DE102013225421A1

DE102013225421A1 - Steuern von Ladeluftkühlerkondensation durch Verwendung von erwärmter Einlassluft

Info

Publication number: DE102013225421A1
Application number: DE201310225421
Authority: DE
Inventors: Chris Paul Glugla; Ken Jahr
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2013-12-10
Publication date: 2014-06-12
Also published as: CN103867360B; US20140158089A1; CN103867360A; US9115658B2; RU142007U1

Abstract

Es werden Verfahren und Systeme zum Verstellen der Temperatur von in einen Motor tretender Einlassluft bereitgestellt. Als Reaktion auf Kondensat in einem Ladeluftkühler und auf Motorbetriebsbedingungen wird die Stellung eines Ansaugventils verstellt, um Luft von einem Warm- oder Kühlluftkanal anzusaugen. Der Betrieb des Ansaugventils ist ferner zur Reduzierung von Kraftstoffökonomieverlusten gesteuert.

Description

Turboaufgeladene und aufgeladene Motoren können dazu konfiguriert sein, in den Motor tretende Umgebungsluft zu verdichten, um die Leistung zu erhöhen. Die Verdichtung der Luft kann zu einem Anstieg der Lufttemperatur führen, und somit kann ein Ladeluftkühler (CAC – Charge Air Cooler) verwendet werden, um die erwärmte Luft zu kühlen, wodurch sich ihre Dichte erhöht und die potenzielle Leistung des Motors weiter ansteigt. Kondensat kann sich im CAC bilden, wenn die Umgebungslufttemperatur sinkt, oder während feuchter oder regnerischer Wetterbedingungen, wenn die Einlassluft unter den Wassertaupunkt gekühlt wird. Kondensat kann sich im Boden des CAC oder in den internen Kanälen und Kühlwirbeleinrichtungen ansammeln. Wenn das Drehmoment ansteigt, wie bei einer Beschleunigung, kann ein erhöhter Massenluftstrom das Kondensat vom CAC abziehen, es in den Motor saugen und die Wahrscheinlichkeit einer Motorfehlzündung und die Verbrennungsinstabilität erhöhen.
Ein Ansatz, die Kondensatausbildung im CAC anzugehen, kann die Verwendung von warmer oder erwärmter Einlassluft beinhalten. Erwärmte Einlassluft kann die Temperatur der in den CAC tretenden Ladeluft erhöhen. Durch Erhöhung der Ladelufttemperatur am CAC-Einlass kann die durch den CAC laufende Luft weiter vom Kondensationspunkt weg liegen, was die Kondensationsmenge und die Häufigkeit einer Motorfehlzündung erhöht. Wärmere Einlassluft kann jedoch die Temperatur der in den Motoreinlasskrümmer tretenden Luft erhöhen und zu einem erhöhten Klopfen während wärmerer Motorbetriebsbedingungen führen.
In einem Beispiel kann dieses scheinbare Paradox durch ein Verfahren zur Verstellung einer Frischluftquellenstellung von Einlassluft als Reaktion auf eine Bedingung eines Ladeluftkühlers in Angriff genommen werden. Zum Beispiel kann durch Verstellung der Stellung eines Ansaugventils wärmere Luft oder kältere Luft in die Ansauganlage gesogen werden. Die Verstellung kann auf Betriebsbedingungen reagieren, um sich gleichzeitig mit einem Aufwärmbetrieb, der Kondensatausbildung und einer Möglichkeit eines Motorklopfens auseinanderzusetzen. Wenn zum Beispiel eine Kondensatmenge im CAC über einem Schwellenniveau liegt und/oder die Motortemperatur unter einer Schwellentemperatur liegt, kann das Ansaugventil in eine erste Stellung zum Ansaugen warmer Einlassluft verstellt werden. In einem anderen Beispiel kann, wenn der Zündzeitpunkt innerhalb einer Schwelle einer Grenzlinienklopfgrenze liegt, das Ansaugventil in eine zweite Stellung zum Ansaugen kühlerer Einlassluft verstellt werden.
Auf diese Weise können Kraftstoffökonomieverluste und Kondensatausbildung im CAC reduziert werden. Als Reaktion auf eine erhöhte Kondensatausbildung kann zum Beispiel wärmere Einlassluft verwendet werden, um die Temperatur der in den CAC tretenden Luft zu erhöhen. Somit kann die durch den CAC laufende Luft weiter vom Kondensationspunkt entfernt sein, wodurch sich die ausbildende Kondensatmenge reduziert. Zusätzlich kann als Reaktion auf eine niedrigere Motortemperatur wärmere Einlassluft verwendet werden, um eine Motoraufladung während eines Kaltstarts zu beschleunigen (zum Beispiel Motortemperatur erhöhen) und Pumpverluste zu reduzieren. Durch Reduzierung von Pumpverlusten kann die Kraftstoffökonomie erhöht werden. Wärmere Einlassluft kann außerdem die Temperatur eines Einlassdrosselklappenteils erhöhen, wodurch Drosselklappenteilvereisung reduziert wird. Alternativ kann als Reaktion auf eine Motorklopfenangabe kühlere Einlassluft verwendet werden, um eine Grenzlinienklopfgrenze zu verstellen. Die Motorklopfenangabe kann beinhalten, ob der Zündungszeitpunkt innerhalb einer Schwelle einer Grenze liegt. Wenn sich der nach spät verstellte Zündzeitpunkt der Grenzlinienklopfgrenze annähert, können sich Kraftstoffökonomieverluste erhöhen. Somit kann kühlere Einlassluft diese Verluste reduzieren und die Kraftstoffökonomie erhöhen.
Es versteht sich, dass die obige kurze Darstellung zur vereinfachten Einführung in eine Auswahl von Konzepten, die in der ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben werden, bereitgestellt wird. Sie dient nicht der Identifizierung von Schlüsselmerkmalen oder wesentlichen Merkmalen des beanspruchten Gegenstandes, dessen Umfang eindeutig durch die Ansprüche, die der ausführlichen Beschreibung folgen, definiert ist. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen begrenzt, die irgendwelche oben oder in einem beliebigen Teil dieser Offenbarung erwähnten Nachteile löst.
1 zeigt ein schematisches Diagramm eines beispielhaften Motorsystems, das einen Ladeluftkühler enthält.
2 zeigt ein schematisches Diagramm einer Ansauganlage, die ein Ansaugventil enthält.
3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Verstellung des Orts, von dem Einlassluft in eine Ansauganlage gesogen wird, als Reaktion auf Motorbetriebsbedingungen.
4 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Bestimmung der Kondensatmenge in einem CAC gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
5 zeigt ein graphisches Beispiel zur Verstellung eines Ansaugventils auf der Basis von Motorbetriebsbedingungen.
Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zum In-Angriff-Nehmen von Kondensat in einem Ladeluftkühler (CAC), die ein Verstellen des Orts, von dem Einlassluft in ein Motorsystem, wie dem System von 1, gesogen wird, enthalten. Ein Ansaugventil kann zur Steuerung der Temperatur der in eine Ansauganlage des Motors, wie das in 2 gezeigte System, tretenden Einlassluft verstellt werden. Ein Verfahren zum Verstellen der Position des Ansaugventils als Reaktion auf Motorbetriebsbedingungen ist in 3 dargestellt. Die Motorbetriebsbedingungen können Motortemperatur und Kondensatausbildung im CAC enthalten, was durch ein in 4 dargestelltes Verfahren bestimmt werden kann. Beispielhafte Ansaugventilverstellungen auf der Basis von Motorbetriebsbedingungen sind in 5 gezeigt.
