DE102010009422A1

DE102010009422A1 - Systeme und Verfahren zum Messen des Motorladedrucks

Info

Publication number: DE102010009422A1
Application number: DE102010009422A
Authority: DE
Inventors: John Highland Coppola
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-03-16
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2010-12-30
Anticipated expiration: 2030-02-27
Also published as: US8205601B2; DE102010009422B4; CN101929393B; US20100229840A1; CN101929393A

Abstract

Ein Motorsystem umfasst ein Korrekturfaktorerzeugungsmodul und ein Ladedruckkorrekturmodul. Das Korrekturfaktorerzeugungsmodul erzeugt auf Grundlage einer ersten Druckdifferenz einen Korrekturfaktor, wobei die erste Druckdifferenz einer Differenz zwischen einem Ansaugkrümmerabsolutdruck (MAP) bei eingeschaltetem Motor und einem barometrischen Druck entspricht. Das Ladedruckkorrekturmodul erzeugt auf Grundlage des MAP bei eingeschaltetem Motor, einer zweiten Druckdifferenz und des Korrekturfaktors einen korrigierten Ladedruck, wobei die zweite Druckdifferenz einer Differenz zwischen dem MAP bei ausgeschaltetem Motor und dem barometrischen Druck entspricht.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf zwangsbeatmete Motorsysteme (forced induction (FI) engine systems) und insbesondere auf Systeme und Verfahren zum Messen des Motorladedrucks.
HINTERGRUND
Die hier gegebene Beschreibung des Hintergrunds bezweckt eine allgemeine Darstellung des Kontexts der Offenbarung. Die Arbeit der genannten Erfinder, soweit sie in diesem Hintergrundabschnitt beschrieben wird, sowie Aspekte der Beschreibung, die nicht anderweitig als Stand der Technik zur Zeit der Anmeldung in Frage kommen, werden weder explizit noch implizit als Stand der Technik gegenüber der vorliegenden Offenbarung anerkannt.
Zwangsbeatmete Motorsysteme (FI-Motorsysteme) sind eine leistungsstärkere Alternative zu ähnlich ausgelegten selbst ansaugenden Motorsystemen (NA-Motorsysteme). Bei FI-Motorsystemen komprimiert ein Luftkompressor Luft, um die in einen Ansaugkrümmer eingespeiste Luftmenge zu steigern. Die komprimierte Luft wird typischerweise als Aufladung bezeichnet. Die Aufladung vermehrt den für die Verbrennung verfügbaren Sauerstoff, was wiederum zu einer vermehrten Leistungsabgabe führen kann. Beispielsweise kann mehr Kraftstoff eingespritzt werden und die größere Menge an Luft/Kraftstoff-Gemisch (L/K-Gemisch) kann verbrannt werden, um die Leistung zu steigern.
Ein FI-Motor kann einen Turbolader und/oder einen Verdrängerlader bzw. ein Aufladegebläse umfassen. Ein Turbolader umfasst eine Turbine, die durch Abgas angetrieben wird. Ein Verdrängerlader umfasst eine Turbine, die mechanisch angetrieben wird. Beispielsweise kann eine Verdrängerladerturbine durch einen Riemen, ein Zahnrad, eine Welle oder eine Kette, die mit einer Motorkurbelwelle verbunden ist, angetrieben sein.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Motorsystem umfasst ein Korrekturfaktorerzeugungsmodul und ein Ladedruckkorrekturmodul. Das Korrekturfaktorerzeugungsmodul erzeugt auf Grundlage einer ersten Druckdifferenz einen Korrekturfaktor, wobei die erste Druckdifferenz einer Differenz zwischen einem Ansaugkrümmerabsolutdruck (MAP) bei eingeschaltetem Motor und einem barometrischen Druck entspricht. Das Ladedruckkorrekturmodul erzeugt auf Grundlage des MAP bei eingeschaltetem Motor, einer zweiten Druckdifferenz und des Korrekturfaktors einen korrigierten Ladedruck, wobei die zweite Druckdifferenz einer Differenz zwischen dem MAP bei ausgeschaltetem Motor und dem barometrischen Druck entspricht.
