DE102011010358B4

DE102011010358B4 - Steuersystem für einen Motor mit Turbolader

Info

Publication number: DE102011010358B4
Application number: DE102011010358.9A
Authority: DE
Inventors: Steven J. Andrasko; Yun Xiao; Brent T. Deep
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-02-12
Filing date: 2011-02-04
Publication date: 2019-08-14
Anticipated expiration: 2031-02-05
Also published as: US20110197580A1; CN102162403A; DE102011010358A1; US8397500B2; CN102162403B

Abstract

Steuersystem für einen Motor (12), der einen Turbolader (18) enthält, umfassend:
ein Drosselungsschätzmodul (70), das auf der Grundlage eines Vergleichs zwischen gemessener und modellierter Temperatur bei einem Auslass eines Kompressors (19) des Turboladers (18) eine Drosselung des Luftstroms durch einen Luftfilter (16) des Motors (12) schätzt; und
ein Motorschutzmodul (82), das auf der Grundlage der geschätzten Luftstromdrosselung den Turboladerladedruck steuert und/oder den Turboladerluftstrom steuert und/oder eine Kraftstoffbeaufschlagungsrate des Motors (12) steuert und/oder ein Warnsignal für einen Fahrer eines Fahrzeugs erzeugt.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Verbrennungsmotoren und insbesondere auf ein Steuersystem für einen Motor mit Turbolader.
HINTERGRUND
Verbrennungsmotoren verbrennen ein Luft/Kraftstoff-Gemisch innerhalb von Zylindern, um ein Antriebsdrehmoment zu erzeugen. Die Luft kann in einen Einlass eines Kompressors (eines Turboladers) und durch ein Lufteinlasssystem, das durch eine Drosselklappe reguliert werden kann, angesaugt werden. Die Luft kann durch einen Luftfilter, der sich oberstromig von (d. h. vor) dem Kompressor befindet, gefiltert werden. Die gefilterte Luft kann daraufhin an mehrere Zylinder verteilt und mit Kraftstoff kombiniert werden, um das L/K-Gemisch zu erzeugen. Die Luft kann vor dem Eintritt in die Zylinder mit dem Kraftstoff kombiniert werden (d. h. Einlasskanaleinspritzung), oder die Luft kann innerhalb der Zylinder mit dem Kraftstoff kombiniert werden (d. h. Kraftstoffdirekteinspritzung). Daraufhin kann das L/K-Gemisch durch Kolben verdichtet und gezündet werden. Die Zündung des L/K-Gemischs kann über einen Zündfunken erfolgen, der durch eine Zündkerze erzeugt wird (d. h. Fremdzündung), und/oder die Zündung des L/K-Gemischs kann wegen der erhöhten Temperatur und/oder des erhöhten Drucks des L/K-Gemischs „automatisch“ erfolgen (d. h. Kompressionszündung).
Die Zündung des L/K-Gemischs treibt die Kolben an, die drehbar eine Kurbelwelle drehen, was ein Antriebsdrehmoment erzeugt. Das Antriebsdrehmoment kann über ein Getriebe, das mehrere Übersetzungsverhältnisse enthält, an einen Endantrieb (z. B. Räder) übertragen werden. Abgas, das sich aus der Verbrennung ergibt, kann aus den Zylindern durch einen Auslasskrümmer und ein Abgasbehandlungssystem ausgestoßen werden. Das Abgas kann auch über ein Abgasrückführungssystem (AGR-System) in den Einlasskrümmer zurückgeführt werden und/oder kann zurückgeführt werden, um einen Turbolader anzutreiben, der die in den Einlasskrümmer angesaugte Luft mit weiterem Druck beaufschlagt.
Aus der US 2004 / 0 178 895 A1 ist beispielweise ein Verfahren bekannt, welches mit Hilfe mehrerer Drucksensoren eine Verstopfung eines Lufteinlasssystems eines Verbrennungsmotors feststellen kann.
Verbrennungsmotoren können durch einen Einlass eines Kompressors (eines Turboladers) und durch ein Lufteinlasssystem, das durch eine Drosselklappe reguliert werden kann, Luft in einen Einlasskrümmer ansaugen. Die Luft kann durch einen Luftfilter, der sich oberstromig von (d. h. vor) dem Kompressor befindet, gefiltert werden. Der Turbolader kann sich oberstromig von der Drosselklappe befinden und die in den Einlasskrümmer angesaugte Luft weiter mit Druck beaufschlagen. Die gefilterte und mit Druck beaufschlagte Luft kann daraufhin an mehrere Zylinder verteilt und mit Kraftstoff kombiniert werden, um das L/K-Gemisch zu erzeugen.
Die Luftstromfähigkeit durch den Luftfilter kann wegen Ansammlung in dem Luftfilter im Zeitverlauf abnehmen. Zum Beispiel kann die Luftstromfähigkeit durch den Luftfilter wegen angesammelter Partikel (z. B. Staub) oder wegen durch den Einlass aufgenommenem Schnee und/oder Wasser abnehmen. Außerdem oder alternativ kann die Luftstromfähigkeit durch den Luftfilter wegen des Betriebs eines Motorlüfters abnehmen. Die verringerte Luftstromfähigkeit durch den Luftfilter kann als „Luftstromdrosselung“ bezeichnet werden.
