DE102012208421B4

DE102012208421B4 - Ladedruckregelventil-Steuersystem für Solenoide sowohl vom Stromsteuer- als auch Ein/Aus-PWM-Typ

Info

Publication number: DE102012208421B4
Application number: DE102012208421.5A
Authority: DE
Inventors: Nicholas John Kalweit; Robert J. Horner; Michael R. Grimes
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-05-24
Filing date: 2012-05-21
Publication date: 2020-08-13
Anticipated expiration: 2032-05-22
Also published as: DE102012208421A1; US20120303239A1; CN102797554B; CN102797554A; US8901768B2

Abstract

Ladedruckregelventil-Steuersystem (300), umfassend:
ein Ladedruckregelventil-Steuermodul (304), das derart konfiguriert ist, in einem ersten PWM-Modus oder einem zweiten PWM-Modus zu arbeiten;
einen ersten Transistor (314) mit:
einem Steueranschluss, der mit dem Ladedruckregelventil-Steuermodul (304) verbunden ist;
einem ersten Ausgangsanschluss; und
einem zweiten Ausgangsanschluss;
eine Begrenzerschaltung, die mit dem ersten Ausgangsanschluss und dem zweiten Ausgangsanschluss des ersten Transistors (314) verbunden ist;
einen zweiten Transistor (338) mit:
einem Steueranschluss, der mit dem Ladedruckregelventil-Steuermodul (304) verbunden ist;
einem ersten Ausgangsanschluss; und
einem zweiten Ausgangsanschluss; und
eine Diode (340) mit einer Anode, die mit dem zweiten Ausgangsanschluss des ersten Transistors (314) verbunden ist, und einer Kathode, die mit dem ersten Ausgangsanschluss des zweiten Transistors (338) verbunden ist;
wobei der erste PWM-Modus ein Ein/Aus-PWM-Modus ist und der zweite PWM-Modus ein Stromsteuer-PWM-Modus ist; und wobei:
wenn das Ladedruckregelventil-Steuermodul (304) in dem ersten PWM-Modus betrieben ist, ein Solenoid (322) mit dem zweiten Ausgang des ersten Transistors (314) verbunden ist und ein Relais (360) mit dem Solenoid (322) verbunden ist; und
wenn das Ladedruckregelventil-Steuermodul (304) in dem zweiten PWM-Modus betrieben ist, ein Relais (360') mit dem zweiten Ausgang des zweiten Transistors (338) verbunden ist und ein Solenoid (322) mit dem zweiten Ausgang des zweiten Transistors (338) und dem ersten Ausgang des ersten Transistors (314) verbunden ist.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft Maschinensteuersysteme und insbesondere Ladedruckregelventil-Steuersysteme für turboaufgeladene Maschinen.
Brennkraftmaschinen verbrennen ein Luft- und Kraftstoffgemisch in Zylindern, um Kolben anzutreiben, was Antriebsmoment erzeugt. Eine Luftströmung in die Maschine wird über eine Drossel reguliert. Genauer stellt die Drossel eine Drosselfläche ein, was eine Luftströmung in die Maschine erhöht oder verringert. Wenn die Drosselfläche zunimmt, steigt die Luftströmung in die Maschine. Ein Kraftstoffsteuersystem stellt die Rate ein, mit der Kraftstoff eingespritzt wird, um ein gewünschtes Luft/Kraftstoff-Gemisch in den Zylindern bereitzustellen und/oder einen gewünschten Drehmomentausgang zu erreichen. Eine Erhöhung der Menge von Luft und Kraftstoff, die an die Zylinder geliefert werden, erhöht den Drehmomentausgang der Maschine.
Bei Funkenzündungsmaschinen löst ein Zündfunken eine Verbrennung eines an die Zylinder gelieferten Luft/Kraftstoff-Gemisches aus. Bei Kompressionszündungsmaschinen verbrennt eine Kompression in den Zylindern das an die Zylinder gelieferte Luft/Kraftstoff-Gemisch. Eine Zündzeitpunkteinstellung und Luftströmung können die Primärmechanismen zur Einstellung des Drehmomentausgangs von Funkenzündungsmaschinen darstellen, während eine Kraftstoffströmung der Primärmechanismus zur Einstellung des Drehmomentausgangs von Kompressionszündungsmaschinen sein kann.
Ein Turbolader ist ein Gaskompressor, der durch eine Turbine betrieben wird, die durch Abgas von der Maschine angetrieben wird. Der Kompressor in dem Turbolader erhöht den Druck von in die Maschine eintretender Luft, um eine größere Leistung und/oder einen größeren Wirkungsgrad bereitzustellen. Ein Ladedruckregelventil weist ein Ventil auf, das Abgas weg von der Turbine in turboaufgeladenen Maschinensystemen umlenkt. Eine Umlenkung von Abgas reguliert die Turbinendrehzahl, was seinerseits die Rotationsdrehzahl des Kompressors reguliert. Das Ladedruckregelventil reguliert den maximalen Ladedruck in turboaufgeladenen Maschinensystemen, was die Maschine und den Turbolader schützt.
