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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Offenbarung betrifft Verfahren zum Schätzen und Steuern eines Drehmoments und eines Unterdrucks in Brennkraftmaschinen von Hybridfahrzeugen.
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HINTERGRUND
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Kraftfahrzeuge weisen einen Antriebsstrang auf, der betreibbar ist, um das Fahrzeug anzutreiben und um die fahrzeugeigene Elektronik mit Leistung zu versorgen. Der Antriebsstrang oder das Antriebsaggregat umfasst im Allgemeinen eine Brennkraftmaschine, die das Endantriebssystem durch ein Mehrgang-Leistungsgetriebe antreibt. Viele Fahrzeuge werden durch eine Brennkraftmaschine (ICE) vom Hubkolbentyp angetrieben. Die Brennkraftmaschine wandelt chemische Energie, die in dem Kraftstoff (Benzin, Diesel, Biokraftstoffen, Erdgas oder anderen Kraftstoffen) gespeichert ist, durch die Verbrennung des Kraftstoffs, der mit Luft gemischt wird, in kinetische Energie um.
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Hybridfahrzeuge verwenden mehrere alternative Leistungsquellen, um das Fahrzeug anzutreiben, und minimieren die Abhängigkeit von der Brennkraftmaschine für den Antrieb. Ein Hybridelektrofahrzeug (HEV) beinhaltet beispielsweise sowohl elektrische Energie als auch chemische Energie und wandelt selbige in mechanische Leistung um, um das Fahrzeug anzutreiben und die Fahrzeugsysteme mit Leistung zu versorgen. Das HEV verwendet im Allgemeinen eine oder mehrere Elektromaschinen (Motoren/Generatoren), die einzeln oder zusammen mit der Brennkraftmaschine arbeiten, um das Fahrzeug anzutreiben. Die Elektromaschinen wandeln kinetische Energie in elektrische Energie um, die in einer Energiespeichereinrichtung gespeichert werden kann. Die elektrische Energie von der Energiespeichereinrichtung kann auch für den Antrieb des Fahrzeugs auch zurück in kinetische Energie umgewandelt werden.
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Aus der
DE 10 2008 022 082 A1 ist ein Verfahren zum selektiven Erzeugen eines Unterdrucks in einem Hybridantriebsstrang bekannt, der eine Brennkraftmaschine aufweist. Es wird eine Druckdifferenz zwischen einem ersten Einlasspunkt und einem zweiten Einlasspunkt angefordert, die durch eine Drossel separiert sind. Ferner werden eine maximale Drehmomentkapazität und eine Soll-Drehmomentkapazität für die Brennkraftmaschine berechnet. Bei der Soll-Drehmomentkapazität ist der Druck am zweiten Einlasspunkt relativ zum Druck am ersten Einlasspunkt verringert, sodass die angeforderte Druckdifferenz erzeugt wird. Die Brennkraftmaschine wird bei oder unterhalb der Soll-Drehmomentkapazität betrieben, um die angeforderte Druckdifferenz zu erzeugen.
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Die
DE 101 36 943 A1 beschreibt ein Verfahren für einen Antriebsstrang, bei dem ein Einlasskrümmerdruck herabgesetzt wird, um einen Unterdruck zu erzeugen, der für einen Spülvorgang zur Kraftstoffdampfrückgewinnung erforderlich ist.
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Ferner beschreibt die nachveröffentliche Druckschrift
DE 10 2011 110 748 A1 ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebsstrangs, bei dem eine Drehmomentkapazität einer Brennkraftmaschine mittels eines Druckmodells berechnet wird.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum selektiven Erzeugen eines Unterdrucks in einem Hybridantriebsstrang zu schaffen, mit dem einerseits eine Brennkraftmaschine des Hybridantriebsstrangs bei einer möglichst hohen Kraftstoffeffizienz betrieben wird und andererseits ein notwendiger Unterdruck im Hybridantriebsstrang nicht unterschritten wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 7.
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Es ist ein Verfahren zum selektiven Erzeugen eines Unterdrucks in einem Hybridantriebsstrang vorgesehen, der durch einen Hybridsteuerprozessor gesteuert wird und eine Brennkraftmaschine aufweist, die durch ein Brennkraftmaschinen-Steuermodul gesteuert wird. Das Verfahren umfasst, dass eine Druckdifferenz zwischen einem ersten Einlasspunkt und einem zweiten Einlasspunkt angefordert wird, wobei der erste Einlasspunkt und der zweite Einlasspunkt durch eine Drossel separiert sind. Es wird eine Ist-Drehmomentkapazität für die Brennkraftmaschine berechnet, wobei die Ist-Drehmomentkapazität auftritt, wenn der Druck an dem ersten Einlasspunkt und an dem zweiten Einlasspunkt im Wesentlichen gleich ist. Eine Soll-Drehmomentkapazität wird ebenso für die Brennkraftmaschine berechnet, wobei die Soll-Drehmomentkapazität den Druck an dem zweiten Einlasspunkt relativ zu dem Druck an dem ersten Einlasspunkt verringert, sodass die angeforderte Druckdifferenz erzeugt wird. Die Brennkraftmaschine wird anschließend bei der Soll-Drehmomentkapazität oder bei der Ist-Drehmomentkapazität betrieben.