Wenn die Luftstromdrosselung einen vorgegebenen Grad übersteigt, kann eine Warnung des Fahrer erforderlich sein und/oder kann der Luftfilter Ersatz erfordern. Darüber hinaus kann die übermäßige Luftstromdrosselung zu schädigenden Betriebsbedingungen für den Turbolader führen. Zum Beispiel kann der Turbolader bei über einem maximalen Drehzahlschwellenwert arbeiten („eine Über-DrehzahlBedingung“), um einen gewünschten Betrag des Motordrehmoments zu erzeugen. Außerdem oder alternativ kann das Einrücken des Motorlüfters zu einem Kompressoreinlassdruckabfall (z. B. 1 kPa) führen, was zu schädigenden Betriebsbedingungen führen kann. Die schädigenden Betriebsbedingungen können zur Schädigung des Turboladers führen.
Um einen der Luftstromdrosselung entsprechenden Druckabfall zu bestimmen, können hinter dem Luftfilter Drucksensoren implementiert sein. Allerdings können Drucksensoren schwierig und/oder kostspielig zu implementieren sein. Ähnlich kann ein Turboladerdrehzahlsensor implementiert werden, der aber ebenfalls schwierig und/oder kostspielig zu implementieren sein kann. Alternativ kann die Motorleistungsabgabe bei allen Motorbetriebsbedingungen auf einen Betrag kleiner als die maximale Leistungsabgabe des Motors (z. B. 20 bis 30 Pferdestärken weniger) begrenzt werden. Mit anderen Worten, das Begrenzen der Motorausgangsleistung kann den Turbolader vor schädigenden Betriebsbedingungen schützen. Allerdings kann das Begrenzen der Motorausgangsleistung bei allen Motorbetriebsbedingungen die Leistung stark verringern.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einer Beschädigung eines Turboladers aufgrund solch einer Luftstromdrosselung zuvorzukommen.
ZUSAMMENFASSUNG
Diese Aufgabe wird mit einem System mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Ein Steuersystem für einen Motor, der einen Turbolader enthält, enthält ein Drosselungsschätzmodul und ein Motorschutzmodul. Das Drosselungsschätzmodul schätzt auf der Grundlage eines Vergleichs zwischen gemessener und modellierter Temperatur bei einem Auslass eines Kompressors des Turboladers die Drosselung des Luftstroms durch einen Luftfilter des Motors. Auf der Grundlage der geschätzten Luftstromdrosselung steuert das Motorschutzmodul den TurboladerLadedruck und/oder steuert es den Turbolader-Luftstrom und/oder steuert es eine Kraftstoffbeaufschlagungsrate des Motors und/oder erzeugt es ein Warnsignal für einen Fahrer eines Fahrzeugs.
Weitere Bereiche der Anwendbarkeit der vorliegenden Offenbarung gehen aus der im Folgenden gegebenen ausführlichen Beschreibung hervor. Selbstverständlich sind die ausführliche Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur zur Veranschaulichung bestimmt.
Figurenliste
Die vorliegende Offenbarung wird umfassender verständlich aus der ausführlichen Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, in denen:

1 ein Funktionsblockschaltplan eines beispielhaften Motorsystems in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung ist;
2 ein Funktionsblockschaltplan eines beispielhaften Steuermoduls in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung ist; und
3 ein Ablaufplan eines Verfahrens zum Schätzen der Luftstromdrosselung eines Motorluftfilters in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft. Der Klarheit halber sind in den Zeichnungen zur Angabe ähnlicher Elemente dieselben Bezugszeichen verwendet. Wie der Ausdruck wenigstens eines von A, B und C hier verwendet wird, soll er ein logisches (A oder B oder C) unter Verwendung eines nicht ausschließenden logischen Oder bedeuten. Es ist festzustellen, dass Schritte innerhalb eines Verfahrens in anderer Reihenfolge ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu ändern.
Wie der Begriff Modul hier verwendet wird, bezieht er sich auf eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), auf eine elektronische Schaltung, auf einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) und auf Speicher, die eines oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, auf eine Kombinationslogikschaltung und/oder auf andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
Es wird ein System dargestellt, die die Luftstromdrosselung eines Luftfilters auf der Grundlage eines Vergleichs zwischen einer modellierten Temperatur bei einem Auslass eines Kompressors (eines Turboladers) und einer gemessenen Temperatur bei dem Auslass des Kompressors schätzen. Genauer kann die modellierte Temperatur auf einer gemessenen Temperatur bei einem Einlass des Kompressors und auf einen Duck bei dem Auslass des Kompressors beruhen. Mit anderen Worten, die modellierte Temperatur kann auf Temperaturen und Drücken von vorhandenen Motorsensoren beruhen. Zum Beispiel kann die Kompressorauslasstemperatur (COT) unter Verwendung eines Einlasslufttemperatursensors (IAT-Sensors) gemessen werden und kann der Auslassdruck unter Verwendung eines Einlass-Krümmerabsolutdrucksensors (Einlass-MAP-Sensors) gemessen werden. Alternativ können aber andere Temperatur- und/oder Drucksensoren verwendet werden.