US 4 511 945 A offenbart eine Magnet-Treiberschaltung zur Reduzierung des Stromverbrauchs, indem sie nach einem anfänglichen Spitzenaktivierungsstrom einen relativ schnellen Stromabfall auf einen dauerhaft niedrigen Strom liefert. Zwei Transistoren und eine Zenerdiode sind operativ mit dem Elektromagneten verbunden und werden durch eine Logikschaltung gesteuert, um den gewünschten Strom an den Elektromagneten anzulegen. Die beiden Transistoren werden mit Hilfe von logischen Flip-Flops ein- und ausgeschaltet, um Spannungsvergleiche mit der anfänglichen Spitzenstromspannung, dem Dauerspitzenstrom und dem dauerhaften niedrigen Strom zu erfassen. Ein logisches Signal wird als Funktion der vorgegebenen Zeitdauer erzeugt, und ein Ausgangssignal wird an die Basis der beiden Transistoren gekoppelt, um deren Ein-/Aus-Zustände zu steuern.
GB 2 368 210 A offenbart eine Schaltungsanordnung zur schnellen Ableitung der gespeicherten magnetischen Energie in einer von einem ersten Schalter gesteuerten induktiven Last. Dabei umfasst die Schaltungsanordnung einen Hochspannungsabfallenergie-Ableitungspfad über den ersten Schalter und einen zweiten Schalter, mit dem selektiv ein Konstantspannungsdiodenabfallpfad über die Last geöffnet werden kann. Der zweite Schalter kann das Öffnen einer Mehrzahl der genannten Konstantspannungsdiodenabfallpfade über eine Mehrzahl von jeweiligen induktiven Lasten gemeinsam steuern, wobei jeder dieser Pfade von einem jeweiligen ersten Schalter geschaltet werden kann, über den ein jeweiliger Hochspannungsabfallenergie-Ableitungspfad angeordnet ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Ladedruckregelventil-Steuersystem zu schaffen, mit dem es möglich ist, einen Solenoid unter Verwendung einer einzelnen Schaltung für einen Ein/Aus-PWM-Betriebsmodus oder einen stromgesteuerten PWM- Betriebsmodus zu steuern.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Ein Ladedruckregelventil-Steuersystem umfasst ein Ladedruckregelventil-Steuermodul, das derart konfiguriert ist, in einem ersten PWM-Modus oder einem zweiten PWM-Modus zu arbeiten. Ein erster Transistor weist einen Steueranschluss, der mit dem Ladedruckregelventil-Steuermodul verbunden ist, einen ersten Ausgangsanschluss und einen zweiten Ausgangsanschluss auf. Eine Begrenzerschaltung (von engl.: „clamping circuit“) ist mit dem ersten Ausgangsanschluss und dem zweiten Ausgangsanschluss des ersten Transistors verbunden. Ein zweiter Transistor weist einen Steueranschluss, der mit dem Ladedruckregelventil-Steuermodul verbunden ist, einen ersten Ausgangsanschluss und einen zweiten Ausgangsanschluss auf. Eine Diode besitzt eine Anode, die mit dem zweiten Ausgangsanschluss des ersten Transistors verbunden ist, und eine Kathode, die mit dem ersten Ausgangsanschluss des zweiten Transistors verbunden ist.
Dabei ist, wenn das Ladedruckregelventil-Steuermodul in dem ersten PWM-Modus betrieben wird, ein Solenoid mit dem zweiten Ausgang des ersten Transistors verbunden und ein Relais ist mit dem Solenoid verbunden. Wenn das Ladedruckregelventil-Steuermodul in dem zweiten PWM-Modus betrieben wird, ist ein Relais mit dem zweiten Ausgang des zweiten Transistors verbunden, und ein Solenoid ist mit dem zweiten Ausgang des ersten Transistors und dem ersten Ausgang des ersten Transistors verbunden.
Gemäß anderer Merkmale umfasst eine Begrenzerschaltung eine Zenerdiode oder einen Avalanche-Feldeffekttransistor (FET). Der erste Transistor und der zweite Transistor umfassen Metall-Oxid-Halbleiter-(MOS-) Transistoren.
Gemäß anderer Merkmale umfasst ein Erfassungsmodul einen Betriebsparameter. Ein Konfigurationsmodul konfiguriert das Ladedruckregelventil-Steuermodul, um in dem ersten PWM-Modus oder dem zweiten PWM-Modus zu arbeiten.

1 ist ein funktionelles Blockschaubild eines beispielhaften turboaufgeladenen Maschinensystems gemäß der vorliegenden Offenbarung; und
2 ist ein funktionelles Blockschaubild und ein elektrisches Schema eines Laderdruckregelventil-Steuersystems vom Ein/Aus-PWM-Typ;
3 ist ein funktionelles Blockschaubild und ein elektrisches Schema eines Laderdruckregelventil-Steuersystems vom Stromsteuer-Typ; und
4 - 6 sind funktionelle Blockschaubilder und elektrische Schemata von Beispielen von Steuermodulen, die für Anwendungen sowohl vom Ein/Aus-PWM-Typ als auch vom Stromsteuer-Typ verwendet werden können, gemäß der vorliegenden Offenbarung.

Der hier verwendete Begriff „Modul“ kann eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC); eine elektronische Schaltung; eine kombinatorische Logikschaltung; ein Field Programmable Gate Array (FPGA); einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe), der Code ausführt; andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen; oder eine Kombination einiger oder alle der obigen, wie in einem System-on-Chip betreffen, Teil davon sein oder umfassen. Der Begriff „Modul“ kann einen Speicher (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) aufweisen, der durch den Prozessor ausgeführten Code speichert.