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Die vorstehenden Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung einiger der besten Weisen und anderer Ausführungsformen zum Ausführen der Erfindung leicht offensichtlich, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, wenn die Beschreibung mit den begleitenden Zeichnungen in Verbindung gebracht wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein schematisches Diagramm eines Hybridantriebsstrangs; und
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2 ist ein schematisches Flussdiagramm eines Algorithmus oder Verfahrens zum Steuern einer Brennkraftmaschine eines Hybridantriebsstrangs, wie beispielsweise desjenigen, der in 1 gezeigt ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Auf die Zeichnungen Bezug nehmend, in denen gleiche Bezugszeichen überall in den verschiedenen Zeichnungsfiguren gleichen oder ähnlichen Komponenten entsprechen, ist in 1 ein schematisches Diagramm eines Hybridantriebsstrangs 100 für ein Hybridfahrzeug gezeigt. Der Hybridantriebsstrang 100 umfasst eine Brennkraftmaschine 110, die durch ein Brennkraftmaschinen-Steuermodul 112 (oder ECM 112) gesteuert wird, und eine Elektromaschine 114, die durch einen Hybridsteuerprozessor 116 (oder HCP 116) gesteuert wird. Die Brennkraftmaschine 110 und die Elektromaschine 114 sind die Antriebsmaschinen für das Hybridfahrzeug, und sie stehen miteinander und mit einem Endantrieb (nicht gezeigt) des Hybridantriebsstrangs in einer Leistungsflussverbindung. Die Brennkraftmaschine 110 und die Elektromaschine 114 werden kombiniert, um das Fahrzeug zu beschleunigen und zu verlangsamen.
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Obgleich die vorliegende Erfindung bezogen auf Kraftfahrzeuganwendungen im Detail beschrieben ist, werden Fachleute die breitere Anwendbarkeit der Erfindung erkennen. Fachleute werden erkennen, dass Ausdrücke, wie beispielsweise ”oberhalb”, ”unterhalb”, ”aufwärts”, ”abwärts” usw., zur Beschreibung der Figuren verwendet werden und keine Einschränkungen für den Umfang der Erfindung darstellen, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck Hybridfahrzeug allgemein auf ein beliebiges Fahrzeug, das mit mehreren Leistungsquellen ausgebildet ist (wie beispielsweise mit der Brennkraftmaschine 110 und der Elektromaschine 114), die Traktionseinrichtungen oder Antriebsmaschinen mit alternativer Energie umfassen können.
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Die Elektromaschine 114 ist ausgebildet, um kinetische oder mechanische Energie in elektrische Energie oder elektrische potentielle Energie umzuwandeln, die in einer Energiespeichereinrichtung oder Batterie 118 gespeichert werden kann. Die elektrische Energie von der Batterie 118 kann anschließend für den Antrieb des Hybridfahrzeugs zurück in kinetische Energie umgewandelt werden. Die Elektromaschine 114 kann kinetische Energie von der Brennkraftmaschine 110 umwandeln, oder sie kann die Brennkraftmaschine 110 dabei unterstützen, den Antrieb für den Hybridantriebsstrang 100 zu liefern. Die Elektromaschine 114 kann ein Elektromotor, ein elektrischer Generator, ein Motor/Generator oder eine beliebige Kombination oder Vereinigung von diesen sein.
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Die Brennkraftmaschine 110 steht mit einem Lufteinlass 120 in Verbindung. Selektiven Luftmengen wird ermöglicht, über eine Drossel 122, die direkt oder indirekt durch das ECM 112 gesteuert wird, durch den Lufteinlass 120 zu strömen. Ein Krümmer 124 ist zwischen der Drossel 122 und der Brennkraftmaschine 110 angeordnet, und die Drossel 122 lässt Luft selektiv und variabel in den Krümmer 124 ein.
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Indem die Luftmenge variiert wird, die in die Brennkraftmaschine 110 eintritt, variiert die Drossel den Verbrennungsprozess sowie die Leistung und die Drehmomentabgabe der Brennkraftmaschine 110. Die Luft wird in der Brennkraftmaschine 110 mit Kraftstoff (Benzin, Diesel, Biodiesel, Erdgas usw.) kombiniert. Sehr allgemein ausgedrückt, und wenn viele andere Variablen fixiert oder ignoriert werden, ermöglicht mehr Luft, dass mehr Kraftstoff verbrannt wird und dass mehr Drehmoment durch die Brennkraftmaschine 110 erzeugt wird. Das Öffnen der Drossel bis zu ihrer weitesten und am wenigsten eingeschränkten Position ermöglicht der Brennkraftmaschine 110, bei ihrer höchsten Drehmomentabgabe, ihrer maximalen Kapazität, zu arbeiten. Dies wird als eine Sättigung der Drossel 122 bezeichnet.
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Ein Einlasssensor 126 steht mit dem Lufteinlass 120 in Verbindung und misst einen Drosseleinlassdruck oder Drosseleinlassluftdruck (TIAP). Der Einlasssensor 126 misst im Allgemeinen den Druck der Umgebungsluft, die in den Lufteinlass 120 eintritt.
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Ein Krümmerluftdrucksensor oder MAP-Sensor 128 misst den Druck in dem Krümmer 124. Die Drossel 122 variiert den Druck in dem Krümmer 124, indem die Luftströmung von dem Einlass in den Krümmer 124 selektiv beschränkt wird. Der Drosseleinlassluftdruck kann auch ein erlernter Wert sein, der unter Verwendung des MAP-Sensors 128 abgeleitet wird, wenn sich die Brennkraftmaschine nicht dreht und der Krümmer- und der Einlassdruck gleich werden.
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Wenn sich die Drossel 122 in ihrer am wenigsten eingeschränkten Position (mit gesättigter Luftströmung) befindet, läuft die Brennkraftmaschine 110 im Allgemeinen bei ihrer maximalen verfügbaren Drehmomentkapazität. Wenn die Drossel 122 jedoch die Luftströmung zwischen dem Lufteinlass 120 und dem Krümmer 124 beschränkt, läuft die Brennkraftmaschine 110 unterhalb der maximalen verfügbaren Drehmomentkapazität. Wenn die Drossel 122 jedoch die Luftströmung zwischen dem Lufteinlass 120 und dem Krümmer 124 beschränkt, ist darüber hinaus ein Unterdruck oder eine Druckdifferenz zwischen dem Lufteinlass 120 und dem Krümmer 124 vorhanden.
