslassdruck gleich einem zweiten Schwellenwert oder größer als dieser ist, oder wobei das Drosselklappen-Steuermodul (54) die Drosselklappe (24) aus einer ersten Drosselposition in eine zweite Drosselposition bewegt, wenn der gewünschte MAP größer als eine Summe des Turbo-Basisdrucks und einer Hysterese ist und wenn die Druckdifferenz zwischen dem Einlassdruck und dem Auslassdruck unterhalb eines ersten Schwellenwerts liegt, oder ferner ein Ladedruckregelventil-Steuermodul (56) umfassend, das selektiv aktiviert wird, um ein Ladedruckregelventil (33) zu steuern, um die Drosselklappe (24) in eine gewünschte Drosselposition zu bewegen, wenn der gewünschte MAP größer als der Turbo-Basisdruck ist.
Drosselsteuersystem nach Anspruch 1, wobei das Drosselklappen-Steuermodul (54) die Position der Drosselklappe (24) während Aufladungsanwendungen basierend auf dem Einlassdruck und dem Auslassdruck steuert.
Drosselsteuersystem nach Anspruch 2, wobei das Drosselklappen-Steuermodul (54) die Drosselklappe (24) aus der ersten Drosselposition in die zweite Drosselposition bewegt, wenn eine Druckdifferenz zwischen dem Einlassdruck und dem Auslassdruck größer als der erste Schwellenwert oder diesem gleich ist.
Drosselsteuersystem nach Anspruch 3, wobei das Drosselklappen-Steuermodul (54) die Drosselklappe aus der ersten Drosselposition in die weit offene Position bewegt, wenn die Druckdifferenz unterhalb des ersten Schwellenwerts liegt. wobei das Drosselklappen-Steuermodul (54) die Drosselklappe (24) aus der weit offenen Position in eine dritte Drosselposition überleitet, wenn die Druckdifferenz größer als der zweite Schwellenwert oder diesem gleich ist, wobei die dritte Drosselposition basierend auf einem gewünschten Motordrehmoment ermittelt wird, und wobei der zweite Schwellenwert vorzugsweise größer als der erste Schwellenwert ist.
Drosselsteuersystem nach Anspruch 1, wobei das Druckvergleichsmodul (52) ein Druckverhältnis des Auslassdrucks zu dem Einlassdruck ermittelt und das Drosselklappen-Steuermodul (54) die Drosselklappe (24) basierend auf dem Druckverhältnis bewegt, und/oder wobei der Einlassdruck der barometrische Druck ist und der Auslassdruck der Krümmerluftdruck ist.
Verfahren zum Steuern einer Drosselklappe (24), umfassend, dass: ein Einlassdruck stromaufwärts eines Drosselkörpers (22) und ein Auslassdruck stromabwärts des Drosselkörpers (22) ermittelt werden; und eine Drosselklappe (24) basierend auf dem Einlassdruck und dem Auslassdruck gesteuert wird, die Position der Drosselklappe (24) basierend auf dem Einlassdruck, dem Auslassdruck, einem gewünschten Luftmassendruck (MAP) und einem Turbo-Basisdruck gesteuert wird, wenn ein Motor (12) gestartet wird, und i) die Drosselklappe (24) aus einer weit offenen Position in eine gewünschte Drosselposition bewegt wird, wenn der gewünschte MAP nicht größer als der Turbo-Basisdruck ist oder wenn eine Differenz zwischen dem Einlassdruck und dem Auslassdruck gleich einem zweiten Schwellenwert ist oder oberhalb von diesem liegt, oder ii) die Drosselklappe (24) aus einer ersten Drosselposition in eine zweite Drosselposition bewegt wird, wenn der gewünschte MAP größer als eine Summe eines Turbo-Basisdrucks und einer Hysterese ist und wenn eine Differenz zwischen dem Einlassdruck und dem Auslassdruck kleiner als ein erster Schwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend, dass die Drosselklappe (24) aus der ersten Drosselposition in die zweite Drosselposition bewegt wird, wenn eine Druckdifferenz zwischen dem Einlassdruck und dem Auslassdruck größer als der erste Schwellenwert oder diesem gleich ist, wobei die erste Drosselposition und die zweite Drosselposition basierend auf einem gewünschten Motordrehmoment ermittelt werden, und/oder wobei der Einlassdruck der barometrische Druck ist und der Auslassdruck der Krümmerluftdruck ist.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend, dass die Drosselklappe (24) in eine weit offene Position bewegt wird, wenn die Druckdifferenz unterhalb des ersten Schwellenwerts liegt, und ferner umfassend, dass die Drosselklappe (24) aus der weit offenen Position in eine dritte Drosselposition bewegt wird, wenn die Druckdifferenz größer als der zweite Schwellenwert oder diesem gleich ist, wobei der zweite Schwellenwert größer als der erste Schwellenwert ist und die dritte Drosselposition basierend auf dem gewünschten Motordrehmoment ermittelt wird.