Nunmehr mit Bezug auf 1 wird ein Verbrennungsmotor 10, der mehrere Zylinder umfasst, von denen ein Zylinder in 1 gezeigt ist, durch eine elektronische Motorsteuerung 12 gesteuert. Der Motor 10 enthält eine Brennkammer (Zylinder) 30 und Zylinderwände 32 mit einem darin positionierten Kolben 36, der mit einer Kurbelwelle 40 verbunden ist. In der Darstellung ist die Brennkammer 30 über ein Einlassventil 52 bzw. ein Auslassventil 54 mit dem Einlasskrümmer 46 und dem Auslasskrümmer 48 verbunden. Jedes Einlass- und Auslassventil kann durch einen Einlassnocken 51 und einen Auslassnocken 53 betätigt werden. Die Öffnungs- und -schließzeiten des Auslassventils 54 können bezüglich der Kurbelwellenposition variabel über den Nockenversteller 58 verstellt werden. Die Öffnungs- und -schließzeiten des Einlassventils 52 können bezüglich der Kurbelwellenposition über den Nockenversteller 59 verstellt werden. Die Stellung des Einlassnockens 51 kann durch einen Einlassnockensensor 55 ermittelt werden. Die Stellung des Auslassnockens 53 kann durch einen Auslassnockensensor 57 ermittelt werden. Auf diese Weise kann die Steuerung 12 die Nockensteuerung durch Versteller 58 und 59 steuern. Variable Nockensteuerung (VCT – Variable Cam Timing) kann entweder auf Früh oder auf Spät verstellt werden, je nach verschiedenen Faktoren wie Motorbelastung und Motordrehzahl (RPM).
In der Darstellung ist ein Kraftstoffeinspritzventil 66 so positioniert, dass es Kraftstoff direkt in die Brennkammer 30 einspritzt, was dem Fachmann als Direkteinspritzung bekannt ist. Als Alternative dazu kann Kraftstoff in einen Einlasskanal eingespritzt werden, was dem Fachmann als Einlasskanaleinspritzung bekannt ist. Das Kraftstoffeinspritzventil 66 liefert flüssigen Kraftstoff proportional zu der Impulsbreite des Signals FPW von der Steuerung 12. Kraftstoff wird von einem (nicht gezeigten) Kraftstoffsystem, das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und eine (nicht gezeigte) Kraftstoffverteilerleitung enthält, an das Kraftstoffeinspritzventil 66 geliefert. Dem Kraftstoffeinspritzventil 66 wird Betriebsstrom vom Treiber 68 zugeführt, der auf die Steuerung 12 anspricht. In einem Beispiel wird ein Zweistufen-Hochdruckkraftstoffsystem zur Erzeugung von höheren Kraftstoffdrücken verwendet. Darüber hinaus ist in der Darstellung der Einlasskrümmer 46 mit einer optionalen elektronischen Drossel 62 verbunden, die eine Stellung der Drosselklappe 64 zur Steuerung von Luftstrom vom Einlassschnellaufladekammer 44 einstellt. Ein Verdichter 162 saugt Luft aus dem Lufteinlass 42, um die Einlassschnellaufladekammer 44 zu versorgen. Der Lufteinlass 42 kann ein Teil einer Ansauganlage sein, die Luft von einem oder mehr Kanälen (nicht in 1 gezeigt) saugt. Der eine oder die mehreren Kanäle können kältere oder wärmere Luft von außerhalb des Fahrzeugs bzw. unter der Motorhaube des Fahrzeugs ziehen. Ein Ansaugventil (nicht in 1 gezeigt) kann daraufhin den Ort, von dem Einlassluft in die Ansauganlage gezogen wird, steuern. Die Einlassluft 180 kann stromabwärts von dem Ansaugventil zum Lufteinlass 42 strömen. Details der Ansauganlage und des Ansaugventils sind in 2 dargestellt.
Abgase drehen die Turbine 164, die mit dem Verdichter 162, der Luft in der Schnellaufladekammer 44 verdichtet, gekoppelt ist. Zum Antrieb des Verdichters können verschiedene Anordnungen bereitgestellt werden. Bei einem Auflader kann der Verdichter 162 zumindest teilweise von dem Motor und/oder einer elektrischen Maschine angetrieben werden, und enthält möglicherweise keine Turbine. Somit kann die dem einen oder den mehreren Zylindern des Motors über einen Turbolader oder Auflader zugeführte Verdichtungsmenge von der Steuerung 12 variiert werden. Das Turbolader-Wastegate 171 ist ein Ventil, das es Abgasen gestattet, die Turbine 164 über den Umgehungskanal 173 zu umgehen, wenn sich das Turboauflader-Wastegate 171 in einem offenen Zustand befindet. Im Wesentlichen strömen alle Abgase durch die Turbine 164, wenn sich das Wastegate 171 in einer völlig geschlossenen Position befindet.
Ferner kann bei den offenbarten Ausführungsformen ein Abgasrückführungssystem (AGR) einen gewünschten Teil der Abgase vom Auslasskrümmer 48 zur Einlassschnellaufladekammer 44 über den AGR-Kanal 140 lenken. Die der Einlassschnellaufladekammer 44 bereitgestellte Menge an AGR kann von der Steuerung 12 über ein AGR-Ventil 172 variiert werden. Unter einigen Bedingungen kann das AGR-System dazu verwendet werden, die Temperatur der Luft und Kraftstoffmischung innerhalb der Brennkammer zu regulieren. 1 zeigt ein Hochdruck-AGR-System, wobei AGR von stromabwärts einer Turbine eines Turboladers nach stromabwärts eines Verdichters eines Turboladers gelenkt wird. Bei anderen Ausführungsformen kann der Motor zusätzlich oder alternativ ein Niederdruck-AGR-System enthalten, wobei AGR von stromabwärts einer Turbine eines Turboladers nach stromaufwärts eines Verdichters des Turboladers gelenkt wird. Bei Betriebsbereitschaft kann das AGR-System die Bildung von Kondensat aus der verdichteten Luft bedingen, insbesondere, wenn die verdichtete Luft vom Ladeluftkühler gekühlt wird, wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird. Insbesondere enthält AGR eine große Wassermenge, da es ein Verbrennungsnebenprodukt ist. Da AGR auf einer relativ hohen Temperatur liegt und viel Wasser enthält, kann auch die Taupunkttemperatur relativ hoch sein. Dementsprechend kann die Kondensatbildung aus AGR sogar viel höher als die Kondensatbildung vom Verdichten von Luft und Senken von Luft auf die Taupunkttemperatur sein.
Die Einlassschnellaufladekammer 44 kann ferner den Ladeluftkühler (CAC) 166 (zum Beispiel einen Zwischenkühler) enthalten, um die Temperatur der turbogeladenen oder aufgeladenen Einlassgase zu senken. Bei einigen Ausführungsformen kann der CAC 166 ein Luft-zu-Luft-Wärmetauscher sein. Bei anderen Ausführungsformen kann der CAC 166 ein Luft-zu-Flüssigkeit-Wärmetauscher sein. Der CAC 166 kann ein Ventil zum selektiven Modulieren der Strömungsgeschwindigkeit von Einlassluft, die durch den Ladeluftkühler 166 strömt, als Reaktion auf die Kondensationsausbildung innerhalb des Ladeluftkühlers enthalten.
Heiße Ladeluft aus dem Verdichter 162 tritt durch den Einlass des CAC 166, kühlt es, während es durch den CAC 166 strömt, und tritt danach zum Durchlauf durch die Drossel 62 in den Motoreinlasskrümmer 46 aus. Ein Umgebungsluftstrom von außerhalb des Fahrzeugs kann durch ein Fahrzeugvorderende in den Motor 10 treten und durch den CAC laufen, um beim Kühlen der Ladeluft zu helfen. Kondensat kann sich bilden und im CAC ansammeln, wenn die Umgebungslufttemperatur sinkt oder bei feuchten oder regnerischer Wetterbedingungen, wo die Ladeluft unter den Wassertaupunkt gekühlt wird. Wenn die Ladeluft rückgeführte Abgase enthält, kann das Kondensat sauer werden und das CAC-Gehäuse korrodieren. Die Korrosion kann zu Ausströmen zwischen der Luftladung, der Atmosphäre und im Fall von Wasser-zu-Luft-Kühlern möglicherweise dem Kühlmittel führen. Kondensat kann sich am Boden des CAC ansammeln und daraufhin während eines Beschleunigungsereignisses auf einmal in den Motor eingeführt werden. Dies kann die Wahrscheinlichkeit einer Motorfehlzündung oder einer Verbrennungsinstabilität (in Form von späten/langsamen Verbrennungen) aufgrund des Einzugs von Wassers erhöhen.