Ein Verfahren umfasst das Erzeugen eines Korrekturfaktors auf Grundlage einer ersten Druckdifferenz, wobei die erste Druckdifferenz einer Differenz zwischen einem Ansaugkrümmerabsolutdruck (MAP) bei eingeschaltetem Motor und einem barometrischen Druck entspricht, und das Erzeugen eines korrigierten Ladedrucks auf Grundlage des MAP bei eingeschaltetem Motor, einer zweiten Druckdifferenz und dem Korrekturfaktor, wobei die zweite Druckdifferenz einer Differenz zwischen dem MAP bei ausgeschaltetem Motor und dem barometrischen Druck entspricht.
Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Offenbarung werden aus der nachstehend gegebenen genauen Beschreibung deutlich. Selbstverständlich sind die genaue Beschreibung und die spezifischen Beispiele lediglich zur Veranschaulichung gedacht und nicht dazu gedacht, den Umfang der Offenbarung zu begrenzen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Offenbarung wird vollständiger verstanden anhand der genauen Beschreibung und der begleitenden Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigt:
1 einen funktionalen Blockschaltplan eines zwangsbeatmeten Motorsystems (FI-Motorsystems) gemäß der vorliegenden Offenbarung;
2 einen funktionalen Blockschaltplan eines Steuermoduls gemäß der vorliegenden Offenbarung; und
3 einen Ablaufplan eines Verfahrens zum Messen des Motorladedrucks gemäß der vorliegenden Offenbarung.
GENAUE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft, wobei keineswegs beabsichtigt ist, die Offenbarung, ihre Anwendung oder ihre Verwendungen zu beschränken. Der Klarheit halber werden in den Zeichnungen dieselben Bezugszeichen zum Kennzeichnen ähnlicher Elemente verwendet. Der Ausdruck ”wenigstens eines von A, B und C”, wie er hier verwendet wird, soll als logisches ”A oder B oder C” unter Verwendung eines nicht-exklusiven logischen ODER interpretiert werden. Wohl gemerkt können die Schritte in einem Verfahren in unterschiedlicher Reihenfolge ausgeführt werden, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu verändern.
Der Begriff ”Modul”, wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, eigens zugewiesen oder für eine Gruppe) mit Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität verschaffen.
Ladedrucksensoren (d. h. Krümmerabsolutdruck- oder MAP-Sensoren) besitzen im Allgemeinen absolute Sensorabweichungen. Nur als Beispiel kann die absolute Sensorabweichung ±/–10 kPa betragen. Absolute Sensorabweichungen können bei verschiedenen Aufladungspegeln verschiedene Auswirkungen haben. Nur als Beispiel kann ein Ladedrucksensor mit einer ±/–10-kPa-Abweichung bei 300 kPa Aufladung eine Abweichung von etwa 3% haben. Umgekehrt kann ein Ladedrucksensor mit einer +/–10-kPa-Abweichung bei 100 kPa Aufladung (d. h. atmosphärischem Druck) eine Abweichung von etwa 10% haben.
Eine genaue Ladedruckmessung kann die Leistung verbessern. Beispielsweise können die Kraftstoffeinspritzzeitpunkte und/oder die Zündzeitpunkte auf Grundlage eines gemessenen Ladedrucks eingestellt werden. Eine ungenaue Ladedruckmessung kann zu einer verschlechterten Leistung und/oder Wirtschaftlichkeit führen.
In 1 ist ein beispielhaftes zwangsbeatmetes Motorsystem (FI-Motorsystem) 100 gezeigt. Das FI-Motorsystem umfasst einen Motor 102. Bei spielsweise kann der Motor 102 ein Motor mit Saugrohreinspritzung oder ein Motor mit Direkteinspritzung, ein Motor mit Kompressionszündung (CI) wie etwa ein Dieselmotor, ein Motor mit Homogenladung und Kompressionszündung und dergleichen sein
Der Motor 102 umfasst mehrere Zylinder 104. Obwohl sechs Zylinder gezeigt sind, können wohlgemerkt andere Zylinderkonfigurationen verwendet werden. Beispielsweise kann der Motor 104 2, 3, 4, 5, 8, 10, 12 oder 16 Zylinder aufweisen. Bei SIDI-Motoren kann jeder Zylinder 104 eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 106 und eine Zündkerze 108 aufweisen.