Der Begriff „Code“, wie oben verwendet ist, kann Software, Firmware und/oder Mikrocode aufweisen und kann Programme, Routinen, Funktionen, Klassen und/oder Objekte betreffen. Der Begriff „gemeinsam genutzt“, wie oben verwendet ist, bedeutet, dass einiger oder der gesamte Code von mehreren Modulen unter Verwendung eines einzelnen (gemeinsam genutzten) Prozessors ausgeführt werden kann. Zusätzlich kann einiger oder der gesamte Code von mehreren Modulen durch einen einzelnen (gemeinsam genutzten) Speicher gespeichert werden. Der Begriff „Gruppe“, wie oben verwendet ist, bedeutet, dass einiger oder der gesamte Code von einem einzelnen Modul unter Verwendung einer Gruppe von Prozessoren oder einer Gruppe von Ausführungsmaschinen ausgeführt werden kann. Beispielsweise können mehrere Kerne und/oder mehrere Threads eines Prozessors als Ausführungsmaschinen betrachtet werden. Bei verschiedenen Implementierungen können Ausführungsmaschinen über einen Prozessor, über mehrere Prozessoren und über Prozessoren an mehreren Orten gruppiert sein, wie mehrere Server in einer Parallelverarbeitungsanordnung. Zusätzlich kann einiger oder der gesamte Code von einem einzelnen Modul unter Verwendung einer Gruppe von Speichern gespeichert werden.
Die Vorrichtungen und Verfahren, die hier beschrieben sind, können durch ein oder mehrere Computerprogramme implementiert sein, die durch einen oder mehrere Prozessoren ausgeführt werden. Die Computerprogramme umfassen prozessorausführbare Anweisungen, die an einem nicht flüchtigen konkreten computerlesbaren Medium gespeichert sind. Die Computerprogramme können auch gespeicherte Daten aufweisen. Nicht beschränkende Beispiele des nicht flüchtigen konkreten computerlesbaren Mediums sind nichtflüchtige Speicher, Magnetspeicher und optische Speicher.
Es existieren zwei Verfahren zur Steuerung von Solenoid-Ladedruckregelventilen, die Druck von der Turbine ablassen und Abgas um den Turbolader herum anstatt durch den Turbolader führen. Ein Verfahren verwendet eine Steuerschaltung, die das Ladedruckregelventil unter Verwendung eines Solenoids jedes Mal öffnen und vollständig schließen kann, wenn ein Treibersignal ein- und ausgeschaltet wird (als ein Ein/Aus-Pulsbreiten-modulations-(PWM)-Modus bezeichnet). Das Ausschalten wird typischerweise unter Verwendung einer Begrenzerschaltung erreicht, die schnell in dem Solenoid gespeicherte Energie ablässt und die Energie in der Ladedruckregelventil-Steuerschaltung dissipiert.
Eine andere Vorgehensweise verwendet eine Ladedruckregelventil-Steuerschaltung, die eine Rückführdiode aufweist, die eine Steuerung des Ventils in dazwischen liegende, teilweise geöffnete Positionen zulässt (nicht gerade vollständig offen oder vollständig geschlossen). Das PWM-Einschaltverhältnis für diesen Typ von Treiber ist proportional zu der Linearbewegung des Solenoids. Während beide Verfahren Vorteile haben, erfordert jedes einen anderen Typ von Ladedruckregelventil-Steuerschaltung. Eine Ladedruckregelventil-Steuerschaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung ist in der Lage, einen Solenoid von dem Ein/Aus-PWM-Typ oder dem stromgesteuerten PWM-Typ mit einer einzelnen Schaltung zu steuern.
Nun Bezug nehmend auf 1 ist ein Funktionsblockschaubild eines beispielhaften Maschinensystems 100 dargestellt. Das Maschinensystem 100 weist eine Maschine 102 auf, die ein A/F-Gemisch verbrennt, um Antriebsmoment für ein Fahrzeug auf Grundlage einer Fahrereingabe von dem Fahrereingabemodul 104 zu erzeugen. Luft wird in einen Einlasskrümmer 110 durch ein Drosselventil 112 gezogen. Nur beispielhaft kann das Drosselventil 112 eine Ventilklappe sein, die eine drehbare Klappe aufweist. Ein Maschinensteuermodul (ECM) 114 steuert ein Drosselaktuatormodul 116, das ein Öffnen des Drosselventils 112 reguliert, um die in den Einlasskrümmer 110 gezogene Menge an Luft zu steuern.
Luft von dem Einlasskrümmer 110 wird in die Zylinder der Maschine 102 gezogen. Während die Maschine 102 mehrere Zylinder aufweisen kann, ist zu Veranschaulichungszwecken ein einzelner repräsentativer Zylinder 118 gezeigt. Nur beispielhaft kann die Maschine 102 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 und/oder 12 Zylinder aufweisen. Das ECM 114 kann ein Zylinderaktuatormodul 120 anweisen, einige der Zylinder selektiv abzuschalten, was die Kraftstoffwirtschaftlichkeit unter gewissen Maschinenbetriebsbedingungen verbessern kann.
Die Maschine 102 kann unter Verwendung eines Viertaktzyklus arbeiten. Die vier Takte, die nachfolgend beschrieben sind, sind als der Ansaugtakt, der Verdichtungstakt, der Arbeitstakt und der Auspufftakt bezeichnet. Während jeder Umdrehung einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) finden zwei der vier Takte in dem Zylinder 118 statt. Daher sind zwei Kurbelwellenumdrehungen notwendig, damit der Zylinder 118 allen vier der Takte ausgesetzt ist.