Daraufhin kann das System die Luftstromdrosselung auf der Grundlage des Vergleichs zwischen der modellierten und der gemessenen Auslasstemperatur schätzen. Genauer kann eine Differenz zwischen der modellierten und der gemessenen Auslasstemperatur einer Differenz des tatsächlichen und des erwarteten Drucks hinter dem Luftfilter (d. h. vor dem Kompressor) entsprechen. Mit anderen Worten, die Luftstromdrosselung des Luftfilters kann auf der Grundlage der Differenz zwischen der modellierten und der gemessenen Temperatur gefolgert werden.
Daraufhin kann das System verschiedene Betriebe ausführen, um den Motor vor Problemen im Zusammenhang mit der Luftstromdrosselung zu schützen. Genauer kann das System einen maximalen Ladedruck des Turboladers verringern, wenn die Luftstromdrosselung höher als ein erster vorgegebener Schwellenwert ist. Außerdem kann das System eine maximale Kraftstoffrate des Motors verringern, wenn die Luftstromdrosselung höher als ein zweiter vorgegebener Schwellenwert ist. Zum Beispiel kann der zweite vorgegebene Schwellenwert höher als der erste vorgegebene Schwellenwert sein.
Außerdem kann das System bestimmen, ob ein Fehlerzustand vorhanden ist. Genauer kann der Fehlerzustand auf einer allmählichen Ansammlung von Partikeln in dem Luftfilter (d. h. auf einem schmutzigen Luftfilter) beruhen. Zum Beispiel kann der Fehlerzustand detektiert werden, wenn die Luftstromdrosselung höher als ein vorgegebener Drosselungsschwellenwert ist. Außerdem oder alternativ kann der Fehlerzustand auf der Grundlage einer Anwesenheit von Wasser und/oder Schnee in dem Einlasskrümmer detektiert werden. Zum Beispiel kann der Fehlerzustand detektiert werden, wenn eine Änderungsrate der Luftstromdrosselung höher als ein vorgegebener Änderungsratenschwellenwert ist und wenn die IAT kleiner als ein vorgegebener Temperaturschwellenwert ist. Nur beispielhaft kann der vorgegebene Temperaturschwellenwert 0 °C sein. Wenn ein Fehlerzustand detektiert wird, kann das System den Fahrer des Fahrzeugs warnen. Zum Beispiel kann die Warnung visuell (d. h. ein Licht) und/oder hörbar sein.
Nun in 1 enthält ein Motorsystem 10 einen Motor 12. Der Motor 12 kann z. B. einen Fremdzündungsmotor (SI-Motor) oder einen Kompressionszündungsmotor (CI-Motor) wie etwa einen Dieselmotor oder einen Motor mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Motor) enthalten.
Der Motor 12 saugt durch einen Einlass 14, der einen Luftfilter 16, einen Kompressor 19 und eine Drosselklappe 24 enthält, Luft an. Der Luftfilter 16 kann sich oberstromig von (d. h. vor) dem Kompressor 19 befinden und kann Partikel aus der Luft filtern. Der Kompressor 19 (Teil eines Turboladers 18) kann die durch den Einlass 14 angesaugte Luft weiter mit Druck beaufschlagen. Die Drosselklappe 24 kann eine Rate der in einen Einlasskrümmer 28 des Motors 12 strömenden Luft regulieren. Nur beispielhaft kann die Drosselklappe 24 elektronisch gesteuert werden (z. B. elektronische Drosselsteuerung oder ETC).
Ein Luftmassenströmungssensor (MAF-Sensor) 21 misst die MAF-Rate in den Einlasskrümmer 28. Zum Beispiel kann der MAF-Sensor 21 ebenfalls die IAT oberstromig von dem Kompressor 19 messen. Außerdem misst ein COT-Sensor 22 die Temperatur der Druckluft bei einem Auslass des Kompressors 19. Der Einlasskrümmer 28 kann außerdem mehrere Druck- und/oder Temperatursensoren enthalten. Genauer misst ein Einlass-Krümmerabsolutdrucksensor (Einlass-MAP-Sensor) 26 den Druck der Luft innerhalb des Einlasskrümmers 28.
Die Luft in dem Einlasskrümmer 28 kann auf mehrere Zylinder 30 verteilt werden. Obgleich sechs Zylinder gezeigt sind, kann der Motor 12 andere Anzahlen von Zylindern enthalten. Die an die Zylinder 30 verteilte Luft kann mit Kraftstoff kombiniert werden, um ein Luft/Kraftstoff-Gemisch (L/K-Gemisch) zu erzeugen. Wie gezeigt ist, können Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 32, die sich in jedem der Zylinder 30 befinden, Kraftstoff direkt in die Zylinder einspritzen (d. h. Kraftstoffdirekteinspritzung). Allerdings können die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 32 auch zum Einspritzen von Kraftstoff in die Einlasskanäle der Zylinder 30 implementiert sein (d. h. Einlasskanaleinspritzung).