Durch einen Lufteinlass 110 wird Luft in den Motor 102 angesaugt. Der Lufteinlass 110 ist mit einem Luftkompressor 112 verbunden. Der Luftkompressor 112 zwingt die Luft bei einem Druck, der höher als der atmosphärische Druck ist, in einen Ansaugkrümmer 114. Beispielsweise kann der Luftkompressor 112 entweder ein Turbolader oder ein Verdrängerlader sein. Bei einem Turbolader-Luftkompressor 112 treibt Abgas von einem Auspuffkrümmer 118 eine Turbine des Luftkompressors 112 an. Bei einem Verdrängerlader-Luftkompressor 112 treibt mechanische Leistung von einer mit einer Kurbelwelle 122 verbundenen Vorrichtung 120 die Turbine des Luftkompressors 112 an. Die Vorrichtung 120 kann beispielsweise ein Riemen, ein Zahnrad, eine Welle oder eine Kette sein.
Die komprimierte Luft wird in den Ansaugkrümmer 114 gezwungen. Der Ansaugkrümmer 114 weist einen Krümmerabsolutdruck- bzw. Absolutladedrucksensor (MAP-Sensor) 116 (d. h. einen Aufladungssensor) auf, der den Luftdruck im Ansaugkrümmer 114 misst.
Der Ansaugkrümmer 114 verteilt die komprimierte Luft zu den Zylindern 104. Die komprimierte Luft wird mit Kraftstoff kombiniert, um ein Luft- und Kraftstoff-Gemisch (L/K-Gemisch) zu erzeugen. Das L/K-Gemisch in den Zylindern 104 wird dann verbrannt. Bei SIDI-Motoren wird das L/K-Gemisch mit Hilfe der Zündkerzen 108 verbrannt. Bei CI-Motoren wird das L/K-Gemisch verbrannt, indem es mit Hilfe eines Kolbens (nicht gezeigt) komprimiert wird.
Die Verbrennung des L/K-Gemischs in den Zylindern 104 treibt Kolben (nicht gezeigt) an, die die Kurbelwelle 122 rotatorisch drehen, um ein Antriebsmoment zu erzeugen. Abgase von den Zylindern 104 werden durch den Auspuffkrümmer 108 und eine Abgasanlage (nicht gezeigt) aus dem Motor 102 abgeleitet. Die Abgase können auch teilweise in den Kreislauf zurück gebracht (d. h. zurückgeleitet) werden, um die Turboladerturbine 112 anzutreiben.
Die FI-Motorsysteme 100 umfassen außerdem ein Steuermodul 124. Das Steuermodul 124 kommuniziert mit verschiedenen Komponenten des FI-Motorsystems 100 und/oder steuert diese. Das Steuermodul 124 kann beispielsweise die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 106 und die Zündkerzen 108 steuern, um die Verbrennung zu optimieren.
Das Steuermodul 124 kann einen Barometerdrucksensor 126 umfassen, jedoch kann dieser wohlgemerkt an beliebiger Stelle im FI-Motorsystem 100 angeordnet sein. Der Barometerdrucksensor 126 erzeugt ein Barometerdrucksignal (Baro), das auf dem barometrischen (d. h. dem atmosphärischen) Druck basiert.