Durch Regeln der Temperatur am CAC (zum Beispiel Einlass- und Auslassladelufttemperatur), kann die Kondensatbildung reduziert werden, was die Wahrscheinlichkeit einer Motorfehlzündung reduziert. In einem Beispiel kann durch Erhöhung der Ladelufttemperatur am CAC-Einlass die durch den CAC strömende Luft weiter vom Kondensationspunkt weg sein, was die Kondensationsmenge reduziert. Ein Beispiel der Erhöhung der Lufttemperatur am CAC-Einlass kann das Regeln der Temperatur der Einlassluft von der Ansauganlage enthalten. Zum Beispiel kann ein Ansaugventil wärmere Luft von unter der Motorhaube in die Ansauganlage und durch die Schnellaufladekammer 44 zum CAC 166 lenken. Weitere Details der Ansauganlage und ein Verfahren zum Regeln der Temperatur der Einlassluft sind in 2–5 dargestellt.
Eine verteilerlose Zündanlage 88 liefert über die Zündkerze 92 als Reaktion auf die Steuerung 12 einen Zündfunken zur Brennkammer 30. In der Darstellung ist ein Universal-Lambdasensor 126 (UEGO-Sensor, UEGO – Universal Exhaust Gas Oxygen, Universal-Abgas-Sauerstoffgehalt) stromaufwärts einer Turbine 164 mit dem Abgaskrümmer 48 verbunden. Als Alternative dazu kann anstelle des UEGO-Sensors 126 ein Zweizustands-Lambdasensor eingesetzt werden.
Bei einigen Ausführungsformen kann der Motor mit einem Elektromotor-/Batteriesystem in einem Hybridfahrzeug gekoppelt sein. Das Hybridfahrzeug kann eine Parallelkonfiguration, eine Serienkonfiguration oder Variationen oder Kombinationen davon haben. Weiterhin können bei einigen Beispielen andere Motorkonfigurationen verwendet werden, beispielsweise ein Dieselmotor. Der Elektromotor kann während Spüloperationen, die im Folgenden näher beschrieben werden, verwendet werden, um eine Fahrerdrehmomentanforderung aufrechtzuerhalten.
Im Betrieb erfährt jeder Zylinder im Motor 10 in der Regel einen Viertaktprozess: der Prozess umfasst den Ansaughub, den Verdichtungshub, den Arbeitshub und den Auslasshub. Während des Ansaughubs schließt sich allgemein das Auslassventil 54 und das Einlassventil 52 öffnet sich. Über den Einlasskrümmer 46 wird Luft in die Brennkammer 30 eingeleitet, und der Kolben 36 bewegt sich zum Boden des Zylinders, um das Volumen in der Brennkammer 30 zu vergrößern. Die Position, in der sich der Kolben 36 nahe dem Boden des Zylinders und am Ende seines Hubs befindet (zum Beispiel, wenn die Brennkammer 30 ihr größtes Volumen aufweist), wird in der Regel vom Fachmann als unterer Totpunkt (uT) bezeichnet. Während des Verdichtungshubs sind das Einlassventil 52 und das Auslassventil 54 geschlossen. Der Kolben 36 bewegt sich zum Zylinderkopf, um die Luft in der Brennkammer 30 zu komprimieren. Der Punkt, an dem sich der Kolben 36 an seinem Hubende befindet und der am nächsten zum Zylinderkopf liegt (zum Beispiel, wenn die Brennkammer 30 ihr kleinstes Volumen aufweist), wird vom Fachmann in der Regel als oberer Totpunkt (oT) bezeichnet. Bei einem im Folgenden als Einspritzung bezeichneten Vorgang wird Kraftstoff in die Brennkammer eingeleitet. Bei einem im Folgenden als Zündung bezeichneten Vorgang wird der eingespritzte Kraftstoff durch ein bekanntes Zündmittel, wie zum Beispiel eine Zündkerze 92, gezündet, was zur Verbrennung führt. Der Zündzeitpunkt kann so gesteuert werden, dass die Zündung vor dem vom Hersteller angegebenen Zeitpunkt erfolgt (Frühzündung) oder danach (Spätzündung). Der Zündzeitpunkt kann zum Beispiel von der MBT-Steuerung (MBT: Maximum Brake Torque – maximales Nutzmoment) nach spät verstellt werden, um Motorklopfen zu regeln, oder unter Bedingungen hoher Feuchtigkeit nach früh verstellt werden. Insbesondere kann MBT nach früh verstellt werden, um der langsamen Verbrennungsrate Rechnung zu tragen. Während des Arbeitshubs drücken die expandierenden Gase den Kolben 36 zum uT zurück. Die Kurbelwelle 40 wandelt die Kolbenbewegung in ein Drehmoment der Drehwelle um. Die Kurbelwelle 40 kann zum Antrieb der Lichtmaschine 168 verwendet werden. Schließlich öffnet sich das Auslassventil 54 während des Auslasshubs, um das verbrannte Luft-Kraftstoff-Gemisch zum Auslasskrümmer 48 abzugeben, und der Kolben kehrt zum oT zurück. Es sei darauf hingewiesen, dass Obiges nur als Beispiel gezeigt wird und dass die Zeitpunkte des Öffnens und/oder Schließens des Einlass- und Auslassventils variieren können, um eine positive oder negative Ventilüberschneidung, spätes Schließen des Einlassventils oder verschiedene andere Beispiele zu liefern.
In der Darstellung von 1 ist die Steuerung 12 ein Mikrocomputer, der eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingangs-/Ausgangs-Ports (I/O) 104, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierwerte, als Nurlesespeicher 106 gezeigt, einen Direktzugriffsspeicher 108, einen Erhaltungsspeicher 110 und einen herkömmlichen Datenbus enthält. Die Steuerung 12 erhält in der Darstellung neben den zuvor besprochenen Signalen verschiedene Signale von mit dem Motor 10 gekoppelten Sensoren, darunter die Motorkühlmitteltemperatur (ECT) von dem mit der Kühlhülse 114 gekoppelten Temperatursensor 112; einen mit einem Fahrpedal 130 gekoppelten Pedalstellungssensor 134 zur Erfassung von durch den Fahrzeugführer 132 angelegter Kraft; eine Messung eines Einlasskrümmer-Absolutdrucks (MAP) von dem mit dem Einlasskrümmer 46 gekoppelten Drucksensor 122; eine Messung des Ladedrucks (Boost) vom Drucksensor 123; eine Messung der angesaugten Luftmasse (MAF – Mass Air Flow) vom Luftmassensensor 120; eine Messung der Drosselklappenstellung (TP – Throttle Position) von einem Sensor 5 und der Temperatur am Auslass eines Ladeluftkühlers 166 von einem Temperatursensor 124. Es kann auch Barometerdruck zur Verarbeitung durch die Steuerung 12 erfasst werden (Sensor nicht gezeigt). Gemäß einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Beschreibung erzeugt der Motorpositionssensor 118 ein Profilzündungsaufnahmesignal (PIP – Profile Ignition Pickup Signal). Dies erzeugt eine vorbestimmte Anzahl von gleichmäßig beabstandeten Impulsen bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle, anhand derer die Motordrehzahl (RPM) bestimmt werden kann. Es sei darauf hingewiesen, dass verschiedene Kombinationen der obigen Sensoren verwendet werden können, wie zum Beispiel ein MAF-Sensor ohne einen MAP-Sensor oder umgekehrt. Bei stöchiometrischem Betrieb kann der MAP-Sensor eine Anzeige für das Motordrehmoment abgeben. Des Weiteren kann dieser Sensor zusammen mit der erfassten Motordrehzahl eine Schätzung der in den Zylinder gesaugten Ladung (einschließlich Luft) bereitstellen. Es können auch andere, nicht gezeigte Sensoren vorgesehen sein, wie zum Beispiel ein Sensor zur Bestimmung der Einlassluftgeschwindigkeit am Einlass des Ladeluftkühlers und andere Sensoren.