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Ein Luftmassensensor (nicht gezeigt) kann auch verwendet werden, um das Volumen und die Masse der Luftströmung zu messen, die durch den Lufteinlass 120 strömt. Der Luftmassensensor kann vor der Drossel 122 angeordnet sein, oder er kann an einer beliebigen Stelle entlang des Lufteinlasses 120 angeordnet sein.
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Eine Unterdruck-Anforderungseinrichtung 130 ist eine schematische Darstellung mehrerer Komponenten oder Brennkraftmaschinenfunktionen, die in dem Hybridantriebsstrang 100 eingebunden sein können. Die Unterdruck-Anforderungseinrichtung 130 steht selektiv mit dem Lufteinlass 120 und dem Krümmer 124 in Luftströmungsverbindung, sodass die Unterdruck-Anforderungseinrichtung 130 den Unterdruck verwenden kann, der zwischen dem Lufteinlass 120 und dem Krümmer 124 erzeugt wird. Beispielsweise und ohne Einschränkung kann die Unterdruck-Anforderungseinrichtung 130 ein System für einen Behälterspülprozess, kein Abgasrückführungssystem (AGR-System), ein Bremskraftverstärker-Unterdrucksystem, ein System für Verdunstungsemissionen (EVAP-System) oder ein geschlossenes Entlüftungssystem für ein Kurbelgehäuse sein.
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In Abhängigkeit von der Ausbildung des Hybridantriebsstrangs 100 und den relativen Fähigkeiten der Antriebsmaschinen (der Brennkraftmaschine 110 und der Elektromaschinen 114) kann der Hybridantriebsstrang 100 derart ausgebildet sein, dass die Brennkraftmaschine 110 normalerweise bei ihrer tatsächlichen maximalen Drehmomentkapazität läuft. Wenn sie bei der tatsächlichen maximalen Drehmomentkapazität läuft, ist der Druck an dem Lufteinlass 120 und an dem Krümmer 124 im Wesentlichen gleich, sodass für die Unterdruck-Anforderungseinrichtung kein Unterdruck verfügbar ist. Daher kann der Hybridantriebsstrang 100 einen großen Prozentanteil der Zeit damit verbringen, dass die Brennkraftmaschine 110 bei der maximalen Drehmomentkapazität läuft, was einen ungedrosselten Betrieb erfordert, und Druckdifferenzen können während normaler Betriebsweisen für die Unterdruck-Anforderungseinrichtung 130 nicht leicht verfügbar sein.
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Das ECM 112 verwendet Eingaben von einigen oder allen der Sensoren (dem Einlasssensor 126, dem MAP-Sensor 128 und dem Luftmassensensor), um die Drehmomentkapazität der Brennkraftmaschine 110 zu schätzen oder zu ermitteln. Das ECM 112 kann die ermittelte Drehmomentkapazität oder eine andere gemessene oder ermittelte Information an den HCP 116 senden, um diese bei der Optimierung zu verwenden. Der HCP 116 ermittelt den Drehmomentbetrag, den die Brennkraftmaschine 110 liefern sollte, und wie viel Drehmoment (positiv oder negativ) die Elektromaschine 114 liefern sollte, um den Betrieb des Hybridantriebsstrangs 100 zu optimieren. Allgemein ermöglichen genauere Schätzungen der Drehmomentkapazität der Brennkraftmaschine 110 eine genauere Optimierung des Hybridantriebsstrangs 100 durch den HCP 116.
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Das ECM 112 bewirkt das Drehmoment, das von dem HCP 116 angefordert wird, indem Drehmomentaktuatoren gesteuert werden. Die Drossel 122 ist einer der Drehmomentaktuatoren. Zusätzliche Drehmomentaktuatoren sind in 1 schematisch bei 132 dargestellt. Die zusätzlichen Drehmomentaktuatoren 132 können ohne Einschränkung umfassen: Nockenphasensteller und das AGR-System, die eine Verdünnung des Verbrennungsprozesses bewirken; den Zündfunken und den Zündfunkenzeitpunkt; ein System mit variablem Hubraum, ein System für ein aktives Kraftstoffmanagement und ein System mit mehreren Nockenwellen.
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Nun auf 2 Bezug nehmend und unter weiterer Bezugnahme auf 1, ist ein schematisches Flussdiagramm eines Algorithmus oder Verfahrens 200 zum Steuern der Brennkraftmaschine 110 gezeigt, um selektiv einen Unterdruck für die Unterdruck-Anforderungseinrichtung 130 zu liefern. Das Verfahren 200 kann verwendet werden, um zu ermitteln, ob eine Unterdruckkapazität verfügbar ist, sodass die Brennkraftmaschine 110 bei weniger als der maximalen verfügbaren Drehmomentkapazität betrieben werden kann, und ob der Unterdruck verwendet werden sollte oder ob die Unterdruckanforderung zugunsten des Erzeugens von mehr Drehmoment übergangen werden sollte.
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Allgemein sind die Schritte, die unterhalb einer Linie 202 von 2 gezeigt sind, Teil der Betriebsweisen des ECM 112, und die Schritte, die oberhalb der Linie 202 von 2 gezeigt sind, sind Teil der Betriebsweisen des HCP 116. Die relative Anordnung der Schritte oberhalb oder unterhalb der Linie 202 ist jedoch nicht einschränkend. Darüber hinaus kann ein einzelner Controller einige oder alle der Funktionen des ECM 112, des HCP 116 oder von beiden ausführen. Wie es in 2 verwendet wird, folgen beliebige Entscheidungsschritte, die positiv (mit einem Ja) beantwortet werden, dem mit einem ”+”-Zeichen (dem mathematischen Plus oder Additionsoperator) bezeichneten Pfad. Auf ähnliche Weise folgen Entscheidungsschritte, die negativ (mit einem Nein) beantwortet werden, dem mit einem ”–”-Zeichen (dem mathematischen Minus oder Subtraktionsoperator) bezeichneten Pfad.