Während des Ansaugtakts wird Luft von dem Einlasskrümmer 110 in den Zylinder 118 durch ein Einlassventil 122 gezogen. Das ECM 114 steuert ein Kraftstoffaktuatormodul 124, das eine Kraftstoffeinspritzung reguliert, um ein gewünschtes Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu erreichen. Kraftstoff kann in den Einlasskrümmer 110 an einer zentralen Stelle oder an mehreren Stellen eingespritzt werden, wie nahe dem Einlassventil 122 von jedem der Zylinder. Bei verschiedenen Implementierungen (nicht gezeigt) kann Kraftstoff direkt in die Zylinder oder in Mischkammern, die den Zylindern zugeordnet sind, eingespritzt werden. Das Kraftstoffaktuatormodul 124 kann die Kraftstoffeinspritzung in Zylinder, die abgeschaltet sind, anhalten.
Der eingespritzte Kraftstoff mischt sich mit Luft und erzeugt ein Luft/Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder 118. Während des Verdichtungstaktes komprimiert ein Kolben (nicht gezeigt) in dem Zylinder 118 das Luft/Kraftstoff-Gemisch. Die Maschine 102 kann eine Kompressionszündungsmaschine sein, wobei in diesem Fall die Kompression in dem Zylinder 118 das Luft/ Kraftstoff-Gemisch zündet. Alternativ kann die Maschine 102 eine funkengezündete Maschine sein, wobei in diesem Fall ein Zündfunkenaktuatormodul 126 eine Zündkerze 128 in dem Zylinder 118 auf Grundlage eines Signals von dem ECM 114 erregt, die das Luft/Kraftstoff-Gemisch zündet. Der Zündzeitpunkt des Zündfunkens kann relativ zu dem Zeitpunkt festgelegt sein, wenn sich der Kolben an seiner obersten Position befindet, die als oberer Totpunkt (OT) bezeichnet wird.
Das Zündfunkenaktuatormodul 126 kann durch ein Zündzeitpunktsignal gesteuert werden, das festlegt, wie weit vor oder nach dem OT der Zündfunken erzeugt werden soll. Da die Kolbenposition direkt mit der Kurbelwellendrehung in Verbindung steht, kann ein Betrieb des Zündfunkenaktuatormoduls 126 mit dem Kurbelwellenwinkel synchronisiert sein. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Zündfunkenaktuatormodul 126 die Bereitstellung von Zündfunken an abgeschaltete Zylinder anhalten.
Die Erzeugung des Zündfunken kann als ein Zündereignis bezeichnet werden. Das Zündfunkenaktuatormodul 126 kann die Fähigkeit haben, den Zündzeitpunkt des Zündfunkens für jedes Zündereignis zu variieren. Das Zündfunkenaktuatormodul 126 kann sogar in der Lage sein, den Zündzeitpunkt für ein nächstes Zündereignis zu variieren, wenn der Zündzeitpunkt zwischen einem letzten Zündereignis und dem nächsten Zündereignis geändert wird.
Während des Arbeitstakts treibt die Verbrennung des Luft/KraftstoffGemisches den Kolben abwärts, wodurch die Kurbelwelle angetrieben wird. Der Arbeitstakt kann als Zeit zwischen dem Zeitpunkt, wenn der Kolben den OT erreicht, und dem Zeitpunkt definiert sein, zu dem der Kolben zurück zu dem unteren Totpunkt (UT) zurückkehrt.
Während des Auspufftakts beginnt der Kolben, sich von dem UT aufwärts zu bewegen, und stößt die Nebenprodukte der Verbrennung durch ein Auslassventil 130 aus. Die Nebenprodukte der Verbrennung werden von dem Fahrzeug über ein Abgassystem 134 ausgestoßen.
Das Einlassventil 122 wird durch eine Einlassnockenwelle 140 gesteuert, während das Auslassventil 130 durch eine Auslassnockenwelle 142 gesteuert werden kann. Bei verschiedenen Implementierungen können mehrere Einlassnockenwellen (einschließlich der Einlassnockenwelle 140) mehrere Einlassventile (einschließlich dem Einlassventil 122) für den Zylinder 118 steuern und/oder können die Einlassventile (einschließlich dem Einlassventil 122) mehrerer Zylinderbänke (einschließlich dem Zylinder 118) steuern. In ähnlicher Weise können mehrere Auslassnockenwellen (einschließlich der Auslassnockenwelle 142) mehrere Auslassventile für den Zylinder 118 steuern und/oder können Auslassventile (einschließlich dem Auslassventil 130) für mehrere Zylinderbänke (einschließlich dem Zylinder 118) steuern.
Das Zylinderaktuatormodul 120 kann den Zylinder 118 durch Deaktivieren eines Öffnens des Einlassventils 122 und/oder des Auslassventils 130 abschalten. Bei verschiedenen anderen Implementierungen können das Einlassventil 122 und/oder das Auslassventil 130 durch Vorrichtungen gesteuert werden, die von Nockenwellen verschieden sind, wie elektromagnetischen Aktuatoren.
Die Zeit, zu der das Einlassventil 122 geöffnet ist, kann in Bezug auf den Kolben-OT durch einen Einlassnockenphasensteller 148 variiert werden. Die Zeit, zu der das Auslassventil 130 geöffnet ist, kann in Bezug auf den Kolben-OT durch einen Auslassnockenphasensteller 150 variiert werden. Ein Phasenstelleraktuatormodul 158 kann den Einlassnockenphasensteller 148 und den Auslassnockenphasensteller 150 auf Grundlage von Signalen von dem ECM 114 steuern. Wenn implementiert, kann der variable Ventilhub (nicht gezeigt) auch durch das Phasenstelleraktuatormodul 158 gesteuert werden.