Des Weiteren kann die Steuerung 12 mit verschiedenen Aktuatoren in Verbindung stehen, die Motoraktuatoren, wie zum Beispiel Kraftstoffeinspritzventile, eine elektronisch gesteuerte Einlassluftdrosselplatte, Zündkerzen, Nockenwellen usw. umfassen können. Verschiedene Motoraktuatoren können dahingehend gesteuert werden, Drehmomentanforderung, wie durch den Fahrzeugführer 132 angegeben, bereitzustellen oder aufrechtzuerhalten. Diese Aktuatoren können bestimmte Motorsteuerparameter, darunter variable Nockensteuerung (VCT – Variable Cam Timing), das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (AFR – Air-To-Fuel Ratio), Lichtmaschinenlast, Zündzeitpunkt, Drosselklappenstellung usw., einstellen. Wenn zum Beispiel von einem Pedalstellungssensor 134 eine Zunahme einer Pedalstellung angezeigt wird (zum Beispiel während eines Tip-In), wird die Drehmomentanforderung erhöht.
Nunmehr mit Bezug auf 2 ist ein Beispiel einer Ansauganlage 204 eines Motors 10 für das Fahrzeug 202 gezeigt. Die Ansauganlage 204 kann einen oder mehrere Luftkanäle zum Ansaugen von frischer Einlassluft enthalten. Einlassluft kann zuerst von dem einen oder den mehreren Luftkanälen in die Ansauganlage treten. Somit können die Luftkanäle Einlassluft am Eingang der Ansauganlage, stromaufwärts des Verdichters und eines Luftreinigers, ansaugen. Bei einer Ausführungsform, die in 2 veranschaulicht ist, kann die Ansauganlage zwei Luftkanäle enthalten. Ein erster Luftkanal 210 (auch als Warmluftkanal bezeichnet) kann erwärmte Luft von unter einer Motorhaube 206 des Fahrzeugs, die zu einem größeren Grad als von einer anderen Stelle angesogene Luft erwärmt sein kann, wie im Folgenden beschrieben, ansaugen. Das Einlassende des ersten Luftkanals 210 kann nahe, zum Beispiel neben, einem Auslasskrümmer oder einem den Auslasskrümmer 48 umgebenden Gehäuse angeordnet sein. Somit kann wärmere Luft von unter der Motorhaube 206, nahe dem Auslasskrümmer 48, durch den ersten Luftkanal 210 in die Ansauganlage gesogen werden. Ein zweiter Luftkanal 208 (auch als Kühlluftkanal bezeichnet) kann kühlere, oder weniger erwärmte, Luft von einer anderen Stelle, die weiter vom Auslasskrümmer weg liegt, wie zum Beispiel außerhalb des Fahrzeugs, ansaugen. Beispielsweise kann das Fahrzeug 202 ein vorderes Ende mit einem Kühlergrill enthalten. Der Kühlergrill kann Kühlergrillverschlüsse 214 enthalten, die kühle Luft 216 von außerhalb in das Fahrzeug 202 lassen. Die kühle Luft 216 kann durch den zweiten Luftkanal 208 in den Motoreinlass treten. Auf diese Weise kann kühlere Einlassluft von einem externen Luftfluss in den zweiten Luftkanal 208 gesaugt werden.
Ein Ansaugventil 212 kann die Stelle, von der Einlassluft 180 in die Ansauganlage gesogen wird, bevor sie zum Einlasskrümmer 46 strömt und in den Motor 10 tritt, steuern. Zum Beispiel kann es sich bei dem Ansaugventil 212 um ein einziges Ventil handeln, das zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung bewegbar ist. Das Ansaugventil 212 kann zwischen der ersten und zweiten Stellung durch Gleiten in eine senkrechte Richtung, wie vom Pfeil 218 gezeigt, bewegt werden. Wenn sich das Ansaugventil in der ersten Stellung befindet, kann wärmere (zum Beispiel erwärmte) Einlassluft von unter der Motorhaube durch den ersten Luftkanal 210 gesogen werden. Wenn sich das Ansaugventil in der zweiten Stellung (wie in 2 gezeigt) befindet, kann kühlere Einlassluft aus der kühlen Luft 216 angesogen werden, die von außerhalb durch den zweiten Luftkanal 208 in das Fahrzeug tritt. Die kühlere Einlassluft kann eine niedrigere Erwärmung als die wärmere Einlassluft, die eingesogen wird, wenn sich das Ventil in der ersten Stellung befindet, aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen kann das Ansaugventil zwischen mehreren Stellungen bewegbar sein, womit eine Mischung aus kühlerer und wärmerer Luft in den Motor treten kann. Zum Beispiel kann das Ansaugventil 212 in eine Zwischenstellung verstellt werden, die zwischen der ersten und zweiten Stellung liegt und teilweise zum Kühlluft- und Warmluftkanal offen ist, womit eine Mischung aus kühlerer und wärmerer Luft in den Motor treten kann. Die Steuerung 12 kann computerlesbare Anweisungen zur Einstellung der Stellung des Ansaugventils zur Steuerung der Temperatur der Einlassluft, die durch den CAC und den Einlasskrümmer strömt, aufweisen. Wie im Folgenden weiter erörtert wird, kann die Steuerung das Ansaugventil als Reaktion auf Motorbetriebsbedingungen verstellen.
Die Stelle, von der Einlassluft eingesogen wird, kann durch Verstellen der Stellung des Ansaugventils geändert werden. Auf diese Weise kann ein Verstellen der Stellung des Ansaugventils eine Regelung der Einlasslufttemperatur und der Motorbetriebsbedingungen gestatten. Wärmere Luft kann zum Beispiel die Motorleistung während Motorstart- oder -aufwärmbetriebsbedingungen erhöhen. Insbesondere kann erwärmte Einlassluft Motortemperaturen erhöhen. Durch Erhöhen der Temperatur von Motorfluiden kann deren Viskosität gesenkt werden, wodurch möglicherweise Reibungsverluste reduziert werden können. Pumpverluste sind die Arbeit, die der Motor durchführen muss, um die Luft durch das Ansaugsystem, die Drossel, den Einlasskrümmer und Einlassventile zu saugen. Wärmere Luft kann weniger dicht sein. Daher muss die Drossel weiter geöffnet werden, um die gewünschte Zylinderluftladung zu erreichen, um das vom Fahrer erforderte Drehmoment zu liefern. Ein Erhöhen der Drosselöffnung senkt wiederum die Pumparbeit. Die daraus resultierende Reduzierung von Reibungs- und Pumpverlusten kann die Kraftstoffökonomie erhöhen.
Als weiteres Beispiel kann als Reaktion auf eine Bedingung eines CAC, zum Beispiel Kondensatbildung im CAC, eine Frischluftquellenposition von Einlassluft verstellt werden. Wie oben erörtert, kann erwärmte Einlassluft auch die Temperatur der in den CAC tretenden Ladeluft erhöhen. Daraufhin kann durch den CAC strömende wärmere Luft über dem Kondensationspunkt liegen. Somit kann wärmere Einlassluft die Kondensationsmenge im CAC reduzieren. Zusätzlich kann wärmere Einlassluft andere Motorkomponenten, wie die Drossel, erwärmen. Unter einigen Bedingungen kann die Drossel einer Drosselklappenteilvereisung unterliegen. Wärmere Einlassluft kann somit zur Reduzierung von Drosselklappenteilvereisung verwendet werden. Ferner kann wärmere Einlassluft während niedriger Motorbelastung und/oder Leerlaufbedingungen und während Zeiten, wenn Pumpverluste reduziert sein können, verwendet werden.
Bei einigen Beispielen kann die wärmere Einlassluft die Motorleistung senken. Zum Beispiel kann in den Einlasskrümmer eintretende wärmere Luft dazu führen, dass die Nachfrühverstellung des Zündzeitpunkts zu den Grenzlinienklopfgrenzen verzögert werden muss. Bei Annäherung des Zündzeitpunkts an die Grenzlinienklopfgrenze (z. B. von der MBT-Zündstelle nach spät verstellt), kann sich die Kraftstoffökonomie verringern, was zu Verlusten der Kraftstoffökonomie führt. Falls Kraftstoffökonomieverluste aufgrund der Annäherung einer Nachspätverstellung des Zündzeitpunkts an die Grenzlinienklopfgrenze größer als die Kraftstoffökonomienutzen von wärmerer Einlassluft zur Reduzierung von Pumpverlusten sind, kann das Ansaugventil somit der wärmeren Luft gegenüber geschlossen und der kühleren Luft gegenüber geöffnet werden. Falls die Motorgrenzlinienklopfgrenzen zu irgendeinem Zeitpunkt erreicht werden, kann das Ansaugventil in die zweite Stelle zum Ansaugen kühlerer Einlassluft verstellt werden. Kühlere Luft kann eine Grenzlinienklopfgrenze erhöhen, so dass bei der Nachspätverstellung des Zündzeitpunkts weiter nach früh verstellt werden kann. Umgekehrt kann wärmere Luft die Grenzlinienklopfgrenze herabsetzen, was den Zündzeitpunkt begrenzt.