Das L/K-Gemisch in den Zylindern 30 kann durch Kolben (nicht gezeigt) verdichtet werden und unter Verwendung eines Zündfunkens von Zündkerzen 34 (z. B. ein SI-Motor oder ein HCCI-Motor, der in einem SI-Verbrennungsmodus arbeitet) verbrannt werden. Allerdings kann das L/K-Gemisch auch durch Verdichten des L/K-Gemischs unter Verwendung der Kolben (nicht gezeigt) und Erhöhen des Drucks und/oder der Temperatur des L/K-Gemischs über einen kritischen Schwellenwert automatisch gezündet werden (z. B. Kompressionszündungsmotor wie etwa ein Dieselmotor oder ein HCCI-Motor, der in einem HCCI-Verbrennungsmodus arbeitet). Alternativ kann das L/K-Gemisch mit Zündfunkenunterstützung von den Zündkerzen 34 automatisch gezündet werden (z. B. ein HCCI-Motor, der in der Mischmodusverbrennung arbeitet). Die Zündung des UK-Gemischs in den Zylindern 30 treibt die Kolben (nicht gezeigt) an, die drehbar eine Kurbelwelle (nicht gezeigt) drehen, um ein Antriebsdrehmoment zu erzeugen. Das Antriebsdrehmoment kann über ein Getriebe (nicht gezeigt), das mehrere Zahnräder enthält, an einen Endantrieb eines Fahrzeugs (z. B. Räder) übertragen werden.
Das Abgas, das sich hier aus der Verbrennung des L/K-Gemischs innerhalb der Zylinder 30 ergibt, kann aus den Zylindern 30 in einen Abgaskrümmer 36 ausgestoßen werden. Das Abgas in dem Abgaskrümmer kann von dem Motor 12 durch ein Abgasbehandlungssystem 38 ausgestoßen werden. Das Abgasbehandlungssystem 38 kann ferner einen Katalysator 40 wie etwa einen Abgaskatalysator enthalten. Allerdings kann das Abgasbehandlungssystem 38 andere Abgasbehandlungskomponenten wie etwa, aber nicht beschränkt auf, Oxidationskatalysatoren (OCs), Partikelfilter (PMFs), Systeme zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR-Systeme), Stickoxidabsorber/-adsorber (NOx-Absober/-Adsorber), Mager-NOx-Fallen (LNTs) usw. enthalten.
Das Abgas in dem Abgaskrümmer 36 kann durch ein externes Abgasrückführungssystem (AGR-System) 42 umgewälzt werden. Das externe AGR-System 42 kann eine AGR-Leitung 44 und ein AGR-Ventil 46 enthalten. Die AGR-Leitung 44 kann den Abgaskrümmer 36 mit dem Einlasskrümmer 28 verbinden. Das AGR-Ventil 46 kann eine Menge Abgas steuern, die von dem Auslasskrümmer 36 über die AGR-Leitung 44 in den Einlasskrümmer 28 eintreten gelassen wird.
Das Abgas in dem Abgaskrümmer 36 kann außerdem über ein Abgassystem 48 durch eine Turbine 20 des Turboladers 18 geleitet werden. Das Abgassystem 48 kann einen oder mehrere Abgaskanäle 50 und die Turbine 20 enthalten. Der eine oder die mehreren Abgaskanäle 50 können den Abgaskrümmer 36 mit der Turbine 20 verbinden. Die Turbine 20 kann durch das Abgas angetrieben werden, um ein Wellendrehmoment zu erzeugen, das den Kompressor 19 mit Leistung versorgt, um die dem Einlasskrümmer 28 zugeführte Luft weiter mit Druck zu beaufschlagen, was zu mehr Luftstrom zu den Zylindern 30 führt. Der erhöhte Luftstrom zu den Zylindern 30 kann eine erhöhte Kraftstoffeinspritzung zulassen und die Verbrennung kann mehr Antriebsdrehmoment erzeugen.
Ein Steuermodul 60 steuert den Betrieb des Motorsystems 10 und kann das System der vorliegenden Offenbarung implementieren. Das Steuermodul 60 kann die Drosselklappe 24, die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 32 und die Zündkerzen 34 in dieser Reihenfolge zum Regulieren des Luftstroms, der Kraftstoffeinspritzmenge und/oder -zeiteinstellung und der Zündfunkenzeiteinstellung steuern. Das Steuermodul 60 kann das Abgasbehandlungssystem 38 (und entsprechende Komponenten) und/oder den Katalysator 40 zum Regulieren (z. B. Minimieren) der durch den Motor 12 erzeugten Emissionen steuern. Das Steuermodul 60 kann das AGR-Ventil 46 zum Regulieren einer Menge des in den Einlasskrümmer 28 eingeleiteten Abgases steuern. Darüber hinaus kann das Steuermodul 60 einen Druck des von dem Turbolader 18 (z. B. über ein Ladedruckregelventil) empfangenen Abgases, eine Menge des Ladedrucks (d. h. die Druckdifferenz) des Turboladers 18 (z. B. über einen elektronischen Ladedruckcontroller) und/oder einen Luftstrom des Turboladers 18 (z. B. über einen elektronischen Luftstromcontroller) steuern bzw. regeln.