Das Maschinensystem 100 kann eine Ladevorrichtung aufweisen, die druckbeaufschlagte Luft an den Einlasskrümmer 110 liefert. Beispielsweise zeigt 1 einen Turbolader mit einer Heiß-Turbine 160-1, die durch heiße Abgase angetrieben wird, die durch das Abgassystem 134 strömen. Der Turbolader weist auch einen Kaltluftkompressor 160-2 auf, der durch die Turbine 160-1 angetrieben wird und Luft komprimiert, die in das Drosselventil 112 führt. Bei verschiedenen Implementierungen kann ein Superlader (nicht gezeigt), der durch die Kurbelwelle angetrieben wird, Luft von dem Drosselventil 112 komprimieren und die komprimierte Luft an den Einlasskrümmer 110 liefern.
Ein Ladedruckregelventil 162 kann eine Umgehung der Turbine 160-1 durch Abgas zulassen, wodurch die Aufladung (der Betrag an Ansaugluftkompression) des Turboladers reduziert wird. Das ECM 114 kann den Turbolader über ein Ladeaktuatormodul 165 steuern. Das Ladeaktuatormodul 165 kann die Aufladung des Turboladers durch Steuern der Position des Ladedruckregelventils 162 modulieren. Bei verschiedenen Implementierungen könne mehrere Turbolader durch das Aufladeaktuatormodul 165 gesteuert werden. Der Turbolader kann eine variable Geometrie aufweisen, die durch das Aufladeaktuatormodul 165 gesteuert werden kann.
Ein Zwischenkühler (nicht gezeigt) kann einen Teil der Wärme, die in der komprimierten Luftladung enthalten ist, dissipieren, die erzeugt wird, wenn die Luft komprimiert wird. Die komprimierte Luftladung kann auch absorbierte Wärme von Komponenten des Abgassystems 134 aufweisen. Obwohl sie zu Zwecken der Veranschaulichung getrennt gezeigt sind, können die Turbine 160-1 und der Kompressor 160-2 aneinander befestigt sein, wodurch Ansaugluft in nächste Nähe zu heißem Abgas gebracht wird.
Das Maschinensystem 100 kann ein Abgasrückführungs-(AGR)-Ventil 164 aufweisen, das Abgas selektiv zurück an den Einlasskrümmer 110 lenkt. Das AGR-Ventil 164 kann stromaufwärts der Turbine 160-1 eines Turboladers platziert sein. Das AGR-Aktuatormodul 166 kann das AGR-Ventil 164 auf Grundlage von Signalen von dem ECM 114 steuern.
Das Maschinensystem 100 kann die Drehzahl der Kurbelwelle in Umdrehungen pro Minute (U/min) unter Verwendung eines U/min-Sensors 170 messen. Die Temperatur des Maschinenkühlmittels kann unter Verwendung eines Sensors 171 für Maschinenkühlmitteltemperatur (ECT von engl.: „engine coolant temperature“) gemessen werden. Der ECT-Sensor 171 kann in der Maschine 102 oder an anderen Stellen angeordnet sein, an denen das Kühlmittel zirkuliert wird, wie einem Kühler (nicht gezeigt).
Der Druck in dem Einlasskrümmer 110 kann unter Verwendung eines Sensors 172 für Krümmerabsolutdruck (MAP von engl.: „manifold absolute pressure“)gemessen werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann ein Maschinenunterdruck, der die Differenz zwischen Umgebungsluftdruck und dem Druck in dem Einlasskrümmer 110 ist, gemessen werden. Der Massendurchfluss von Luft, die in den Einlasskrümmer 110 strömt, kann unter Verwendung eines Luftmassenstrom-(MAF)-Sensors 173 gemessen werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann der MAF-Sensor 173 in einem Gehäuse platziert sein, das auch das Drosselventil 112 aufweist.
Das Drosselaktuatormodul 116 kann die Position des Drosselventils 112 unter Verwendung einer oder mehrerer Drosselpositionssensoren 174 (TPS von engl.: „throttle position sensors“) überwachen. Beispielsweise überwachen der erste und zweite Drosselpositionssensor 174-1 und 174-2 die Position des Drosselventils 112 und erzeugen eine erste und zweite Drosselposition (TPS1 bzw. TPS2) auf Grundlage der Drosselposition. Die Umgebungstemperatur von Luft, die in die Maschine 102 gezogen wird, kann unter Verwendung eines Sensors 175 für Ansauglufttemperatur (IAT von engl.: „intake air temperature“) gemessen werden. Das ECM 114 kann Signale von den Sensoren und/oder einem oder mehreren anderen Sensoren verwenden, um Steuerentscheidungen für das Maschinensystem 100 zu treffen
Die Maschine 102 gibt Drehmoment an einen Drehmomentwandler 176 über ein Schwungrad 177 aus, wie ein Zweimassen-Schwungrad (DMF von engl.: „dual mass flywheel“). Der Drehmomentwandler 176 weist eine Drehmomentwandlerkupplung 178, eine Turbine (nicht gezeigt) und ein Laufrad (nicht gezeigt) auf. Die Turbine treibt eine Rotation einer Getriebeeingangswelle (nicht gezeigt) an. Die Rotationsdrehzahl der Turbine (Turbinendrehzahl) kann unter Verwendung eines Turbinendrehzahlsensors 179 gemessen werden. Nur beispielhaft kann die Turbinendrehzahl auf Grundlage der Rotationsdrehzahl der Getriebeeingangswelle oder eines anderen geeigneten Parameters, der die Rotationsdrehzahl der Turbine des Drehmomentwandlers 176 angibt, gemessen werden. auf Grundlage eines Übersetzungsverhältnisses, das in einem Getriebe 180 gewählt ist, wird Drehmoment zwischen der Getriebeeingangswelle und einer Getriebeausgangswelle (nicht gezeigt) übertragen. Das Drehmoment kann an Räder des Fahrzeugs über eine Getriebeausgangswelle übertragen werden.