Somit kann das Ansaugventil als Reaktion auf Motorbetriebsbedingungen gesteuert werden. Motorbetriebsbedingungen können Motortemperatur, Kondensatbildung im CAC, Motorbelastung, Drosselklappenteiltemperaturen, Pumpverluste und eine Grenzlinienklopfgrenze enthalten. Zum Beispiel kann das Ansaugventil in eine erste Stellung verstellt werden, in der erwärmte Einlassluft von unter der Motorhaube des Fahrzeugs eingesogen wird. Als Alternative dazu kann das Ansaugventil in eine zweite Stellung verstellt werden, in der kühlere Einlassluft mit weniger Erwärmung als in der ersten Stellung angesogen wird. Das Ansaugventil kann als Reaktion auf jeweils eine über einem ersten Schwellenniveau liegende Kondensatmenge im CAC, eine unter einer Schwellentemperatur liegende Motortemperatur, eine unter einer Schwellenbelastung liegende Motorbelastung (zum Beispiel Leerlaufbedingung) und eine Drosselklappenteilvereisung in die erste Stellung verstellt werden. Eine unter einer Schwellentemperatur liegende Motortemperatur kann Motoraufwärmperioden anzeigen, wenn der Motor startet (zum Beispiel eine Motorkaltstartbedingung). Das Ansaugventil kann als Reaktion auf eine Zündverstellung innerhalb einer Schwelle einer Grenzlinienklopfgrenze in die zweite Stellung verstellt werden. In diesem Beispiel können Kraftstoffökonomieverluste aufgrund Annäherung der Nachspätverstellung des Zündzeitpunkts an die Grenzlinienklopfgrenze größer als Kraftstoffökonomienutzen aufgrund reduzierter Pumpverluste sein. Bei einigen Ausführungsformen kann das Ansaugventil in eine Zwischenstellung bewegt werden, in der eine Mischung aus wärmerer und kühlerer Luft in die Ansauganlage gesaugt werden kann. In einem Beispiel kann das Ansaugventil in die Zwischenstellung verstellt werden, um die Kondensatbildung zu reduzieren, während Kraftstoffökonomieverluste aufgrund der Annäherung der Nachspätverstellung des Zündzeitpunkts an die Grenzlinienklopfgrenzen begrenzt werden.
In einem Beispiel kann die Verstellung des Ansaugventils in einer Art einer geschlossenen Schleife um eine gewünschte (zum Beispiel gemessene) Einlasslufttemperatur geschehen. Zum Beispiel kann das Ansaugventil auf der Basis einer Rückkopplung einer gemessenen Ansauglufttemperatur (zum Beispiel Einlasslufttemperatur) zwischen der ersten, der zweiten und der Zwischenposition verstellt werden. Spezifisch kann die Einlasslufttemperatur auf der Basis der gemessenen Einlasslufttemperatur und der Schwellentemperatur auf der Basis von Pumpverlusten und Grenzliniennachspätverstellung vom MBT-Zündzeitpunkt gesteuert werden. Zum Beispiel kann das Ventil zur Erhöhung oder Reduzierung einer Ansauglufttemperatur auf der Basis der gemessenen Einlasslufttemperatur in Bezug auf die Schwellentemperaturen verstellt werden. In einem Beispiel kann eine niedrigere Temperaturschwelle auf der Basis von Pumpreibverlusten eingestellt werden. In einem weiteren Beispiel kann eine höhere Temperaturschwelle auf der Basis von Kraftstoffökonomieverlusten von der Annäherung der Zündverstellung an eine Grenzlinienklopfgrenze eingestellt werden. Zum Beispiel kann die Steuerung das Ansaugventil dazu verstellen, kühlere Luft als Reaktion auf eine über einer höheren Temperaturschwelle liegende Einlasslufttemperatur anzusaugen. Dies kann wiederum die Grenzlinienklopfgrenze derart erhöhen, dass eine Nachspätverstellung des Zündzeitpunkts weiter auf früh verstellt werden kann. Somit können Kraftstoffökonomieverluste aufgrund der Annäherung der Nachspätverstellung des Zündzeitpunkts an die Grenzlinienklopfgrenze reduziert werden.
Nunmehr mit Bezug auf 3 ist ein Verfahren 300 zum Einstellen der Stelle, von der Einlassluft in eine Ansauganlage gesogen wird, dargestellt. Durch Verstellen der Stellung eines Ansaugventils kann die Temperatur der Einlassluft geändert werden.
Insbesondere kann das Ansaugventil wärmerer Luft von unter der Motorhaube (erste Stellung) gegenüber geöffnet werden oder kühlerer Luft aus einem externen Luftstrom (zweite Stellung) gegenüber geöffnet werden. Die Stellung des Ansaugventils kann als Reaktion auf Motorbetriebsbedingungen verstellt werden. Diese Bedingungen können Motortemperatur, Kondensatbildung im CAC, Pumpverluste, eine Grenzlinienklopfgrenze und Drosselklappenteilvereisung enthalten.
Bei 302 beginnt die Routine durch Schätzen und/oder Messen von Motorbetriebsbedingungen. Motorbetriebsbedingungen können Motordrehzahl und -belastung, Motortemperatur, Drosselklappenstellung, Luftmassenstrom, Motorluftdurchflussmenge, CAC-Bedingungen (Einlass- und Auslasstemperatur, Einlass- und Auslassdruck usw.), Umgebungstemperatur und -feuchtigkeit, MAP und Schnellladeniveau. Kondensatbildung, wie zum Beispiel eine Menge oder ein Niveau an Kondensat im CAC, kann bei 302 auf der Basis dieser Daten bestimmt werden. In einem Beispiel, und wie ferner im Modell in 4 erörtert wird, kann eine Rate der Kondensatbildung innerhalb des CAC auf Umgebungstemperatur, CAC-Auslasstemperatur, CAC-Auslassdruckverhältnis zu Umgebungsdruck, Luftmassenfluss, AGR und Feuchtigkeit basiert sein. Dies kann daraufhin zur Berechnung der Menge oder des Niveaus an Kondensat im CAC verwendet werden. In einem weiteren Beispiel kann ein Kondensationsbildungswert auf die CAC-Auslasstemperatur abgebildet werden und ein Verhältnis von CAC-Druck zu Umgebungsdruck. Bei einem alternativen Beispiel kann ein Kondensationsbildungswert auf CAC-Auslasstemperatur und Motorbelastung abgebildet werden. Die Motorbelastung kann eine Funktion der Luftmasse, des Drehmoments, der Gaspedalstellung und der Drosselklappenstellung sein, und kann somit eine Angabe der Luftflussgeschwindigkeit durch den CAC bereitstellen. Zum Beispiel kann eine mittelgroße Motorbelastung kombiniert mit einer relativ kühlen CAC-Auslasstemperatur aufgrund der kühlen Oberflächen des CAC und der relativ geringen Einlassluftströmungsgeschwindigkeit einen hohen Kondensationsbildungswert angeben. Die Abbildung kann ferner einen Modifizierer für Umgebungstemperatur enthalten.
