DE102010017693B4

DE102010017693B4 - Verfahren zur Erkennung einer Ansprechverzögerung eines turbogeladenen Motors

Info

Publication number: DE102010017693B4
Application number: DE102010017693.1A
Authority: DE
Inventors: Dr. Quiring Stefan; Dr. Stoffels Harald
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2010-07-01
Filing date: 2010-07-01
Publication date: 2019-06-06
Anticipated expiration: 2030-07-02
Also published as: CN102383950A; DE102010017693A1; CN102383950B

Abstract

Verfahren zur Erkennung einer Ansprechverzögerung eines turbogeladenen Motors, mit den Schritten:
Messen der Anzahl der Verbrennungsvorgänge des Motors pro Zeiteinheit und
Durchführen einer Frequenz-Zeit-Analyse des gemessenen Signals gemäß der Formel

f = f_{E O} = \frac{ω_{E} z}{2 π} = \frac{φ z}{2 π t}

wobei ω_E die Winkelgeschwindigkeit des Motors ist, φ der Drehwinkel ist und z die Anzahl der Verbrennungsvorgänge pro Zeiteinheit ist,
Berechnen einer Beschleunigung gemäß der Formel df/dt,
Unterscheiden einer ersten Beschleunigungsphase für eine Beschleunigung ohne Aufladung von einer zweiten Beschleunigungsphase für eine Beschleunigung im Turbomodus, wobei anhand eines Übergangsbereichs zwischen der ersten und der zweiten Beschleunigungsphase die Ansprechverzögerung erkannt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung einer Ansprechverzögerung eines turbogeladenen Motors.
Zum Messen der Beschleunigung von Kraftfahrzeugen werden unter anderem GPS basierte Meßgeräte eingesetzt, die den Vorteil einer schnellen Implementierung haben, jedoch wenig Informationen über den Zusammenhang zwischen dem Beschleunigungsvorgang und dem Antriebsstrang und weiteren Parametern des Kraftfahrzeugs liefern können. Im Gegensatz dazu liefern Meßgeräte, die eine Verbindung zu dem CAN Bus haben, mehr Information über die Wechselbeziehungen. Jedoch ist dieser Meßansatz aufwendig.
Für die Erkennung einer Ansprechverzögerung eines turbogeladenen Motors, umgangssprachlich Turboloch genannt, eignen sich beide Ansätze nicht sehr gut.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Erkennung einer Ansprechverzögerung eines turbogeladenen Motors zu verbessern.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Gemäß der Erfindung umfaßt ein Verfahren zur Erkennung einer Ansprechverzögerung eines turbogeladenen Motors die Schritte:
Messen der Anzahl der Verbrennungsvorgänge des Motors pro Zeiteinheit und Durchführen einer Frequenz-Zeit-Analyse des gemessenen Signals gemäß der Formel $f = f_{E O} = \frac{ω_{E} z}{2 π} = \frac{φ z}{2 π t}$
wobei ω_E die Winkelgeschwindigkeit des Motors ist, φ der Drehwinkel ist und z die Anzahl der Verbrennungsvorgänge pro Zeiteinheit ist,
Berechnen einer Beschleunigung gemäß der Formel df/dt,
Unterscheiden einer ersten Beschleunigungsphase für eine Beschleunigung ohne Aufladung des Motors, d. h. eine Beschleunigung, bei der die Leistung von einem nicht aufgeladenen Motor stammt, von einer zweiten Beschleunigungsphase für eine Beschleunigung im Turbomodus, wobei anhand eines Übergangsbereichs zwischen der ersten und der zweiten Beschleunigungsphase die Ansprechverzögerung erkannt wird.
Mittels dieser einfachen Messung und schnellen Berechnung kann die Ansprechverzögerung zuverlässig erkannt werden.
Es kann auch die Ansprechverzögerung als Zeitspanne zwischen den beiden Beschleunigungsphasen, d. h. zwischen einem Beginn der ersten Beschleunigungsphase und einem Beginn der zweiten Beschleunigungsphase, bestimmt werden. Auch diese Bestimmung ist mit einfachen Mitteln zuverlässig durchzuführen.
Die Anzahl der Verbrennungsvorgänge kann mittels einer Geräuschmessung bestimmt werden, was sehr einfach zu bewerkstelligen ist.
Die Anzahl der Verbrennungsvorgänge kann mittels einer Vibrationsmessung bestimmt werden, was sehr einfach zu bewerkstelligen ist.
Die beiden Beschleunigungsphasen können voneinander getrennt sein, wenn $d^{2} f_{E O} / d t^{2} = 0.$
Auch diese Formel läßt sich einfach berechnen, als zweite Ableitung der ersten Formel.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben:

1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Erkennung einer Turboverzögerung gemäß der Erfindung.
2 zeigt ein Diagramm eines Beschleunigungsvorganges im dritten Gang.
3 zeigt ein Campbell ähnliches Diagramm mit einer Ansprechverzögerung eines Turboladers.
4 zeigt ein Campbell ähnliches Diagramm ohne Ansprechverzögerung.