Ein Getriebesteuermodul 194 kann einen Betrieb des Getriebes 180 und der TCC 178 steuern. Das ECM 114 kann mit dem Getriebesteuermodul 194 aus verschiedenen Gründen kommunizieren, wie um Parameter zu teilen und einen Maschinenbetrieb mit einem Schalten von Gängen in dem Getriebe 180 und/oder einem Betrieb der TCC 178 zu koordinieren. Beispielsweise kann das ECM 114 ein Maschinendrehmoment während eines Gangschaltens selektiv reduzieren. Das ECM 114 kann mit einem Hybridsteuermodul 196 kommunizieren, um einen Betrieb der Maschine 102 und eines Elektromotors 198 zu koordinieren.
Der Elektromotor 198 kann auch als ein Generator dienen und kann dazu verwendet werden, elektrische Energie zur Verwendung durch elektrische Fahrzeugsysteme und/oder zur Speicherung in einer Batterie zu erzeugen. Bei verschiedenen Implementierungen können verschiedene Funktionen des ECM 114, des Getriebesteuermoduls 194 und des Hybridsteuermoduls 196 in ein oder mehrere Module integriert sein.
Jedes System, das einen Maschinenparameter variiert, kann als ein Aktuator bezeichnet werden, der einen Aktuatorwert empfängt. Beispielsweise kann das Drosselaktuatormodul 116 als ein Aktuator bezeichnet werden und die Drosselöffnungsfläche kann als der Aktuatorwert bezeichnet werden. Bei dem Beispiel von 1 erreicht das Drosselaktuatormodul 116 die Drosselöffnungsfläche durch Einstellen eines Winkels der Klappe des Drosselventils 112.
In ähnlicher Weise kann das Zündaktuatormodul 126 als ein Aktuator bezeichnet werden, während der entsprechende Aktuatorwert die Größe an Zündfrühverstellung relativ zu dem Zylinder-OT sein kann. Andere Aktuatoren können das Zylinderaktuatormodul 120, das Kraftstoffaktuatormodul 124, das Phasenstelleraktuatormodul 158, das Ladeaktuatormodul 165 und das AGR-Aktuatormodul 166 aufweisen. Für diese Aktuatoren können die Aktuatorwerte einer Anzahl aktivierter Zylinder, der Kraftstofflieferrate, den Einlass- und Auslass-Nockenphasensteller-Winkeln, dem Ladedruck bzw. der AGR-Ventilöffnungsfläche entsprechen. Das ECM 114 kann Aktuatorwerte steuern, um zu bewirken, dass die Maschine 102 ein gewünschtes Maschinenausgangsdrehmoment erzeugt.
Nun Bezug nehmend auf 2 ist ein erstes Ladedruckregelventil-Steuersystem 200 gezeigt. Das erste Ladedruckregelventil-Steuersystem 200 betreibt den Solenoid in einem Ein/Aus-PWM-Modus. Das Ladedruckregelventil-Steuersystem 200 kann teilweise durch ein Steuermodul 204 implementiert sein, das ein Ladedruckregelventil-Steuermodul 208 aufweist. Das Ladedruckregelventil-Steuermodul 208 erzeugt ein Treibersignal an einem Leiter 212, das an einem Steueranschluss eines Transistors 214 ausgegeben wird. Eine Begrenzerschaltung 218 ist über die Ausgangsanschlüsse des Transistors 214 geschaltet. Einer der Ausgangsanschlüsse des Transistors 214 ist durch den Leiter 220 mit einem Solenoid 222 verbunden. Ein Relais 228 liefert selektiv eine geschaltete Spannung an den Solenoid 222 über einen Leiter 224. Das Relais 228 kann ein Antriebsstrangrelais aufweisen, das Leistung an Komponenten des Antriebsstrangs teilweise aufgrund einer Position eines Zündschalters liefert (mit oder ohne Verzögerung oder anderen Eingangsvariablen).
Im Gebrauch liefert das Relais 228 ein Spannungssignal, wie, jedoch nicht darauf beschränkt, 12 V DC an das Solenoid 222. Das Ladedruckregelventil-Steuermodul 208 erzeugt das PWM-Treibersignal, das an den Transistor 214 ausgegeben wird. Das PWM-Treibersignal erlaubt einen Stromfluss oder eine Blockade des Stromflusses durch den Transistor 214. Das Solenoid 222 öffnet und schließt während jedes Einschaltverhältnisses vollständig. Die Begrenzerschaltung 218 begrenzt die Spannung bei Abschaltung, und das Solenoid 222 schließt schnell.
Nun Bezug nehmend auf 3 ist ein zweites Ladedruckregelventil-Steuersystem 230 gezeigt. Das zweite Ladedruckregelventil-Steuersystem 230 betreibt einen Solenoid in einem Stromsteuermodus. Das zweite Ladedruckregelventil-Steuersystem 230 kann teilweise durch ein Steuermodul 234 implementiert sein, das ein zweites Ladedruckregelventil-Steuermodul 238 aufweist. Das Ladedruckregelventil-Steuermodul 238 erzeugt ein erstes Treibersignal, das durch einen Leiter 242 an einen Steueranschluss eines Transistors 244 ausgegeben wird. Einer der Ausgangsanschlüsse des Transistors 244 ist durch einen Leiter 250 mit einem Solenoid 252 verbunden.