Mit Bezug auf 3 bestimmt die Routine bei 304, ob das Ansaugventil kühlerer Luft gegenüber offen ist (zum Beispiel in der zweiten Stellung dem Kühlluftkanal gegenüber offen). Falls das Ansaugventil kühlerer Luft gegenüber offen ist, schreitet die Routine zu 306 voran, um zu prüfen, ob eine Motorstart- oder Motoraufwärmbedingung vorliegt. Diese Bedingung kann eine unter einer Schwellentemperatur liegende Motortemperatur sein. Falls diese Bedingung erfüllt ist, ist das Ansaugventil bei 316 wärmerer Luft gegenüber geöffnet, indem das Ventil von der zweiten in die erste Stellung verstellt ist. Ist die Aufwärmbedingung jedoch nicht erfüllt, schreitet die Routine zu 308 voran, um zu bestimmen, ob sich im CAC Kondensat bildet. Kondensatbildung kann auf Bedingungen des CAC (zum Beispiel Einlass- und Auslasstemperatur und -druck), Umgebungsbedingungen (zum Beispiel Umgebungstemperatur und -feuchtigkeit), Regensensoren, Motordrehzahl und -belastung usw. basiert sein. In einem Beispiel kann Kondensatbildung im CAC bestätigt werden, falls Kondensatbildung, wie zum Beispiel eine Menge oder Rate der Kondensatbildung, über einem ersten Schwellenniveau liegt. In einem Beispiel kann das erste Schwellenniveau eine beliebige Menge Kondensat oder eine Rate von Kondensatbildung über null sein. In einem weiteren Beispiel kann das erste Schwellenniveau über null liegen. Bei noch einem weiteren Beispiel kann das erste Schwellenniveau auf einer vorhergesagten Kondensatbildung basiert sein. Falls zum Beispiel Regen- oder Feuchtigkeitssensoren eine hohe Feuchtigkeit angeben, kann eine erhöhte Kondensatbildung vorhergesagt und dazu verwendet werden, bei 308 Kondensatbildung im CAC anzugeben. Auf diese Weise kann die Routine bei 308 bestimmen, ob Bedingungen zur Erzeugung von Kondensat vorliegen.
In Rückkehr auf 308 kann die Steuerung bei 316, falls sich Kondensat im CAC bildet (zum Beispiel Kondensat über einem ersten Schwellenniveau liegt), das Ansaugventil kühlerer Luft gegenüber schließen und das Ventil wärmerer Luft gegenüber öffnen. Als Alternative dazu kann, falls sich kein Kondensat im CAC bildet (zum Beispiel Kondensat nicht über dem ersten Schwellenniveau liegt), die Routine zu 310 voranschreiten, um zu bestimmen, ob die Motorbelastung unter einer Schwellenbelastung liegt. Die Motorbelastung kann bei 302 bestimmt sein und auf Luftmassenstrom, Drehmoment, Gaspedalstellung und Drosselklappenstellung basiert sein. Falls sich zum Beispiel das Fahrzeug in einer Leerlaufbedingung befindet, kann die Motorbelastung unter der Schwellenbelastung liegen. Falls die Motorbelastung bei 310 unter der Schwellenbelastung liegt, kann das Ansaugventil in die erste Stellung verstellt werden, wodurch das Ventil bei 316 wärmerer Luft gegenüber geöffnet ist. Als Alternative dazu kann die Routine, falls die Motorbelastung nicht unter der Schwellenbelastung liegt, zu 312 voran schreiten, um zu überprüfen, ob das Drosselklappenteil verreist ist. Alternativ zu 310, kann die Luftmassenflussrate dazu verwendet werden, die Stellung des Ansaugventils zu bestimmen. Falls zum Beispiel die Luftmassenflussrate unter einer ersten Schwellenrate liegt, kann das Ansaugventil wärmerer Luft gegenüber geöffnet sein. Falls die Luftmassendurchflussrate jedoch über einer zweiten Schwellenrate liegt, kann das Ansaugventil kühlerer Luft gegenüber offen gehalten werden. Die zweite Schwellenrate kann auf der Luftmassenflussrate basiert sein, bei der Kondensat vom CAC weggerissen wird und in den Einlasskrümmer des Motors tritt. Während dieser Bedingung kann sich kein Kondensat im CAC bilden und kühlere Luft kann eine stabilere Verbrennung während des Einlaufs von Kondensat bereitstellen.
Unter Rückkehr auf 312 kann durch einen Temperatursensor, der Drosselklappenteiltemperatur misst, eine Drosselklappenteilvereisung bestimmt werden. Als Alternative dazu kann eine Drosselklappenteilvereisung aus der Motortemperatur geschätzt werden. Bei noch einem weiteren Beispiel können eine Nichtbewegung der Drosselklappe in eine gewünschte Stellung und eine unter einer Schwelle liegende Einlasslufttemperatur eine Drosselklappenteilvereisung angeben. Falls die Steuerung bestimmt, dass das Drosselklappenteil vereist, öffnet die Routine bei 316 das Ansaugventil wärmerer Luft gegenüber. Falls das Drosselklappenteil nicht vereist, schreitet alternativ dazu die Routine zu 314 voran, um zu bestimmen, ob Verluste aufgrund einer Annäherung eines Zündzeitpunkts an eine Grenzlinienklopfgrenze größer als der Pumpverlustnutzen von wärmerer Luft ist. Zündzeitpunktverluste können Verluste der Kraftstoffökonomie aufgrund der Tatsache, dass der Zündzeitpunkt innerhalb einer Schwelle einer Grenzlinienklopfgrenze vom MBT-Zündzeitpunkt liegt, sein. Falls die Kraftstoffökonomieverluste aufgrund der Annäherung der Nachspätverstellung des Zündzeitpunkts an die Grenzlinienklopfgrenze vom MBT-Zündzeitpunkt unter dem Pumpverlustnutzen wärmerer Luft liegen, öffnet die Routine bei 316 das Ansaugventil wärmerer Luft gegenüber. Als solches können Pumpreibverluste reduziert werden. Falls bei 314 Zündzeitpunktverluste jedoch größer als der Pumpverlustnutzen wärmerer Luft sind, kann die Steuerung bei 322 die Ansaugventilstellung kühlerer Luft gegenüber offen halten.
Falls das Ansaugventil wärmerer Luft gegenüber geöffnet wird (zum Beispiel in der ersten Stellung), schreitet die Routine zu 318 voran, um zu prüfen, ob der Zündzeitpunkt innerhalb einer Schwelle der Grenzlinienklopfgrenze liegt. Falls die Nachspätverstellung des Zündzeitpunkts zum Beispiel innerhalb einer Schwelle der Grenzlinienklopfgrenze liegt (zum Beispiel deutlich vom MBT-Zündzeitpunkt nach spät verstellt ist), kann die Kraftstoffökonomie reduziert sein. Falls der Zündzeitpunkt innerhalb der Schwelle der Grenzlinienklopfgrenze liegt, schließt die Routine bei 324 das Ansaugventil wärmerer Luft gegenüber und öffnet das Ventil kühlerer Luft gegenüber (zum Beispiel Ansaugventil wird von der ersten Stellung in die zweite Stellung verstellt). Falls der Zündzeitpunkt jedoch nicht innerhalb der Schwelle der Grenzlinienklopfgrenze liegt, kann die Routine bei 320 das Ansaugventil in der ersten Stellung, in der es wärmerer Luft gegenüber offen ist, halten.
Unter Rückkehr auf 304 kann, falls das Ansaugventil kühlerer Luft gegenüber nicht offen ist, das Ventil wärmerer Luft gegenüber offen sein (zum Beispiel in der ersten Stellung, zum Warmluftkanal offen). Bei diesem Beispiel ist das Ventil zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung bewegbar und entweder wärmerer (erwärmter) oder kühlerer (zum Beispiel weniger Erwärmung) Luft gegenüber offen. In einem alternativen Beispiel kann das Ansaugventil eine oder mehrere Zwischenstellungen aufweisen, bei denen eine Mischung aus wärmerer und kühlerer Luft in den Motor treten kann. In einem Beispiel kann, wie oben beschrieben, die Stellung des Ansaugventils nach Art einer Regelschleife um eine erwünschte Ansaugeinlasstemperatur geregelt werden. In diesem Beispiel kann die Routine den prozentualen Kraftstoffökonomieverlust aus der Grenzliniennachspätverstellung des Zündzeitpunkts (vom MBT) bestimmen und diesen Wert mit dem Pumparbeitsanstieg aufgrund kühlerer Luft vergleichen. Die Steuerung kann daraufhin eine Regelung um die Ansauglufttemperatur implementieren, um die Grenzlinienklopfgrenze und Pumpverluste auszugleichen.