Außerdem empfängt das Steuermodul 60 Signale, die verschiedene Motorbetriebsparameter angeben. Genauer kann das Steuermodul 60 Signale von dem MAF-Sensor 21, von dem COT-Sensor 22 und von dem MAP-Sensor 26 empfangen. Zum Beispiel kann der MAF-Sensor 21 (außer der MAF-Rate) die Temperatur bei dem Einlass des Kompressors 19 messen. Somit kann der MAF-Sensor 21 im Folgenden als der MAF-IAT-Sensor 21 bezeichnet werden. Allerdings kann ein anderer Temperatursensor zum Messen der Temperatur bei dem Einlass des Kompressors 19 implementiert werden.
Der COT-Sensor 22 kann sich bei dem Auslass des Kompressors 19 befinden und kann die COT messen. Der MAP-Sensor 26 kann sich in dem Einlasskrümmer 28 befinden und kann den MAP messen. Außerdem kann das Steuermodul 60 Signale von der Drosselklappe 24 und von dem AGR-Ventil 46, die den Luftstrom in den Motor (d. h. die MAF-Rate) bzw. die Menge des in den Einlasskrümmer 28 eintretenden Abgases angeben, empfangen. Darüber hinaus kann das Steuermodul 60 Signale, die Motorbetriebsparameter wie etwa die Motordrehzahl (d. h. in Umdrehungen pro Minute oder RPM), den Zylinderdruck, den Abgasdruck und/oder die Abgastemperatur, die Abgas-NOx-Konzentration, die Drehzahl der Turbine 20 usw. angeben, empfangen.
Nun in 2 ist das Steuermodul 60 ausführlicher gezeigt. Das Steuermodul 60 kann ein Drosselungsschätzmodul 70, ein erstes Fehlerdetektierungsmodul 74, ein zweites Fehlerdetektierungsmodul 78 und ein Motorschutzmodul 82 enthalten. Ferner kann das Motorschutzmodul 82 einen Luftdrucksensor 86 enthalten, der den Luftdruck misst. Allerdings kann sich der Luftdrucksensor 86 auch anderswo in dem Steuermodul 60 oder anderswo in dem Fahrzeug befinden.
Das Drosselungsschätzmodul 70 empfängt Signale, die die Turboladereinlasstemperatur und -auslasstemperatur (T₁ bzw. T₂ ) und den Turboladerauslassdruck (P₂ ) angeben. Zum Beispiel kann der MAF-IAT-Sensor 21 T₁ messen, kann der COT-Sensor 22 T₂ messen und kann der MAP-Sensor 26 P₂ messen. Das Drosselungsschätzmodul 70 schätzt auf der Grundlage eines Vergleichs zwischen der gemessenen Auslasstemperatur T₂ und einer modellierten Auslasstemperatur (T_m) die Luftstromdrosselung.
Genauer kann das Drosselungsschätzmodul 70 die Auslasstemperatur T_m wie folgt modellieren: $T_{m} = T_{1} (1 + \frac{1}{η_{c}} [{(\frac{P_{2}}{P_{1}})}^{\frac{k - 1}{k}} - 1]),$
wobei T_m die modellierte Auslasstemperatur des Turboladers 20 ist, T₁ die gemessene Einlasstemperatur des Turboladers 20 ist, η_c; ein Wirkungsgrad des Kompressors 19 auf der Grundlage des Kompressorstroms und des Druckverhältnisses ist, P₁ ein unbekannter Druck bei dem Einlass des Turboladers 20 ist, P₂ der gemessene Druck bei dem Auslass des Turboladers 20 ist und k ein Verhältnis der spezifischen Wärmen ist.
Das Drosselungsschätzmodul 70 kann die Luftstromdrosselung des Luftfilters 16 auf der Grundlage eines Vergleichs zwischen der modellierten Auslasstemperatur T_m und der gemessenen Auslasstemperatur T₂ schätzen. Genauer kann die Größe (P₂/P₁) höher als erwartet sein, wenn die gemessene Auslasstemperatur T₂ höher als die modellierte Auslasstemperatur T_m ist. Allerdings ist der Auslassdruck P₂ ein bekannter Druck und kann somit der Einlassdruck P₁ kleiner als erwartet sein (d. h. eine Luftstromdrosselung angeben). Somit kann z. B. eine Größe der Differenz zwischen der modellierten und der gemessenen Auslasstemperatur T_m bzw. T₂ einer Größe einer Zunahme der geschätzten Luftstromdrosselung entsprechen.
Das erste Fehlerdetektierungsmodul 74 empfängt die geschätzte Luftstromdrosselung. Das erste Fehlerdetektierungsmodul 74 kann eine Langzeitüberwachung der geschätzten Luftstromdrosselung ausführen, um zu bestimmen, wann der Luftfilter 16 wegen Verstopfung durch Partikel ersetzt werden muss. Zum Beispiel kann die Langzeitüberwachung während einer ersten vorgegebenen Zeitdauer stattfinden. Ferner kann das erste Fehlerdetektierungsmodul 74 ein Filter enthalten, das die geschätzte Luftstromdrosselung filtert, bevor die geschätzte Luftstromdrosselung im Speicher (z. B. im löschbaren elektronisch programmierbaren Nur-Lese-Speicher oder EEPROM) gespeichert wird. Mit anderen Worten, das Filter kann die geschätzte Luftstromdrosselung stark filtern, um zu verhindern, dass ungenaue Schätzwerte im Speicher gespeichert werden.