Das Steuermodul 124 kann außerdem mit einem Schlüsselsensor 128 und einem Zündungssensor 130 kommunizieren. Der Schlüsselsensor 128 kann ermitteln, ob ein Schlüssel in einen Zündungscontroller (nicht gezeigt) des Motors 102 eingeführt ist. Der Zündungssensor 130 kann er mitteln, ob der Motor 102 gestartet (d. h. gezündet) worden ist. Das Steuermodul 124 kann den Schlüsselsensor 128 und den Zündungssensor 130 gemeinsam dazu verwenden, zu ermitteln, ob ein Schlüssel-ein-Zündung-aus-(key-on, ignition-off, KOIO)-Ereignis vorliegt. Ein KOIO-Ereignis tritt beispielsweise ein, wenn der Schlüssel in den Zündungscontroller (nicht gezeigt) des Fahrzeugs (nicht gezeigt) eingeführt, jedoch der Motor 102 noch nicht gestartet worden ist. Mit anderen Worten, während eines KOIO-Ereignisses können beispielsweise Motorkomponenten (d. h. Sensoren) mittels Batterieleistung laufen.
In 2 umfasst das Steuermodul 124 den Barometerdrucksensor 126, ein Ladedruckkorrekturmodul 200, ein Korrekturfaktorerzeugungsmodul 210 und ein Verbrennungssteuerungsmodul 220.
Das Ladedruckkorrekturmodul 200 kann das Barometerdrucksignal (Baro) vom Barometerdrucksensor 126, ein Ladedrucksignal (Boost) vom MAP-Sensor 116 und ein KOIO-Signal 128, 130 empfangen. Das KOIO-Signal 128, 130 kann beispielsweise einem Schlüssel-ein-Signal vom Schlüsselsensor 128 und einem Zündung-ein-Signal vom Zündungssensor 130 entsprechen.
Das Ladedruckkorrekturmodul 200 erzeugt ein Signal für korrigierten Ladedruck (Boost_CORR). Boost_CORR kann beispielsweise auf einem Signal für Ladedruck vor der Zündung (Boost₁), einem Nachzündungs-Ladedrucksignal (Boost₂), dem Barometerdrucksignal (Baro) und einem Korrekturfaktor (CF) basieren. Genauer kann das Signal für korrigierten Ladedruck Boost_CORR wie folgt erzeugt werden: BoostCORR = Boost2 + [(Boost1 – Baro) × CF], wobei Boost₁ während eines KOIO-Ereignisses (d. h. vor der Zündung) MAP entspricht, Boost₂ nach einem KOIO-Ereignis (d. h. nach der Zündung) MAP entspricht und Baro während des KOIO-Ereignisses dem barometrischen Druck entspricht.
Das Korrekturfaktorerzeugungsmodul 210 erzeugt den Korrekturfaktor (CF) anhand des zweiten Ladedrucksignals (Boost₂) und des Barometerdrucksignals (Baro). Der Korrekturfaktor (CF) kann je nach Genauigkeit des Ladedrucksignals (Boost) ein Wert zwischen null und eins sein. Der Korrekturfaktor (CF) kann beispielsweise auf vorgegebenen Werten basieren, die in einer Nachschlagetabelle gespeichert sind. Mit anderen Worten, der Korrekturfaktor (CF) kann kleiner sein, wenn das Ladedrucksignal (Boost) hoch (z. B. gleich 300 kPa) ist, weil der MAP-Sensor 116 bei hohen Druckpegeln genauer sein kann.
Das Verbrennungssteuerungsmodul 220 empfängt das Signal für korrigierten Ladedruck (Boost_CORR). Das Verbrennungssteuerungsmodul 220 kann Komponenten des Motorsystems 100 auf Grundlage des Signals für korrigierten Ladedruck (Boost_CORR) steuern. Das Verbrennungssteuerungsmodul 220 kann beispielsweise Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 106 und/oder Zündkerzen 108 auf Grundlage des Signals für korrigierten Ladedruck (Boost_CORR) steuern.
In 3 beginnt ein Ablaufplan eines Verfahrens zum Messen des Ladedrucks im Schritt 300. Im Schritt 302 ermittelt das Steuermodul 124, ob ein Schlüssel-ein-Zündung-aus-(KOIO)-Ereignis vorliegt. Wenn nein, kann die Steuerung zum Schritt 302 zurückkehren. Wenn ja, kann die Steuerung zum Schritt 304 weitergehen.