In dem in 3 dargestellten Beispiel kann das Ansaugventil, falls es kühlerer Luft gegenüber nicht offen ist, wärmerer Luft gegenüber offen sein. Somit schreitet die Routine zu 318 voran, um zu überprüfen, ob der Zündzeitpunkt innerhalb einer Schwelle der Grenzlinienklopfgrenze liegt. Die Routine schreitet daraufhin, wie oben erwähnt, entweder zu 324 oder 320 voran.
Bei einigen Ausführungsformen kann die voreingestellte oder Standardstellung des Ansaugventils die erste Stellung sein, so dass wärmere Einlassluft in die Ansauganlage gesogen wird. Das Ansaugventil kann daraufhin in die zweite Stellung verstellt werden, wo es kühlere Luft ansaugt, wenn die Kraftstoffökonomieverluste aufgrund der Annäherung des Zündzeitpunkts an eine Grenzlinienklopfgrenze größer als die Pumpverlustnutzen von wärmerer Einlassluft sind. Somit kann das Ansaugventil zum Ansaugen kühlerer Luft als Reaktion auf einen Zündzeitpunkt, der innerhalb einer Schwelle einer Grenzlinienklopfgrenze vom MBT-Zündzeitpunkt liegt, verstellt werden.
Auf diese Weise kann durch Verstellen der Stellung eines Ansaugventils als Reaktion auf eine Bedingung eines CAC, wie zum Beispiel Kondensatbildung im CAC, eine Frischluftquellenstellung von Einlassluft eingestellt werden. Kondensatbildung kann durch ein Verfahren zum Schätzen der Menge an Kondensat im CAC bestimmt werden, wie zum Beispiel das unten in 4 dargestellte Verfahren. Die Einstellung kann ferner auf eine oder mehrere der folgenden Situationen reagieren: eine Motorklopfenangabe (ob zum Beispiel der Zündzeitpunkt innerhalb einer Schwelle einer Grenzliniengrenze liegt), eine Drosselklappenteilvereisungsbedingung, Motortemperatur und Motorbelastung.
4 veranschaulicht ein Verfahren 400 zum Schätzen der Menge an Kondensat, die sich in einem CAC befindet. Auf der Basis der Menge an Kondensat im CAC relativ zu einem Schwellenwert können die Stellung eines Ansaugventils und der Anstieg des Motorluftstroms während eines Beschleunigungsereignisses mit den in 3 und 5 gezeigten Routinen gesteuert werden.
Das Verfahren beginnt bei 402 mit der Bestimmung der Motorbetriebsbedingungen. Diese können, wie zuvor bei 302 ausgeführt, Umgebungsbedingungen, CAC-Bedingungen (Einlass- und Auslasstemperatur und -druck, Strömungsrate durch den CAC usw.), Massenluftstrom, MAP, AGR-Fluss, Motordrehzahl und -belastung, Motortemperatur, Schnellaufladung usw. enthalten. Als nächstes bestimmt die Routine bei 404, ob die Umgebungsfeuchtigkeit (Feuchtigkeit) bekannt ist. In einem Beispiel kann die Umgebungsfeuchtigkeit auf der Basis der Ausgabe eines Feuchtigkeitssensors, der mit dem Motor gekoppelt ist, bekannt sein. In einem weiteren Beispiel kann die Feuchtigkeit von einem stromabwärts liegenden UEGO-Sensor gefolgert werden oder von Infotronik (zum Beispiel Internetverbindungen, einem Fahrzeugnavigationssystem usw.) oder einem Regen-/Scheibenwischersensorsignal erhalten werden. Falls die Feuchtigkeit nicht bekannt ist (zum Beispiel falls der Motor keinen Feuchtigkeitssensor enthält), kann die Feuchtigkeit bei 406 auf 100 % eingestellt werden. Bei einer alternativen Ausführungsform kann die Feuchtigkeit auf der Basis von gefolgerten Bedingungen, wie zum Beispiel CAC-Effizienz und Windschutzscheibenwischergeschwindigkeit geschätzt werden. Falls die Feuchtigkeit jedoch bekannt ist, kann der bekannte Feuchtigkeitswert, wie er durch den Feuchtigkeitssensor bereitgestellt wird, bei 408 als Feuchtigkeitseinstellung verwendet werden.
Umgebungstemperatur, -druck und -feuchtigkeit können zur Bestimmung des Taupunkts der Einlassluft verwendet werden, der ferner durch die Menge an AGR in der Einlassluft betroffen sein kann (zum Beispiel kann AGR eine andere Feuchtigkeit und Temperatur als die Luft aus der Atmosphäre aufweisen). Der Unterschied zwischen dem Taupunkt, dem Druckverhältnis des CAC zum Umgebungsdruck und der CAC-Auslasstemperatur gibt an, ob sich in dem Kühler Kondensation bilden wird, und der Massenluftstrom kann beeinflussen, wieviel Kondensation sich tatsächlich innerhalb des Kühlers ansammelt. Bei 410 kann ein Algorithmus den Sättigungsdampfdruck am CAC-Auslass als eine Funktion der CAC-Auslasstemperatur und des CAC-Auslassdrucks berechnen. Der Algorithmus berechnet daraufhin bei 412 die Wassermasse bei diesem Sättigungsdampfdruck. Letztlich wird bei 414 die Kondensationsbildungsrate am CAC-Auslass bestimmt, indem die Wassermasse bei der Sättigungsdampfdruckbedingung am CAC-Auslass von der Wassermasse in der Umgebungsluft subtrahiert wird. Durch Bestimmung der Zeitperiode zwischen Kondensatmessungen bei 416 kann das Verfahren 400 bei 418 die Menge an Kondensat innerhalb des CAC seit einer letzten Messung bestimmen. Die aktuelle Kondensatmenge im CAC wird bei 422 berechnet, indem der bei 418 geschätzte Kondensatwert zum vorherigen Kondensatwert hinzuaddiert wird und daraufhin bei 420 etwaige Kondensatverluste seit der letzten Routine (das heißt eine Menge an Kondensat, die zum Beispiel durch Spülroutinen entfernt wurde) subtrahiert werden. Kondensatverluste können als null angenommen werden, falls die CAC-Auslasstemperatur über dem Taupunkt lag. Alternativ dazu können Kondensatverluste über dem Taupunkt durch Verdampfung verfolgt werden. Alternativ dazu kann bei 420 die entfernte Menge an Kondensat modelliert oder empirisch als eine Funktion der Luftmasse bestimmt und mit jeder Softwareaufgabenschleife runterintegriert werden (d.h. mit jedem Ablauf der Routine 400).
Nunmehr mit Bezug auf 5 zeigt der Graph 500 beispielhafte Ansaugventilverstellungen auf der Basis von Motorbetriebsbedingungen. Insbesondere zeigt der Graph 500 bei der Kurve 502 Veränderungen der Ansaugventilstellung als Reaktion auf Veränderungen der Motortemperatur bei der Kurve 504, Veränderungen des CAC-Kondensatniveaus bei der Kurve 506, Veränderungen des Zündzeitpunkts in Kurve 508 relativ zu einer Grenzlinienklopfgrenze 516 und Veränderungen der Motorbelastung bei Kurve 512. Zusätzlich ist bei Kurve 510 die Fahrzeuggeschwindigkeit und bei Kurve 514 die Drosselklappenstellung gezeigt. Die Ansaugventilstellung kann auch auf Pumpverlusten basiert sein, die bei kleinerer Drosselklappenöffnung und kühleren Einlasslufttemperaturen ansteigen können. Der Zündzeitpunkt kann vom MBT nach früh oder nach spät verstellt werden. Eine Grenzlinienklopfgrenze 516 kann sich auf Basis von Motorbetriebsbedingungen ändern, einschließlich der Temperatur der Einlassluft, wie sie von der Stellung des Ansaugventils diktiert wird. Das Ansaugventil kann zwischen einer ersten Stellung, in der es wärmerer Luft (als „W“ bei Kurve 502 gezeigt) gegenüber offen ist, und einen zweiten Stellung, in der sie kühlerer Luft (als „C“ bei Kurve 502 gezeigt ist) gegenüber offen ist, verstellt werden.