Das erste Fehlerdetektierungsmodul 74 kann schätzen, dass der Luftfilter 16 ersetzt werden muss, wenn die Langzeitüberwachung angibt, dass eine geschätzte Luftstromdrosselung höher als ein vorgegebener Drosselungsschwellenwert (TH_R ) ist. Wenn das erste Fehlerdetektierungsmodul 74 detektiert, dass der Luftfilter ersetzt werden muss, kann das erste Fehlerdetektierungsmodul 74 ein Ersetzungssignal für das Motorschutzmodul 82 erzeugen.
Außerdem empfängt das zweite Fehlerdetektierungsmodul 78 die geschätzte Luftstromdrosselung. Das zweite Fehlerdetektierungsmodul 78 kann außerdem die Einlasstemperatur T₁ (z. B. vom dem MAF-IAT-Sensor 21) empfangen. Das zweite Fehlerdetektierungsmodul 78 führt eine Kurzzeitüberwachung der geschätzten Luftstromdrosselung aus, um zu bestimmen, wann das Luftfilter 16 mit Schnee und/oder Eis verstopft ist. Zum Beispiel kann die Kurzzeitüberwachung während einer zweiten vorgegebenen Zeitdauer stattfinden, die kleiner als die erste vorgegebene Zeitdauer ist. Ferner kann das zweite Fehlerdetektierungsmodul 78 ein Filter enthalten, das die geschätzte Luftstromdrosselung filtert, bevor es bestimmt, ob der Luftfilter 16 mit Schnee und/oder Eis verstopft ist. Mit anderen Worten, das Filter kann die geschätzte Luftstromdrosselung leicht filtern, um schnellere Bestimmungen zuzulassen, ob der Luftfilter 16 mit Schnee und/oder Eis verstopft ist.
Das zweite Fehlerdetektierungsmodul 78 kann detektieren, dass der Luftfilter 16 mit Schnee und/oder Eis verstopft ist, wenn zwei Bedingungen erfüllt sind. Mit anderen Worten, die zwei Bedingungen geben an, dass die Verstopfung eine Folge von Schnee und/oder Eis ist. Die erste Bedingung enthält eine Änderungsrate der geschätzten Luftstromdrosselung während einer vorgegebenen Zeitdauer, die größer als ein vorgegebener Änderungsratenschwellenwert (TH_C ) ist. Mit anderen Worten, das zweite Fehlerdetektierungsmodul 78 kann bestimmen, dass der Luftfilter 16 schnell verstopft war. Die zweite Bedingung enthält, dass die Einlasstemperatur T₁ kleiner als ein vorgegebener Temperaturschwellenwert (TH_T ) ist. Nur beispielhaft kann der vorgegebene Temperaturschwellenwert TH_T 0 °C sein.
Wenn das zweite Fehlerdetektierungsmodul 78 die erste und die zweite Bedingung detektiert, kann das zweite Fehlerdetektierungsmodul 78 ein Drosselsignal für das Motorschutzmodul 82 erzeugen. Wenn das zweite Fehlerdetektierungsmodul 78 dagegen die erste Bedingung, nicht aber die zweite Bedingung detektiert, kann das zweite Fehlerdetektierungsmodul 78 bestimmen, dass der Luftfilter 16 ersetzt werden muss (d. h., dass die Verstopfung keine Folge von Schnee und/oder Eis ist). Somit würde entweder das erste Fehlerdetektierungsmodul 74 oder das zweite Fehlerdetektierungsmodul 78 das Ersetzungssignal für das Motorschutzmodul 82 erzeugen.
Das Motorschutzmodul 82 kann das Ersetzungssignal oder das Drosselungssignal empfangen. Das Motorschutzmodul 82 kann auf der Grundlage des Ersetzungs- oder des Drosselungssignals durch Steuern von Motorkomponenten verschiedene Aktionen ausführen, um eine Beschädigung an dem Motor 12 und/oder an Motorkomponenten zu verhindern. Außerdem kann das Motorschutzmodul 82 auf der Grundlage des Ersetzungs- oder des Drosselungssignals Warnsignale für den Fahrer erzeugen, die eine Wartung anfordern, die eine Beschädigung an dem Motor 12 verhindern kann.
Zunächst kann das Motorschutzmodul 82 den Ladedruck des Turboladers 18 (entweder direkt oder über einen Ladedruckcontroller) steuern. Genauer kann das Motorschutzmodul 82 den Ladedruck des Turboladers 18 verringern. Außerdem oder alternativ kann das Motorschutzmodul 82 aber sowohl den Ladedruck als auch den Luftstrom des Turboladers 18 (entweder direkt oder über einen Ladedruckcontroller bzw. über einen Luftstromcontroller) verringern. Zum Beispiel können der Ladedruck und der Luftstrom des Turboladers auf der Grundlage der Motordrehzahl und der Höhe des Fahrzeugs variieren.