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Schritt 210: Anforderung des Unterdrucks.
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Das Verfahren 200 beginnt, wenn die Unterdruck-Anforderungseinrichtung 130 eine Druckdifferenz (einen Unterdruck) zwischen dem Lufteinlass 120 und dem Krümmer 124 anfordert. Wie hierin erläutert wird, können viele Funktionen der Brennkraftmaschine 110 oder andere Komponenten des Hybridantriebsstrangs 100 einen Unterdruck anfordern. Indem eine Druckdifferenz zwischen einem ersten Einlasspunkt (dem Lufteinlass 120) und einem zweiten Einlasspunkt (dem Krümmer 124) angefordert wird, signalisiert Schritt 210, dass die Drossel 122 möglicherweise derart betätigt werden muss, dass die Brennkraftmaschine 110 vorübergehend mit einer verringerten Kapazität arbeiten wird.
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Schritt 212: Berechnung der Ist-Drehmomentkapazität.
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Das Verfahren 200 umfasst, dass eine Ist-Drehmomentkapazität berechnet wird. Um dies auszuführen, wandelt das Verfahren den TIAP-Druck, der durch den Einlasssensor 126 gemessen wird, in die (maximale) Ist-Drehmomentkapazität um, in dem ein Druckmodell angewendet wird, das einen Luftdruck in ein Drehmoment umwandelt, oder indem ein Luftmassenmodell angewendet wird, das eine Luftmassenströmung in ein Drehmoment umwandelt. Das Druckmodell ermittelt die Drehmomentkapazität der Brennkraftmaschine 110 als eine Funktion der für die Verbrennung verfügbaren Luft, und es ermittelt die verfügbare Luft anhand von Druckmesswerten.
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Die Brennkraftmaschine 110 saugt Luft aus dem Krümmer 124 an. Die Ist-Drehmomentkapazität tritt jedoch auf, wenn der Druck an dem ersten Einlasspunkt (dem Lufteinlass 120) und an dem zweiten Einlasspunkt (dem Krümmer 124) im Wesentlichen gleich ist. Daher berechnet Schritt 212 das Drehmoment unter Verwendung des TIAP (der durch den Einlasssensor 126 gemessen wird) als die Eingabe für das Druckmodell anstelle des Krümmerdrucks (der durch den MAP-Sensor 128 gemessen wird). Die Verwendung des TIAP in dem Druckmodell stellt sicher, dass Schritt 212 die Ist-Drehmomentkapazität unter der Annahme berechnet, dass die Drossel 122 vollständig geöffnet ist, sodass der Druck in dem Krümmer 124 gleich dem Druck an dem Lufteinlass 120 ist und die maximale Menge der verfügbaren Luft in die Brennkraftmaschine 110 eintritt.
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Schritt 214: Berechnung der Soll-Drehmomentkapazität.
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Das Verfahren 200 umfasst, dass eine Soll-Drehmomentkapazität berechnet wird. Das Druckmodell ermittelt die Soll-Drehmomentkapazität der Brennkraftmaschine 110, indem das Drehmoment berechnet wird, das während des Betriebs mit einem Druck in dem Krümmer 124 erzeugt werden würde, der auf Niveaus verringert ist, die zum Liefern eines Unterdrucks für die Unterdruck-Anforderungseinrichtung 130 benötigt werden. Der Betrieb bei der Soll-Drehmomentkapazität verringert den Druck an dem zweiten Einlasspunkt (an dem Krümmer 124) relativ zu dem Druck an dem ersten Einlasspunkt (an dem Lufteinlass 120), sodass die Druckdifferenz erzeugt wird.
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Zu Darstellungszwecken ist ein Beispiel der Ermittlungen und Berechnungen, die durch das Verfahren 200 in den Schritten 210–214 ausgeführt werden, hierin enthalten. Die ausdrücklichen Werte und Einheiten sind hierin nur darstellend und sollen den Umfang der beanspruchten Erfindung nicht einschränken, und sie können von der tatsächlichen Praxis stark abweichen, was von der Größe und dem Typ der Brennkraftmaschine 110 abhängt.
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Es wird beispielhaft und ohne Einschränkung angenommen, dass die Unterdruck-Anforderungseinrichtung 130 bei Schritt 210 10 Kilopascal (kPa) an Unterdruck anfordert. Wenn der Einlasssensor 126 einen TIAP von ungefähr 100 kPa misst, muss der Druck in dem Krümmer 124 zum Liefern der 10 kPa des angeforderten Unterdrucks bei oder unterhalb von ungefähr 90 kPa liegen. Schritt 212 berechnet die Ist-Drehmomentkapazität – möglicherweise anhand des Druckmodells – der Brennkraftmaschine 110, die mit der vollen Lufteingabe (einer gesättigten Luftströmung) von 100 kPa arbeitet. Die Ist-Drehmomentkapazität kann unter diesen Umständen ungefähr 150 Newtonmeter (Nm) betragen.