Das Ladedruckregelventil-Steuermodul 238 erzeugt ein zweites Treibersignal, das durch einen Leiter 264 an einen Steueranschluss eines Transistors 268 ausgegeben wird. Ein Ausgangsanschluss 274 des Transistors 268 ist durch einen Leiter 274 mit einem Relais 280 verbunden. Ein anderer Ausgangsanschluss des Transistors 268 ist durch einen Leiter 282 mit dem Solenoid 252 verbunden. Eine Diode 284 ist zwischen den ersten und zweiten Leiter 250 und 282 geschaltet. Genauer ist eine Anode der Diode 284 mit dem Leiter 250 verbunden und eine Kathode der Diode 284 ist mit dem Leiter 282 verbunden.
Das Relais 280 liefert selektiv eine geschaltete Spannung an den Transistor 268. Das Relais 228 kann ein Antriebsstrangrelais sein, das Leistung an Komponenten des Antriebsstrangs teilweise aufgrund einer Position des Zündschalters liefert.
Im Gebrauch liefert das Relais 280 selektiv Leistung an das Steuermodul 204. Das Ladedruckregelventil-Steuermodul 238 erzeugt das erste und zweite Treibersignal, die an die Transistoren 244 bzw. 268 ausgegeben werden, um einen Stromfluss durch den Solenoid 252 durch Variieren des Einschaltverhältnisses linear zu steuern. Die Diode führt Strom während des Aus-Abschnittes des Einschaltzyklus zurück. Der Solenoid 252 schließt relativ langsam, wenn der Strom während des Aus-Abschnitts des Einschaltverhältnisses abklingt.
Nun Bezug nehmend auf 4 ist ein drittes Ladedruckregelventil-Steuersystem 300 gezeigt. Das dritte Ladedruckregelventil-Steuersystem 300 kann derart konfiguriert sein, einen Solenoid entweder in einem Ein/Aus-PWM-Modus oder einem Stromsteuermodus zu betreiben. Ein Solenoid und ein Relais sind durch Leiter mit dem dritten Ladedruckregelventil-Steuersystem 300 an verschiedenen Stellen abhängig von dem gewünschten Modus verschaltet.
Das dritte Ladedruckregelventil-Steuersystem 300 kann teilweise durch ein Steuermodul 304 implementiert sein, das ein drittes Ladedruckregelventil-Steuermodul 308 aufweist. Das Steuermodul 304 kann ein allein stehendes Steuermodul sein oder Teil eines existierenden Steuermoduls sein, wie, jedoch nicht darauf beschränkt, ein Motorsteuermodul, ein Getriebesteuermodul oder ein anderes Fahrzeugsteuermodul.
Das Ladedruckregelventil-Steuermodul 308 erzeugt ein erstes Treibersignal, das durch einen Leiter 312 an einen Steueranschluss eines Transistors 314 ausgegeben wird. Eine Begrenzerschaltung 318 ist über die Ausgangsanschlüsse des Transistors 314 geschaltet. Einer der Ausgangsanschlüsse des Transistors 314 ist durch Leiter 320 und 321 mit einem Solenoid 322 verbunden. Ein zweiter Ausgang 334 des Ladedruckregelventil-Steuermoduls 238 erzeugt ein zweites Treibersignal, das an einen Steueranschluss eines Transistors 338 ausgegeben wird. Eine Diode 340 ist zwischen den ersten und zweiten Leiter 320 und 342 geschaltet. Genauer ist eine Anode der Diode 340 mit dem Leiter 320 verbunden und eine Kathode der Diode 340 ist mit dem Leiter 342 verbunden.
Bei Betrieb in einem Ein/Aus-PWM-Modus ist ein Relais 360 durch einen Leiter 362 mit dem Solenoid 322 verbunden. Bei Betrieb in einem Stromsteuer-PWM-Modus sind das Relais 360 und der Leiter 362 weggelassen, und ein Relais 360' ist durch Leiter 344 und 363 mit einem Ausgangsanschluss des Transistors 338 verbunden. Der andere Ausgangsanschluss des Transistors 338 ist durch Leiter 342 und 365 mit dem Solenoid 322 verbunden. Die Leiter 363 und 365 und das Relais 360' werden bei Betrieb in dem Ein/Aus-PWM-Modus weggelassen.
Nun Bezug nehmend auf die 5 und 6 sind nicht beschränkende Beispiele der Begrenzerschaltung 318 gezeigt. In 5 umfasst die Begrenzerschaltung eine Zenerdiode 360. In 6 ersetzt ein Avalanche-Feldeffekttransistor (FET) 362 den Transistor 314 und eine separate Begrenzerschaltung wird weggelassen. Wie angemerkt sei, können andere Typen von Begrenzerschaltungen verwendet werden.
Nur beispielhaft können die Transistoren 314 und 338 MOS-Transistoren, wie PMOS- oder NMOS-Transistoren, mit einem Gate, einer Source und einer Drain aufweisen. Bei einigen Implementierungen ist das Steuermodul 304 durch eine integrierte Schaltung implementiert. Die Leiter 320, 321, 363 und 365 sind mit dem ersten, zweiten und dritten Stift 400, 401 bzw. 402 der integrierten Schaltung bei Betrieb in dem Stromsteuer-PWM-Modus verbunden. Die Leiter 363 und 365 werden bei Betrieb in dem Ein/Aus-PWM-Modus weggelassen.