Zweitens kann das Motorschutzmodul 82 durch Steuern der Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 32 eine Kraftstoffrate des Motors 12 verringern. Genauer kann das Motorschutzmodul 82 eine maximale Kraftstoffrate des Motors 12 verringern. Zum Beispiel kann die maximale Kraftstoffrate auf der Grundlage der Motordrehzahl und der Höhe des Fahrzeugs variieren. Außerdem oder alternativ kann das Motorschutzmodul 82 aber die Kraftstoffrate stark begrenzen, um (wenigstens vorübergehend) einen Notlaufmodus des Motors 12 anzuweisen, wenn die Luftstromdrosselung höher als ein Schwellenwert ist. Mit anderen Worten, das Verringern oder Begrenzen der Kraftstoffrate während des Verringerns des Ladedrucks und des Luftstroms kann den Turbolader 18 vor schädigenden Betriebsbedingungen abhalten.
Schließlich kann das Motorschutzmodul 82 für den Fahrer Warnsignale erzeugen, die eine Wartung anfordern, die eine Beschädigung an dem Motor 12 verhindern kann. Genauer können die Warnsignale visuelle und/oder hörbare Vorrichtungen betätigen. Zum Beispiel können die Warnsignale ein Licht wie etwa eine Störungsindikatorlampe (MIL) betätigen.
Somit kann das Motorschutzmodul 82 ein Warnsignal erzeugen, das den Ersatz des Luftfilters 16 anfordert, wenn das Ersetzungssignal empfangen wird. Außerdem oder alternativ kann das Motorschutzmodul 82 in Abhängigkeit von der Stärke der Luftstromdrosselung den Ladedruck/den maximalen Ladedruck verringern, den Kraftstoff verringern/sperren usw. Zum Beispiel können die vier Aktionen dementsprechend von am wenigsten starker Luftstromdrosselung bis zu stärkster Luftstromdrosselung reichen: Verringern des Ladedrucks (am wenigsten stark), Verringern sowohl des Ladedrucks als auch des Luftstroms, Verringern der maximalen Kraftstoffrate und Begrenzen der Kraftstoffrate zum Anweisen des Notlaufmodus (am stärksten).
Somit kann das Motorschutzmodul 82 ein Warnsignal erzeugen, um den Fahrer zu benachrichtigen, dass der Motor 12 Schnee und/oder Eis aufgenommen hat, wenn das Drosselungssignal empfangen wird. Zum Beispiel kann der Fahrer das Fahrzeug daraufhin anhalten, um eine Beschädigung an dem Motor 12 zu verhindern. Außerdem oder alternativ kann das Motorschutzmodul 82 in Abhängigkeit von der Stärke der Verstopfung wegen Schnee und/oder Eis eine oder mehrere der vier Aktionen (oben beschrieben) ausführen. Zum Beispiel kann die Luftstromdrosselung wegen Schnee und/oder Eis weniger stark als die Luftstromdrosselung wegen eines schmutzigen Luftfilters sein und dementsprechend weniger starke Ansprechaktionen erfordern, um eine Beschädigung an dem Motor 12 und/oder an Motorkomponenten zu verhindern.
Alternativ kann das Motorschutzmodul 82 den Luftdrucksensor 86 einstellen, um die Luftstromdrosselung zu kompensieren. Mit anderen Worten, das Motorschutzmodul 82 kann einen vorgegebenen Versatz für den Luftdrucksensor 86 anweisen. Nur beispielhaft kann der vorgegebene Versatz einige hundert Fuß Höhe betragen. Daraufhin kann das Steuermodul 60 die Änderung des Luftdrucks kompensieren und effektiv die Luftstromdrosselung kompensieren. Schließlich kann das Motorschutzmodul 82 auch eine Leistungsfähigkeit des Motors 12 auf eine vorgegebene Kapazität begrenzen. Nur beispielhaft kann die vorgegebene Kapazität 80 % sein. Durch Begrenzen der Leistungsfähigkeit des Motors 12 kann das Motorschutzmodul 82 den Turbolader 18 vor schädigenden Betriebsbedingungen schützen. Zum Beispiel kann das Motorschutzmodul 82 die Leistungsfähigkeit des Motors 12 durch Steuern der Luft und/oder des Kraftstoffs und/oder des Zündfunkens, die bzw. der dem Motor 12 zugeführt wird, begrenzen.
Nun in 3 beginnt ein Verfahren zum Schätzen der Luftstromdrosselung eines Motorluftfilters in Schritt 104. In Schritt 104 bestimmt das Steuermodul 60, ob der Motor 12 eingeschaltet ist. Wenn das wahr ist, geht die Steuerung zu Schritt 108 über. Wenn es falsch ist, kann die Steuerung zu Schritt 104 zurückkehren.
In Schritt 108 bestimmt das Steuermodul 60 auf der Grundlage der gemessenen Einlasstemperatur T₁ und des gemessenen Auslassdrucks P₂ die modellierte Auslasstemperatur T_m . In Schritt 112 schätzt das Steuermodul 60 durch Vergleichen der modellierten und der gemessenen Auslasstemperatur T_m bzw. T₂ die Luftstromdrosselung.