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Das Verfahren 200 berechnet auch die Soll-Drehmomentkapazität, die zum Erreichen eines Betriebs der Brennkraftmaschine 110 notwendig ist, bei dem 90 kPa an verringertem Druck (relativ zu dem Lufteinlass 120) in dem Krümmer 124 verwendet werden. Das Druckmodell kann ermitteln, dass die Soll-Drehmomentkapazität unter diesen Umständen ungefähr 135 Nm beträgt. Daher hat das Verfahren 200 in den Schritten 210–214 ermittelt, dass dann, wenn die Brennkraftmaschine derart betrieben wird, dass sie ungefähr 135 Nm an Drehmoment erzeugt (die Soll-Drehmomentkapazität), die Drossel 122 die Strömung in dem Krümmer 124 derart einschränkt, dass die Unterdruck-Anforderungseinrichtung 130 ungefähr 10 kPa an Unterdruck zur Verfügung haben wird, um damit ihre Funktionen auszuführen.
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Es ist zu beachten, dass das ECM 112 die Drehmomentabgabe oder -kapazität der Brennkraftmaschine 110 nicht direkt misst, dies sind auf Modellen basierende Schätzungen. Solange dies zu ausreichend genauen Schätzungen führt, können das ECM 112 und das Verfahren 200 ein beliebiges Modell oder eine beliebige Berechnung verwenden, um die Ist-Drehmomentkapazität und die Soll-Drehmomentkapazität zu berechnen. Darüber hinaus kann das Verfahren 200 mehrere Modelle oder mehrere Kombinationen von Modellen verwenden. Das Verfahren 200 schreitet anschließend zu einer Ermittlung voran, welche der Schätzungen für die Drehmomentkapazität verwendet werden sollte, was umfassen kann, dass die Ist-Drehmomentkapazität und die Soll-Drehmomentkapazität an den HCP 116 gesendet werden.
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Schritt 216: Ermittlung des Übersetzungsverhältnisses oder Modus; langfristige Optimierung.
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Sobald die endgültige Drehmomentkapazität durch das ECM 112 ermittelt wurde, sendet das in 2 gezeigte Verfahren 200 die endgültige Drehmomentkapazität an den HCP 116 zur Optimierung des Hybridantriebsstrangs 100 unter Berücksichtigung der momentanen und erwarteten Betriebsbedingungen des Hybridfahrzeugs, und dies wird vorzugsweise auf eine effiziente Weise ausgeführt. Eine der Funktionen, die durch den HCP 116 ausgeführt werden, ist das Ermitteln des Übersetzungsverhältnisses oder des Getriebemodus. Dies wird als eine langfristige Optimierung bezeichnet, da der HCP 116 versucht, ein Übersetzungsverhältnis auszuwählen, das die Betriebsanforderungen des Fahrers für mehr als einen unmittelbaren oder momentanen Zeitrahmen erfüllt.
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Schritt 218: Ermittlung der Brennkraftmaschinen-Drehmomentanforderung; kurzfristige Optimierung.
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Eine andere der Funktionen, die durch den HCP 116 ausgeführt werden kann, ist das Ermitteln einer Brennkraftmaschinen-Drehmomentanforderung für den Betrieb der Brennkraftmaschine 110, welche dem Hybridantriebsstrang 100 ermöglichen wird, die momentanen Betriebsbedingungen im Allgemeinen zu erfüllen, die durch den Fahrer angefordert werden. Dies wird als eine kurzzeitige Optimierung bezeichnet, da der HCP 116 und der Fahrer den Betrag des Drehmoments schnell verändern können, der von der Brennkraftmaschine 110 oder von dem Hybridantriebsstrang 100 insgesamt angefordert wird. Der HCP 116 berechnet die Brennkraftmaschinen-Drehmomentanforderung als eine Funktion der Ist-Drehmomentkapazität und der Soll-Drehmomentkapazität, die durch das ECM 112 gesendet wird, und als eine Funktion einer Antriebsstrang-Drehmomentanforderung.
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Bei einem Vollhybrid, wie beispielsweise einem Multimodus-EVT-Hybridfahrzeug, werden die Pedalanweisungen des Fahrers in eine Achsendrehmomentanforderung umgewandelt, und der HCP 116 ermittelt das kombinierte Drehmoment von der Brennkraftmaschine 110 und der Elektromaschine 114, das die Fahreranforderungen und andere Anforderungen für den Hybridantriebsstrang 100 am wahrscheinlichsten erfüllen wird. Auf ähnliche Weise ermittelt der HCP 116 in einem Mildhybrid, wie beispielsweise einem Fahrzeug mit riemengetriebenem Lichtmaschinen-Starter, eine Kurbelwellen-Drehmomentanforderung, und er ermittelt anschließend das kombinierte Drehmoment von der Brennkraftmaschine 110 und der Elektromaschine 114, das die Kurbelwellen-Drehmomentanforderung am wahrscheinlichsten erfüllt. Entweder die Achsendrehmomentanforderung oder die Kurbelwellen-Drehmomentanforderung kann allgemein als die Antriebsstrang-Drehmomentanforderung bezeichnet werden und die Drehmomenterfordernisse des Hybridantriebsstrangs 100 repräsentieren.
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Die Drehmomentanforderung kann insgesamt oder teilweise von anderen Quellen als dem Fahrer stammen. Beispielsweise und ohne Einschränkung können Tempomat- oder Kollisionsvermeidungssysteme die Antriebsstrang-Drehmomentanforderung liefern oder das Drehmoment verändern, das durch den Fahrer angefordert wird. Nach der kurzfristigen Optimierung wird die Brennkraftmaschinen-Drehmomentanforderung an das ECM 112 zurückgesendet, um die Brennkraftmaschine 110 zu dem gewünschten Betrag des Drehmoments zu steuern.