Im Schritt 304 misst das Steuermodul 124 den Ladedruck (Boost₁) mit Hilfe des MAP-Sensors 116. Im Schritt 306 misst das Steuermodul 124 den barometrischen Druck (Baro) mit Hilfe des Barometerdrucksensors 126. Im Schritt 308 berechnet das Steuermodul 124 die anfängliche Druckdifferenz (P_DIFF) zwischen dem Ladedruck (Boost₁) und dem barometrischen Druck (Baro).
Im Schritt 310 ermittelt das Steuermodul 124, ob der Motor 102 gestartet ist (d. h. das KOIO-Ereignis geendet hat). Wenn ja, kann die Steuerung zum Schritt 312 weitergehen. Wenn nein, kann die Steuerung zum Schritt 302 zurückkehren.
Im Schritt 312 misst das Steuermodul 124 wieder den Ladedruck (Boost₂) mit Hilfe des MAP-Sensors 116. Jedoch läuft der Motor 102 nun, womit sich der Ladedruck (Boost₂) vom barometrischen Druck (Baro) unterscheiden kann. Im Schritt 314 berechnet das Steuermodul 124 eine Barometerdruckdifferenz (Baro_DIFF) zwischen dem Ladedruck (Boost₂) und dem barometrischen Druck (Baro) (z. B. Baro_DIFF = Baro – Boost₂).
Im Schritt 316 erzeugt das Steuermodul 124 den Korrekturfaktor (CF) auf Grundlage der Barometerdruckdifferenz (Baro_DIFF). Im Schritt 318 kann das Steuermodul 124 das Signal für korrigierten Ladedruck (Boost_CORR) auf Grundlage der folgenden Formel: BoostCORR = BooSt2 + (PDIFF × CF)erzeugen.
Im Schritt 320 kann das Steuermodul 124 Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 106 und/oder Zündkerzen 108 auf Grundlage des korrigierten Ladedrucks (Boost_CORR) steuern. Die Steuerung kann im Schritt 322 enden.
Ein Fachmann auf dem Gebiet kann nun aus der vorangehenden Beschreibung erkennen, dass die weit reichenden Lehren der vorliegenden Offenbarung in verschiedenen Formen umgesetzt sein können. Daher soll, obwohl diese Offenbarung spezielle Beispiele enthält, der wahre Umfang der Offenbarung nicht darauf begrenzt sein, da dem erfahrenen Praktiker nach einem Studium der Zeichnungen, der Patentbeschreibung und der folgenden Ansprüche weitere Abänderungen offenbar werden.

Claims

Motorsystem, das umfasst: ein Korrekturfaktorerzeugungsmodul, das auf Grundlage einer ersten Druckdifferenz einen Korrekturfaktor erzeugt, wobei die erste Druckdifferenz einer Differenz zwischen einem Ansaugkrümmerabsolutdruck (MAP) bei eingeschaltetem Motor und einem barometrischen Druck entspricht; und ein Ladedruckkorrekturmodul, das auf Grundlage des MAP bei eingeschaltetem Motor, einer zweiten Druckdifferenz und des Korrekturfaktors einen korrigierten Ladedruck erzeugt, wobei die zweite Druckdifferenz einer Differenz zwischen dem MAP bei ausgeschaltetem Motor und dem barometrischen Druck entspricht.
Motorsystem nach Anspruch 1, wobei der korrigierte Ladedruck durch Addieren des MAP bei eingeschaltetem Motor zu einem Produkt aus der zweiten Druckdifferenz und dem Korrekturfaktor erzeugt wird.
Motorsystem nach Anspruch 1, wobei der Korrekturfaktor größer oder gleich null und kleiner oder gleich eins ist, und/oder wobei der Korrekturfaktor abnimmt, wenn die erste Druckdifferenz zunimmt, und wobei der Korrekturfaktor zunimmt, wenn die erste Druckdifferenz abnimmt.