Die Zeichnungen dienen lediglich der Erläuterung der Erfindung und schränken diese nicht ein. Die Zeichnungen und die einzelnen Teile sind nicht notwendigerweise maßstäblich. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder ähnliche Teile.
Die Erfindung beruht auf der Messung der Anzahl der Verbrennungsvorgänge des Motors pro Zeiteinheit. Diese Anzahl der Verbrennungsvorgänge pro Zeiteinheit wird auch Hauptverbrennungsordnung oder zweite Motorordnung genannt. In einem ersten Schritt oder Block 1 des in 1 gezeigten Ablaufdiagramms wird die Anzahl gemessen. Dies geschieht mit einer einfachen Geräusch- oder Vibrationsmessung.
In einem zweiten Schritt 2 wird eine Frequenz-Zeit-Analyse des gemessenen Signals durchgeführt. Die Amplitude der Anregung der Hauptverbrennungsordnung und die Kurvencharakteristik hängen von dem Drehmoment des Motors ab. Wegen der Abhängigkeit der Hauptverbrennungsordnung von dem Drehmoment kann die Hauptverbrennungsordnung zur Bestimmung der Turboverzögerung verwendet werden.
In einem dritten Schritt 3 kann daher kann die Frequenz f einer bestimmten Ordnung berechnet werden als eine Funktion der Zeit t und des dazugehörigen Drehwinkels φ mit der Gleichung: $f = f_{E O} = \frac{ω_{E} z}{2 π} = \frac{φ z}{2 π t}$
Dies bedeutet für konstantes Fahren, das heißt konstante Geschwindigkeit des Motors ω_E, df/dt = 0. Wenn jedoch ein Beschleunigungsvorgang mit einer positiven Änderungsrate der Geschwindigkeit einhergeht führt dies zu df/dt > 0. Anschließend steigt der Gradient df/dt ebenfalls an, wenn die Rate der Beschleunigung ebenfalls ansteigt.
In einem vierten Schritt 4 kann als Konsequenz die Antwort der Beschleunigung in zwei Phasen unterteilt werden. Eine erste Beschleunigungsphase, in der die Leistung von einem nicht aufgeladenen Motor (NA, normally aspirated) stammt, weist den Gradienten df/dt_NA auf.
Eine zweite Beschleunigungsphase, in der die Leistung von einem aufgeladenen Motor (TC, turbo charged) stammt, weist den Gradienten df/dt_TC auf.
In einem fünften Schritt 5 kann die Zeitspanne zwischen den beiden Punkten t1 und t2 als Turboverzögerungszeit T bestimmt werden. Dies bedeutet, dass die Beschleunigungsphasen oder -raten von einander getrennt sind, wenn die folgende Gleichung an den Punkten t1 und t2 erfüllt wird: $d^{2} f_{t < t 1} / d t^{2} \neq d^{2} f_{t > t 1} / d t^{2}$
$d^{2} f_{t < t 2} / d t^{2} \neq d^{2} f_{t > t 2} / d t^{2}$
Ein Beispiel, das auf einer Messung an einem Kraftfahrzeug während einer Kick-down Beschleunigung (WOT Wide Open Throttle) im dritten Gang basiert, ist in 2 gezeigt.
Dies bringt den folgenden Ansatz hervor, der im übrigen gut zu der subjektiven Wahrnehmung des Fahrers paßt. Die sogenannte Hauptverbrennungsordnung, das heißt die Anzahl der Verbrennungsvorgänge pro Umdrehung der Kurbelwelle des Motors, beeinflußt die Geräusch- und Vibrationscharakteristik (Frequenzinhalt) und gibt dem Fahrer eine Rückmeldung der Leistung des Motors. So erhält der Fahrer zusätzliche subjektive Informationen hinsichtlich der Längsbeschleunigung des Fahrzeugs. Aus diesem Grund ist die Analyse der Hauptverbrennungsordnung ein sehr effizienter Weg, die Turboverzögerung sichtbar zu machen. Wenn als Signal nur eine Motorgeschwindigkeit verfügbar ist, kann die Analyse ausgeführt werden, indem die Motorgeschwindigkeit anstelle von f_EO verarbeitet wird, das als Größe auf der Motorgeschwindigkeit basiert.
Ein Beispiel dieses Analyseansatzes ist in den 3 und 4 gezeigt. Beide Figuren zeigen eine Vollastbeschleunigung im zweiten Gang bei 15 km/h. Der Unterschied zwischen den beiden Antriebssträngen ist durch den Vergleich der Hauptverbrennungsordnung klar ersichtlich. 3 zeigt eine Turboverzögerung, während 4 keine Turboverzögerung zeigt.
In 3 zeigt eine Vollastbeschleunigung aus dem Rollen (Tip-in) mit Ansprechverzögerung (Turbo lag), eine Dauer zwischen dem normalen Leerlaufbetrieb links im Diagramm und der Beschleunigung mit vollem Drehmoment mit lediglich einer gering ansteigenden zweiten Motorordnung bei niedrigem Vibrationspegel. Die Steigung der ansteigenden zweiten Motorordnung korreliert mit der Beschleunigung des Fahrzeugs. Die Frequenz der zweiten Motorordnung hängt direkt von der Motorgeschwindigkeit und damit von der Fahrzeuggeschwindigkeit ab. Aus diesem Grund ist die Hauptverbrennungsordnung flach während des konstanten Rollvorgangs vor der Vollastbeschleunigung, leicht ansteigend während der Dauer der Ansprechverzögerung des Turboladers und steil ansteigend während der Hochbeschleunigungsphase. Darüber hinaus hängt die Amplitude der Hauptverbrennungsordnung, welche durch die Farbe im Campbell ähnlichen Diagramm dargestellt ist, von dem Drehmoment ab. Daher ist die Amplitude der Hauptverbrennungsordnung niedrig während des Rollvorgangs und während der Ansprechverzögerung des Turboladers, jedoch hoch nach der Ansprechverzögerung.
4 zeigt im Vergleich eine Beschleunigung ohne Ansprechverzögerung des Turboladers. Hier fehlt der leichte Anstieg der Hauptverbrennungsordnung am Beginn der Vollastbeschleunigung. Statt dessen beginnt die Beschleunigung mit vollem Drehmoment direkt nach der Rollphase.
Je nach verwendetem Meßgerät, zum Beispiel Geräuschmessung, Vibrationsmessung oder Messung mit einem Beschleunigungsmeßgerät, können die Grenzen der einzelnen Meßbereiche mehr oder weniger besser zu erkennen sein. Bei allen Meßgeräten ist die Ansprechverzögerung des Turboladers klar zu erkennen und die Dauer zu bestimmen.