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Wenn der HCP 116 schließlich ermittelt, dass die Brennkraftmaschine 110 bei dem verringerten Niveau der Soll-Drehmomentkapazität läuft, wird die Verringerung der Gesamt-Drehmomentkapazität der Brennkraftmaschine 110 die langfristige Optimierung bei Schritt 216 oft dazu bringen, eine Getriebeübersetzung auszuwählen, welche die Drehzahl der Brennkraftmaschine 110 erhöhen würde. Die Drehzahlerhöhung für die Brennkraftmaschine 110 ermöglicht dem HCP 116, im Allgemeinen eine konstante Leistungsabgabe aufrecht zu erhalten, da eine höhere Drehzahl bei einem niedrigeren Drehmoment erforderlich ist, um dieselbe Leistung von dem Hybridantriebsstrang 100 auszugeben.
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Schritt 220: Ist die Soll-Drehmomentkapazität größer als die Brennkraftmaschinen-Drehmomentanforderung?
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In Abhängigkeit von der Ausbildung des Hybridantriebsstrangs 100 und von den relativen Fähigkeiten der Antriebsmaschinen (der Brennkraftmaschine 110 und der Elektromaschinen 114) kann die Tendenz des HCP 116 sein, die Brennkraftmaschine 110 bei der Ist-Drehmomentkapazität zu betreiben, um die Antriebsstrang-Drehmomentanforderung zu erfüllen. Die Schritte 218 und 220 umfassen, dass die Antriebsstrang-Drehmomentanforderung überwacht wird und dass die Antriebsstrang-Drehmomentanforderung mit der Ist-Drehmomentkapazität und der Soll-Drehmomentkapazität verglichen wird. Der HCP 116 bindet die Unterdruckanforderung (und die relativ gesehen niedrigere Soll-Drehmomentkapazität) in seine kurzfristige Optimierung ein, um der Tendenz entgegenzuwirken, die Brennkraftmaschine 110 zu Zwecken der Kraftstoffeffizienz bei dem größten verfügbaren Drehmomentniveau (der Ist-Drehmomentkapazität) zu betreiben. Die Schritte 218 und 220 können in dem HCP 116 in einen einzigen Schritt oder Prozess kombiniert werden.
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Der HCP 116 ermittelt die Brennkraftmaschinen-Drehmomentanforderung mit den Zielen: erstens, die Antriebsstrang-Drehmomentanforderung zu erfüllen (welche die Drehmomentanforderung des Fahrers umfasst), und zweitens, die Unterdruckanforderung zu erfüllen, indem die Brennkraftmaschine 110 bei der Soll-Drehmomentanforderung betrieben wird. Das Verfahren 200 kann daher umfassen, dass die Brennkraftmaschine 110 bei der Soll-Drehmomentkapazität betrieben wird, wenn die Antriebsstrang-Drehmomentanforderung mit der Soll-Drehmomentkapazität erfüllt werden kann, oder dass die Brennkraftmaschine 110 bei einer Drehmomentabgabe zwischen der Soll-Drehmomentkapazität und der Ist-Drehmomentkapazität betrieben wird, wenn die Antriebsstrang-Drehmomentanforderung nicht mit der Soll-Drehmomentkapazität erfüllt werden kann.
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Die Schritte 218 und 220 können umfassen, dass zuerst die Brennkraftmaschinen-Drehmomentanforderung ermittelt wird, die am besten zu der Antriebsstrang-Drehmomentanforderung passt, und dass anschließend dieser Wert mit der Soll-Drehmomentkapazität verglichen wird, um zu ermitteln, wie die Brennkraftmaschine 110 betrieben werden soll. Alternativ kann das Verfahren 200 die Brennkraftmaschinen-Drehmomentanforderung anfänglich basierend auf der Fähigkeit ermitteln, die Soll-Drehmomentkapazität unter Berücksichtigung der Antriebsstrang-Drehmomentanforderung zu erfüllen, sodass der Vergleichsschritt von 220 in die Ermittlung der Brennkraftmaschinen-Drehmomentanforderung eingebunden wird.
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Nachdem der HCP 116 die Brennkraftmaschinen-Drehmomentanforderung ermittelt hat, was die Ermittlung umfasst, ob die Soll-Drehmomentanforderung erfüllt werden kann, kann das Verfahren 200 umfassen, dass die Brennkraftmaschinen-Drehmomentanforderung von dem HCP 116 an das ECM 112 gesendet wird. Wie in 2 gezeigt ist, schreitet das Verfahren 200 von Schritt 220 zu Schritt 222 voran, wenn die Soll-Drehmomentkapazität nicht erfüllt werden kann, während andere Anforderungen für den Hybridantriebsstrang 100 erfüllt werden.
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Schritt 222: Steuerung der Drossel zur Sättigung.
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Wenn das Verfahren 200 ermittelt, dass die Brennkraftmaschine 110 nicht bei der Soll-Drehmomentkapazität betrieben werden sollte, wird der HCP 116 im Allgemeinen die Ist-Drehmomentkapazität als die Brennkraftmaschinen-Drehmomentanforderung auswählen. Um die Brennkraftmaschinen-Drehmomentanforderung bei der Ist-Drehmomentkapazität zu erfüllen, steuert das ECM 112 die Drossel 122 derart, dass der Unterdruck entfernt wird, sodass die Drossel 122 eine gesättigte Luftströmung von dem Lufteinlass 120 in den Krümmer 124 ermöglicht. Dies kann auch als eine unbeschränkte Strömung, eine am wenigsten eingeschränkte Strömung oder eine weit offene Drossel 122 bezeichnet werden. Die zusätzlichen Drehmomentaktuatoren 132 werden ebenso gesteuert, um der Brennkraftmaschine 110 zu ermöglichen, bei der Ist-Drehmomentkapazität zu arbeiten.