In Schritt 116 detektiert das Steuermodul 60 Fehlerzustände. In Schritt 120 kann das Steuermodul 60 in Ansprechen auf die detektierten Bedingungen eine Aktion zum Schützen des Motors 12 ausführen (z. B. den Ladedruck steuern, den Kraftstoff steuern und/oder Warnungen erzeugen). Daraufhin kann die Steuerung zu Schritt 104 zurückkehren.

Claims

Steuersystem für einen Motor (12), der einen Turbolader (18) enthält, umfassend: ein Drosselungsschätzmodul (70), das auf der Grundlage eines Vergleichs zwischen gemessener und modellierter Temperatur bei einem Auslass eines Kompressors (19) des Turboladers (18) eine Drosselung des Luftstroms durch einen Luftfilter (16) des Motors (12) schätzt; und ein Motorschutzmodul (82), das auf der Grundlage der geschätzten Luftstromdrosselung den Turboladerladedruck steuert und/oder den Turboladerluftstrom steuert und/oder eine Kraftstoffbeaufschlagungsrate des Motors (12) steuert und/oder ein Warnsignal für einen Fahrer eines Fahrzeugs erzeugt.
Steuersystem nach Anspruch 1, wobei die modellierte Temperatur auf einer gemessenen Temperatur bei einem Einlass des Kompressors (19), auf der gemessenen Temperatur bei dem Auslass des Kompressors (19) und auf einem gemessenen Druck bei dem Auslass des Kompressors (19) beruht.
Steuersystem nach Anspruch 1, das ferner umfasst: ein erstes Fehlerdetektierungsmodul (74), das auf der Grundlage der geschätzten Luftstromdrosselung während einer ersten vorgegebenen Zeitdauer detektiert, ob ein Ersatz des Luftfilters (16) erforderlich ist.
Steuersystem nach Anspruch 3, wobei das erste Fehlerdetektierungsmodul (74) detektiert, dass der Ersatz des Luftfilters (16) erforderlich ist, wenn die geschätzte Luftstromdrosselung während der ersten vorgegebenen Zeitdauer angibt, dass eine Luftstromdrosselung höher als ein vorgegebener Drosselungsschwellenwert ist.
Steuersystem nach Anspruch 4, das ferner umfasst: ein zweites Fehlerdetektierungsmodul (78), das auf der Grundlage der geschätzten Luftstromdrosselung und der gemessenen Temperatur bei dem Einlass des Kompressors (19) während einer zweiten vorgegebenen Zeitdauer detektiert, ob der Luftfilter (16) durch Schnee und/oder Eis gedrosselt ist, wobei die zweite vorgegebene Zeitdauer kleiner als die erste vorgegebene Zeitdauer ist.
Steuersystem nach Anspruch 5, wobei das zweite Fehlerdetektierungsmodul (78) detektiert, dass der Luftfilter (16) durch Schnee und/oder Eis gedrosselt ist, wenn eine Änderungsrate der geschätzten Luftstromdrosselung während einer dritten vorgegebenen Zeitdauer höher als ein vorgegebener Änderungsratenschwellenwert ist und wenn die gemessene Temperatur bei dem Einlass des Kompressors (19) kleiner als ein vorgegebener Temperaturschwellenwert ist, wobei die dritte vorgegebene Zeitdauer kleiner oder gleich der zweiten vorgegebenen Zeitdauer ist.
Steuersystem nach Anspruch 6, wobei das Motorschutzmodul (82) ein Ersetzungssignal für den Fahrer des Fahrzeugs erzeugt, wenn das erste Fehlerdetektierungsmodul (74) detektiert, dass der Ersatz des Luftfilters (16) erforderlich ist, und wobei das Motorschutzmodul (82) ein Drosselungssignal für den Fahrer des Fahrzeugs erzeugt, wenn das zweite Fehlerdetektierungsmodul (78) detektiert, dass der Luftfilter (16) durch Schnee und/oder Eis gedrosselt ist.
Steuersystem nach Anspruch 1, wobei das Motorschutzmodul (82) den Ladedruck des Turboladers (18) und/oder den Luftstrom des Turboladers (18) verringert, wenn die geschätzte Luftstromdrosselung höher als ein erster vorgegebener Schwellenwert ist, wobei der Ladedruck und der Luftstrom des Turboladers (18) ferner auf der Motordrehzahl und auf der Fahrzeughöhe beruhen.
Steuersystem nach Anspruch 8, wobei das Motorschutzmodul (82) eine maximale Kraftstoffrate des Motors (12) verringert und/oder die Kraftstoffrate des Motors (12) begrenzt, um einen Notlaufmodus des Motors (12) anzuweisen, wenn die geschätzte Luftstromdrosselung höher als ein zweiter vorgegebener Schwellenwert ist, wobei die maximale Kraftstoffrate des Motors (12) ferner auf der Motordrehzahl und auf der Fahrzeughöhe beruht und wobei der zweite vorgegebene Schwellenwert höher als der erste vorgegebene Schwellenwert ist.
Steuersystem nach Anspruch 1, wobei das Motorschutzmodul (82) auf der Grundlage der geschätzten Luftstromdrosselung einen vorgegebenen Versatz an einen Luftdrucksensor (86) anweist.