Claims

Verfahren zur Erkennung einer Ansprechverzögerung eines turbogeladenen Motors, mit den Schritten: Messen der Anzahl der Verbrennungsvorgänge des Motors pro Zeiteinheit und Durchführen einer Frequenz-Zeit-Analyse des gemessenen Signals gemäß der Formel $f = f_{E O} = \frac{ω_{E} z}{2 π} = \frac{φ z}{2 π t}$
wobei ω_E die Winkelgeschwindigkeit des Motors ist, φ der Drehwinkel ist und z die Anzahl der Verbrennungsvorgänge pro Zeiteinheit ist, Berechnen einer Beschleunigung gemäß der Formel df/dt, Unterscheiden einer ersten Beschleunigungsphase für eine Beschleunigung ohne Aufladung von einer zweiten Beschleunigungsphase für eine Beschleunigung im Turbomodus, wobei anhand eines Übergangsbereichs zwischen der ersten und der zweiten Beschleunigungsphase die Ansprechverzögerung erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Ansprechverzögerung als Zeitspanne zwischen einem Beginn der ersten Beschleunigungsphase und einem Beginn der zweiten Beschleunigungsphase bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Anzahl der Verbrennungsvorgänge mittels einer Geräuschmessung bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Anzahl der Verbrennungsvorgänge mittels einer Vibrationsmessung bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die beiden Beschleunigungsphasen zu den Zeitpunkten t1 und t2 voneinander getrennt sind, wenn $d^{2} f_{t < t 1} / d t^{2} \neq d^{2} f_{t > t 1} / d t^{2}$
$d^{2} f_{t < t 2} / d t^{2} \neq d^{2} f_{t > t 2} / d t^{2}$