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Um zu ermitteln, wie die Drossel 122 betrieben werden soll, um die Brennkraftmaschinen-Drehmomentanforderung von dem HCP 116 zu erfüllen, wandelt das Verfahren 200 die Brennkraftmaschinen-Drehmomentanforderung zurück in einen Druckwert für den Krümmer 124 um. Das Verfahren 200 berechnet den angeforderten Krümmerdruck als eine Funktion der Brennkraftmaschinen-Drehmomentanforderung von dem HCP 116. Die Krümmerdruckanforderung wird anschließend verwendet, um die Drossel 122 und die zusätzlichen Drehmomentaktuatoren 132 zu steuern.
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Das Berechnen der Krümmerdruckanforderung kann ein inverses Druckmodell umfassen, das die inverse Funktion des Druckmodells ist, das zum Ermitteln der Ist-Drehmomentkapazität bei Schritt 212 verwendet wird. Wie in dem vorstehenden Beispiel dargestellt wurde, verwendete das Druckmodell einen Druckwert von 100 kPa als Eingabe, und es ermittelte, dass die Ist-Drehmomentkapazität als Ausgabe 150 Nm betrug. Das inverse Druckmodell wird die Brennkraftmaschinen-Drehmomentanforderung (die gleich der Ist-Drehmomentkapazität ist) von 150 Nm als Eingabe verwenden und als Ausgabe ermitteln, dass der angeforderte Druck in dem Krümmer 124 100 kPa betragen sollte. Das ECM 112 wird anschließend die Drossel 122 betätigen, um 100 kPa in dem Krümmer 124 zu erreichen.
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Schritt 224: Kein Unterdruck.
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Das Verfahren 200 endet anschließend damit, dass die Brennkraftmaschine 110 bei der Ist-Drehmomentkapazität arbeitet und dass es keine Druckdifferenz zwischen dem Lufteinlass 120 und dem Krümmer 124 gibt. Daher ist kein Unterdruck zur Verwendung durch die Unterdruck-Anforderungseinrichtung 130 vorhanden. Alternativ kann der HCP 116 ermittelt haben, dass die Brennkraftmaschine 110 bei einem Wert zwischen der Soll-Drehmomentkapazität und der Ist-Drehmomentkapazität betrieben werden soll. In einem solchen Fall wird ein nicht ausreichender Unterdruck für die Unterdruck-Anforderungseinrichtung 130 verfügbar sein, und die zusätzlichen Drehmomentaktuatoren 132 (wie beispielsweise die Nockenphasensteller) können die Verbrennungseigenschaften der Brennkraftmaschine 110 einstellen, bis der kleine Betrag des Unterdrucks entfernt ist.
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Schritt 226: Steuerung der Drossel zum Einschränken der Strömung.
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Wie es in 2 gezeigt ist, schreitet das Verfahren 200 von Schritt 220 zu Schritt 226 voran, wenn die Soll-Drehmomentkapazität erfüllt werden kann, während die anderen Anforderungen für den Hybridantriebsstrang 100, wie beispielsweise die Antriebsstrang-Drehmomentanforderung, erfüllt werden können. Um die Brennkraftmaschinen-Drehmomentanforderung bei der Soll-Drehmomentkapazität zu erfüllen, steuert das ECM 112 die Drossel 122, um den angeforderten Unterdruck zu liefern, so dass die Drossel 122 die Luftströmung von dem Lufteinlass 120 in die Drossel 124 einschränkt.
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Um zu ermitteln, wie die Drossel 122 betrieben werden soll, um die Brennkraftmaschinen-Drehmomentanforderung von dem HCP 116 zu erfüllen, wandelt das Verfahren 200 die Soll-Drehmomentkapazität zurück in einen Druckwert für den Krümmer 124 um. Das Verfahren 200 berechnet den angeforderten Krümmerdruck als eine Funktion der Soll-Drehmomentkapazität. Die Krümmerdruckanforderung wird anschließend verwendet, um die Drossel 122 und die zusätzlichen Drehmomentaktuatoren 132 zu steuern.
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Das Berechnen der Krümmerdruckanforderung kann wiederum das inverse Druckmodell umfassen. Das inverse Druckmodell wird die Brennkraftmaschinen-Drehmomentanforderung (die gleich der Soll-Drehmomentkapazität ist) von 135 Nm als Eingabe verwenden und als Ausgabe ermitteln, dass der angeforderte Druck in dem Krümmer 124 90 kPa betragen sollte. Das ECM 112 betätigt die Drossel 122 anschließend, um die Strömung von dem Lufteinlass 120 (die bei 100 kPa liegt) einzuschränken und nur 90 kPa in dem Krümmer 124 zu erreichen.
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Schritt 228: Unterdruck.
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Das Verfahren 200 kann anschließend damit enden, dass die Brennkraftmaschine 110 bei der Soll-Drehmomentkapazität arbeitet und eine ausreichende Druckdifferenz zwischen dem Lufteinlass 120 und dem Krümmer 124 liefert. Daher kann die Unterdruck-Anforderungseinrichtung 130 den Unterdruck verwenden, um beliebige Funktionen oder Komponenten zu betätigen, die bei Schritt 210 einen Unterdruck angefordert haben.
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Darüber hinaus kann das Verfahren 200 anders als bei dem Betrieb ohne Unterdruck andere Schritte ausführen, um sicherzustellen, dass die zusätzlichen Drehmomentaktuatoren 132 nicht der Unterdruckanforderung entgegenwirken, indem die Druckdifferenz zwischen dem Lufteinlass 120 und dem Krümmer 124 entfernt wird.