Ein einzelnes Steuermodul kann eine einzelne Treiberschaltung verwenden, um zwei verschiedene Typen von Ladedruckregelventilen zu unterstützen. Als Folge davon sieht das Ladedruckregelventil-Steuersystem der vorliegenden Offenbarung Kosteneinsparungen gegenüber einer Implementierung zweier verschiedener Steuerschaltungen in demselben Modul zur Unterstützung dieser beiden Typen von Ladedruckregelventilen vor. Es existieren auch Einsparungen hinsichtlich des Leiterplattenraumes und der Stiftanzahl an einem Steuermodul, das diese Schaltung implementiert. Jeder Typ von Ladedruckregelventil-Solenoid kann mit einem einzelnen Steuerausgang unterstützt werden, einfach durch die Weise, auf die es mit dem Steuermodul verdrahtet ist.
Bei einigen Implementierungen können ein oder mehrere zusätzliche Leiter vorgesehen werden, um eine Konfiguration des Ladedruckregelventil-Steuersystems, wie installiert, zu erfassen. Beispielsweise ist in 6 das Ladedruckregelventil-Steuermodul 308 ferner mit dem ersten Ausgangsanschluss des Transistors 338 verbunden. Das Ladedruckregelventil-Steuermodul 308 umfasst ein Erfassungsmodul 420 und ein Konfigurationsmodul 422. Das Erfassungsmodul 420 erfasst einen Betriebsparameter nach einem Ereignis wie, jedoch nicht darauf beschränkt, einem Einschalten des Transistors 314. Beispielsweise kann das Erfassungsmodul 420 eine Spannung, einen Strom, einen Widerstand oder einen anderen Parameter nach dem Ereignis erfassen.
Nur beispielhaft kann das Konfigurationsmodul 422 das Ladedruckregelventil-Steuermodul 308 in dem Ein/Aus-PWM-Modus konfigurieren, wenn das Erfassungsmodul nach dem Ereignis bei Stift 401 keine niedrige Spannung erfasst. Das Konfigurationsmodul 422 konfiguriert das Ladedruckregelventil-Steuermodul 308 in dem Stromsteuer-PWM-Modus, wenn das Erfassungsmodul 420 nach dem Ereignis bei Stift 400 eine Spannung erfasst. Bei anderen Implementierungen kann das Erfassungsmodul 420 andere Stifte anstatt oder zusätzlich zu dem Stift 400 erfassen. Alternativ dazu kann das Erfassungsmodul 420 Strom erfassen. Es sind noch weitere Variationen denkbar.

Claims

Ladedruckregelventil-Steuersystem (300), umfassend: ein Ladedruckregelventil-Steuermodul (304), das derart konfiguriert ist, in einem ersten PWM-Modus oder einem zweiten PWM-Modus zu arbeiten; einen ersten Transistor (314) mit: einem Steueranschluss, der mit dem Ladedruckregelventil-Steuermodul (304) verbunden ist; einem ersten Ausgangsanschluss; und einem zweiten Ausgangsanschluss; eine Begrenzerschaltung, die mit dem ersten Ausgangsanschluss und dem zweiten Ausgangsanschluss des ersten Transistors (314) verbunden ist; einen zweiten Transistor (338) mit: einem Steueranschluss, der mit dem Ladedruckregelventil-Steuermodul (304) verbunden ist; einem ersten Ausgangsanschluss; und einem zweiten Ausgangsanschluss; und eine Diode (340) mit einer Anode, die mit dem zweiten Ausgangsanschluss des ersten Transistors (314) verbunden ist, und einer Kathode, die mit dem ersten Ausgangsanschluss des zweiten Transistors (338) verbunden ist; wobei der erste PWM-Modus ein Ein/Aus-PWM-Modus ist und der zweite PWM-Modus ein Stromsteuer-PWM-Modus ist; und wobei: wenn das Ladedruckregelventil-Steuermodul (304) in dem ersten PWM-Modus betrieben ist, ein Solenoid (322) mit dem zweiten Ausgang des ersten Transistors (314) verbunden ist und ein Relais (360) mit dem Solenoid (322) verbunden ist; und wenn das Ladedruckregelventil-Steuermodul (304) in dem zweiten PWM-Modus betrieben ist, ein Relais (360') mit dem zweiten Ausgang des zweiten Transistors (338) verbunden ist und ein Solenoid (322) mit dem zweiten Ausgang des zweiten Transistors (338) und dem ersten Ausgang des ersten Transistors (314) verbunden ist.
Ladedruckregelventil-Steuersystem (300) nach Anspruch 1, wobei die Begrenzerschaltung eine Zenerdiode umfasst.
Ladedruckregelventil-Steuersystem (300) nach Anspruch 1, wobei die Begrenzerschaltung einen Avalanche-Feldeffekttransistor (FET) umfasst.
Ladedruckregelventil-Steuersystem (300) nach Anspruch 1, wobei der erste Transistor und der zweite Transistor Metall-Oxid-Halbleiter- (MOS-) Transistoren umfassen.
Ladedruckregelventil-Steuersystem (300) nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein Erfassungsmodul (420), das einen Betriebsparameter des Ladedruckregelventil-Steuermoduls (304) in Ansprechen auf ein Ereignis erfasst; und ein Konfigurationsmodul (422), das das Ladedruckregelventil-Steuermodul (304) auf Grundlage des erfassten Betriebsparameters konfiguriert, um in dem ersten PWM-Modus oder dem zweiten PWM-Modus zu arbeiten.
Ladedruckregelventil-Steuersystem (300) nach Anspruch 5, wobei das Erfassungsmodul eine Spannung erfasst.
Ladedruckregelventil-Steuersystem (300) nach Anspruch 1, wobei das Ladedruckregelventil-Steuersystem (300) als eine integrierte Schaltung implementiert ist.