Motorsystem nach Anspruch 1, das ferner umfasst: einen MAP-Sensor, der den MAP anhand eines Drucks in einem Ansaugkrümmer des Motors erzeugt, und/oder das ferner umfasst: einen Barometerdrucksensor, der den barometrischen Druck anhand des atmosphärischen Drucks erzeugt, und/oder das ferner umfasst: ein Verbrennungssteuerungsmodul, das mehrere Kraftstoffeinspritzvorrichtungen und/oder mehrere Zündkerzen auf Grundlage des korrigierten Ladedrucks steuert.
Motorsystem nach Anspruch 1, das ferner umfasst: einen Luftkompressor, der bei einem Druck, der höher als der atmosphärische Druck ist, Luft in einen Ansaugkrümmer hinein presst, insbesondere wobei der Luftkompressor entweder einen Turbolader oder einen Verdrängerlader umfasst.
Motorsystem nach Anspruch 1, das ferner umfasst: einen Schlüsselsensor, der ermittelt, ob ein Schlüssel in einen Zündungscontroller eingeführt ist; und einen Zündungssensor, der ermittelt, ob der Schlüssel gedreht ist der Motor gestartet ist, wobei die erste Druckdifferenz einer Zeit, die zwischen dem Einführen des Schlüssels in den Zündungscontroller und dem Starten des Motors vergangen ist, entspricht und wobei die zweite Druckdif ferenz einer Zeit, die nach dem Starten des Motors vergangen ist, entspricht.
Verfahren, das umfasst: Erzeugen eines Korrekturfaktors auf Grundlage einer ersten Druckdifferenz, wobei die erste Druckdifferenz einer Differenz zwischen einem Ansaugkrümmerabsolutdruck (MAP) bei eingeschaltetem Motor und einem barometrischen Druck entspricht; und Erzeugen eines korrigierten Ladedrucks auf Grundlage des MAP bei eingeschaltetem Motor, einer zweiten Druckdifferenz und des Korrekturfaktors, wobei die zweite Druckdifferenz einer Differenz zwischen dem MAP bei ausgeschaltetem Motor und dem barometrischen Druck entspricht.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der korrigierte Ladedruck durch Addieren des MAP bei eingeschaltetem Motor zu einem Produkt aus der zweiten Druckdifferenz und dem Korrekturfaktor erzeugt wird, und/oder wobei der Korrekturfaktor größer oder gleich null und kleiner oder gleich eins ist, und/oder wobei der Korrekturfaktor abnimmt, wenn die erste Druckdifferenz zunimmt, und wobei der Korrekturfaktor zunimmt, wenn die erste Druckdifferenz abnimmt, und/oder das ferner umfasst: Erzeugen des MAP auf Grundlage eines Drucks in einem Ansaugkrümmer des Motors, und/oder das ferner umfasst: Erzeugen des barometrischen Drucks anhand des atmosphärischen Drucks, und/oder das ferner umfasst: Steuern mehrerer Kraftstoffeinspritzvorrichtungen und/oder mehrerer Zündkerzen auf Grundlage des korrigierten Ladedrucks.
Verfahren nach Anspruch 7, das ferner umfasst: Pressen von Luft in einen Ansaugkrümmer hinein bei einem Druck, der höher als der atmosphärische Druck ist, insbesondere wobei entweder ein Turbolader oder ein Verdrängerlader die Luft bei einem Druck, der höher als der atmosphärische Druck ist, in den Ansaugkrümmer hinein presst.
Verfahren nach Anspruch 7, das ferner umfasst: Ermitteln, ob ein Schlüssel in einen Zündungscontroller eingeführt ist; und Ermitteln, ob der Schlüssel gedreht ist und der Motor gestartet ist, wobei die erste Druckdifferenz einer Zeit entspricht, die zwischen dem Einführen des Schlüssels in den Zündungscontroller und dem Starten des Motors vergangen ist, und wobei die zweite Druckdifferenz einer Zeit entspricht, die nach dem Starten des Motors vergangen ist.