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Bei einigen Ausbildungen des Verfahrens 200 können die Schritte 210 und 212 umfassen, dass eine verstrichene Zeit überwacht wird, seit der Unterdruck angefordert wurde. Wenn die Unterdruckanforderung für eine wesentliche Zeitdauer unerreicht oder unerfüllt bleibt, kann die Ist-Drehmomentkapazität erneut berechnet werden, um gleich der Soll-Drehmomentkapazität zu sein. Bei solchen Ausbildungen würden die Schritte 218 und 220 nicht die Wahl haben, etwas anderes als die Soll-Drehmomentkapazität als den Betriebsbereich für die Brennkraftmaschine 110 auszuwählen. Wenn das Verfahren 200 zahlreiche Iterationen ausgeführt hat und stets bei Schritt 224 endet, ohne dass irgendein Unterdruck zwischen dem Lufteinlass 120 und dem Krümmer 124 erzeugt wird, wird diese Modifikation daher die Brennkraftmaschine 110 dazu zwingen, bei der Soll-Drehmomentkapazität zu arbeiten, um die Druckdifferenz für die Unterdruck-Anforderungseinrichtung 130 zu liefern.
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Alternativ könnte der Wert der Druckdifferenz gemessen werden, und wenn die Druckdifferenz für eine ausgedehnte Zeit unterhalb eines Zielwerts bleibt, kann das Verfahren 200 die Ist-Drehmomentkapazität erneut berechnen oder auf die Soll-Drehmomentkapazität zurücksetzen. Eine solche Ausbildung kann nützlich sein, wenn die Unterdruck-Anforderungseinrichtung 130 eine Komponente oder eine Funktion ist, die den Hybridantriebsstrang 100 oder die Brennkraftmaschine 110 beschädigen kann, wenn kein Unterdruck geliefert und die Funktion ausgeführt wird.
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Schritt 230: Zeitliche Planung für die zusätzlichen Drehmomentaktuatoren.
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Bei Schritt 230 werden die zusätzlichen Drehmomentaktuatoren 132 erneut gesteuert, als ob die Brennkraftmaschine 110 bei der Ist-Drehmomentkapazität arbeiten würde, sogar wenn diese bei dem verringerten Niveau der Soll-Drehmomentkapazität arbeitet. Beispielsweise können die Nockenphasensteller eine Zeitplanung erhalten, als ob die Brennkraftmaschine 110 bei der Ist-Drehmomentkapazität arbeiten würde. Wenn dies möglich ist, werden diese Zeitpläne fixiert, sodass die zusätzlichen Drehmomentaktuatoren 132 nicht frei sind, die Verbrennungseigenschaften (oder andere Eigenschaften der Brennkraftmaschine 110) zum Entfernen des Unterdrucks einzustellen.
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Schritt 232: Arbitrierung der Unterdruckanforderung.
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Bevor die Zeitpläne für die zusätzlichen Drehmomentaktuatoren 132 fixiert werden, arbitriert das Verfahren 200 die Unterdruckanforderung gegenüber anderen Anforderungen der zusätzlichen Drehmomentaktuatoren 132. Wenn die Unterdruckanforderung erfüllt werden kann, ohne dass die Beschränkungen außer Kraft gesetzt werden, die den anderen Drehmomentaktuatoren 132 (oder anderen Komponenten des Hybridantriebsstrangs 100) auferlegt werden, fixiert das Verfahren 200 die Zeitpläne der zusätzlichen Drehmomentaktuatoren 132 (bei maximalen Werten), und es ermöglicht der Brennkraftmaschine 110 mit einem Unterdruck für die Unterdruck-Anforderungseinrichtung 130 zu arbeiten. Das Verfahren 200 kann jedoch ermitteln, dass die zusätzlichen Drehmomentaktuatoren 132 nicht fixiert oder verriegelt werden können, und es kann den zusätzlichen Drehmomentaktuatoren 132 ermöglichen, den Unterdruck zu entfernen.
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Das Verfahren 200 kann ferner ein Lernsystem oder eine Lernfunktion umfassen. Nachdem die Brennkraftmaschine 110 bei Schritt 228 beginnt, bei der Soll-Drehmomentkapazität zu arbeiten und den Unterdruck zu erzeugen, kann das Verfahren 200 ein Lernen anwenden, um sicherzustellen, dass die Schätzungen der Soll-Drehmomentkapazität ausreichend sind, um den angeforderten Betrag des Unterdrucks zu liefern. Zu Darstellungszwecken und unter Fortsetzung des vorstehenden Beispiels kann das Verfahren 200 dann, wenn sich die Brennkraftmaschine 110 in einem stationären Betrieb bei der Soll-Drehmomentkapazität von 135 Nm befindet (die tatsächlich ein Schätzwert ist), den Druck des Krümmers 124 mit dem MAP-Sensor 128 überwachen. Wenn der Krümmerdruck 95 kPa beträgt, wären nur 5 kPa an Druckdifferenz für die Unterdruck-Anforderungseinrichtung 130 vorhanden, was nur die Hälfte der angeforderten Druckdifferenz ist. Indem entweder ein Lernen oder eine Regelungsanpassung angewendet wird, kann die Soll-Drehmomentkapazität daher derart verringert werden, dass die Bennkraftmaschine 110 aufgefordert wird, bei einem niedrigeren Drehmoment zu arbeiten, und dass die Drossel 122 die Luftströmung in dem Krümmer 124 weiter einschränkt, wodurch der Krümmerdruck verringert wird und der Betrag der Druckdifferenz erhöht wird.
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Zu Darstellungszwecken wird das Verfahren 200 unter Bezugnahme auf viele der Elemente und Komponenten beschrieben, die bezogen auf 1 gezeigt und beschrieben sind. Es können jedoch andere Komponenten verwendet werden, um das Verfahren 200 und die Erfindung auszuüben, die in den beigefügten Ansprüchen definiert ist. Die exakte Reihenfolge der Schritte des Algorithmus oder des Verfahrens 200, die in 2 gezeigt ist, ist nicht erforderlich. Es können Schritte umgeordnet, Schritte weggelassen und zusätzliche Schritte eingebunden werden.