Vor der Zeit t1 können die Fahrzeuggeschwindigkeit (Kurve 510) und Motorbelastung (Kurve 512) niedrig sein und die Drosselklappenöffnung kann gering sein (Kurve 514). Die Motortemperatur kann unter einer Schwellentemperatur 518 liegen, was den Start des Motors angibt. Als Reaktion auf eine Motoraufwärmbedingung (zum Beispiel Motortemperatur unter einer Schwellentemperatur) kann das Ansaugventil verstellt werden, um zur Zeit t1 (Kurve 502) wärmere Einlassluft anzusaugen. Daraufhin kann die Grenzlinienklopfgrenze 516 weiter vom MBT nach spät verstellt werden. Die Fahrzeuggeschwindigkeit kann sich erhöhen (Kurve 510), wodurch sich die Motorbelastung (Kurve 512), Drosselklappenöffnung (Kurve 514) und Motortemperatur (Kurve 504) erhöhen. Zwischen der Zeit t1 und der Zeit t3 wird der Zündzeitpunkt immer weiter vom MBT nach spät verstellt. Kurz vor der Zeit t2 können die Kraftstoffökonomieverluste von der Nachspätverstellung des Zündzeitpunkts größer als die Kraftstoffökonomienutzen von wärmerer Luft aufgrund von Pumpverlusten werden. Daraufhin kann das Ansaugventil verstellt werden, um zur Zeit t3 (Kurve 502) kühlere Einlassluft anzusaugen, und die Grenzlinienklopfgrenze 516 kann nach früh in Richtung MBT verstellt werden.
Die kühlere Einlassluft kann veranlassen, dass sich das CAC-Kondensatniveau zwischen der Zeit t2 und der Zeit t3 (Kurve 506) erhöht. Zur Zeit t3 erhöht sich das CAC-Kondensatniveau über ein erstes Schwellenniveau T1. Bei einer Ausführungsform kann das erste Schwellenniveau relativ null sein, so dass eine jede Menge an Kondensatbildung veranlassen kann, dass die Steuerung das Ansaugventil dazu verstellt, wärmere Einlassluft anzusaugen. Somit kann die Steuerung als Reaktion auf eine Kondensatbildung bei Zeit t3 das Ansaugventil dazu verstellen, wärmere Einlassluft anzusaugen (Kurve 502). Kondensat kann langsam abnehmen und eventuell zwischen der Zeit t3 und der Zeit t4 unter das erste Schwellenniveau T1 fallen. Das Ansaugventil kann zur Reduzierung von Pumpverlusten wärmerer Luft gegenüber offen bleiben. Pumpverluste können auf der teilweise offen stehenden Drosselklappe beruhen (Kurve 514). Zur Zeit t4 kann das Fahrzeug beschleunigen, angezeigt durch einen Anstieg der Fahrzeuggeschwindigkeit (Kurve 510). Als Reaktion können Drosselklappenöffnung und Motorbelastung ansteigen. Zu diesem Punkt können Kraftstoffökonomieverluste aufgrund der Annäherung des Zündzeitpunkts an die Grenzlinienklopfgrenze 516 größer als die Pumpverluste sein. Somit kann das Ansaugventil zur Zeit t5 umgeschaltet werden, um kühlere Einlassluft anzusaugen. Daraufhin wird die Grenzlinienklopfgrenze 516 nach früh in Richtung MBT verstellt. Der Zündzeitpunkt kann daraufhin nach der Zeit t5 weiter von der Grenzlinienklopfgrenze 516 weg liegen (Kurve 508). Zur Zeit t6 kann das Fahrzeug mit einem Abbremsen beginnen (Kurve 510), wodurch die Drosselklappenöffnung und Motorbelastung reduziert werden. Die Zündzeitpunktverstellung während des Abbremsens zwischen der Zeit t6 und der Zeit t7 kann nahe am MBT liegen, da die Motorbelastung leichter ist und der Motor nicht grenzlinienbeschränkt ist (zum Beispiel liegt die Grenzlinienklopfgrenze 516 nahe am MBT). Wenn das Fahrzeug weiterhin abbremst, kann zur Zeit t7 die Motorbelastung unter eine Schwellenbelastung 520 (Kurve 512) abfallen. Als Reaktion schließt sich das Ansaugventil kühlerer Luft gegenüber und öffnet sich wärmerer Luft gegenüber.
Auf diese Weise kann als Reaktion auf eine erhöhte CAC-Kondensatbildung wärmere Einlassluft in die Ansauganlage gesogen werden. Erhöhte Kondensatbildung kann ein Kondensatniveau im CAC über einem ersten Schwellenniveau, zur Zeit t3 gezeigt, enthalten. Ferner wurde als Reaktion auf eine Motortemperatur unter einer Schwellentemperatur, bei Zeit t1 gezeigt, und eine Motorbelastung unter einer Schwellenbelastung, bei Zeit t7 gezeigt, wärmere Einlassluft in die Ansauganlage gesogen. Als Reaktion auf gefallene CAC-Kondensatbildung und dem Potential eines Motorklopfens verstellte die Steuerung das Ansaugventil derart, dass es zur Zeit t2 und Zeit t5 kühlere Einlassluft in die Ansauganlage saugt.
Auf diese Weise kann durch Erhöhen der Temperatur der in den CAC tretenden Ladeluft die Kondensatbildung in einem CAC reduziert werden. Durch Verstellen der Stellung eines Ansaugventils kann als Reaktion auf Motorbetriebsbedingungen die Temperatur der in den CAC und den Motor tretenden Einlassluft gesteuert werden. Das Ansaugventil kann zwischen zwei oder mehr Positionen bewegbar sein, wodurch die Stelle, von der Einlassluft angesogen wird, geändert wird. Das Ansaugventil kann wärmerer Luft gegenüber geöffnet sein, wenn das Kondensatniveau im CAC größer als ein Schwellenniveau ist, eine Motortemperatur unter einer Schwellentemperatur liegt, eine Motorbelastung unter einer Schwellenbelastung liegt oder sich das Drosselklappenteil vereist. Als Alternative dazu kann das Ansaugventil kühlerer Luft gegenüber geöffnet werden, wenn der Zündzeitpunkt innerhalb einer Schwelle einer Grenzlinienklopfgrenze liegt. Somit können Kraftstoffökonomieverluste und Kondensatbildung reduziert werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuerungs- und Schätzungsroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier beschriebenen bestimmten Routinen können eine oder mehrere einer Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie zum Beispiel ereignisgesteuert, interruptgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, darstellen. Somit können verschiedene dargestellte Handlungen, Betätigungen oder Funktionen in der dargestellten Reihenfolge oder parallel durchgeführt werden oder in einigen Fällen weggelassen werden. Ebenso muss die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwangsweise die Merkmale und Vorteile der beispielhaften Ausführungsformen, die hier beschrieben werden, erreichen, sondern ist zur besseren Veranschaulichung und Beschreibung vorgesehen. Eine oder mehrere der dargestellten Handlungen oder Funktionen kann/können in Abhängigkeit von der verwendeten bestimmten Strategie wiederholt durchgeführt werden. Des Weiteren können die beschriebenen Handlungen einen in das computerlesbare Speichermedium im Motorsteuersystem zu programmierenden Code graphisch darstellen.
Es versteht sich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen rein beispielhaft sind und dass diese bestimmten Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinne betrachtet werden sollen, weil zahlreiche Variationen möglich sind. Die obige Technologie kann zum Beispiel auf V-6-, I-4-, I-6, V-12-, Boxer-4- und andere Motortypen angewendet werden. Weiterhin können eine oder mehrere verschiedene Systemkonfigurationen in Kombination mit einer oder mehreren der beschriebenen Diagnostikroutinen verwendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung schließt somit alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und andere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hierin offenbart sind, ein.
Bezugszeichenliste
Fig. 3

N: NEIN
302: Motorbetriebsbedingungen schätzen und/oder messen. Menge von Kondensat im CAC bestimmen (4).
304: Ventil kühlerer Luft gegenüber offen?
306: Motorstart-/-aufwärmbedingung?
308: CAC-Kondensatbildung?
310: Motorbelastung < Schwelle?
312: Drosselklappenteilvereisung?
314: Verluste aufgrund Grenzlinienklopfen > Pumpverlustnutzen von warmer Luft
316: Ventil wärmerer Luft gegenüber öffnen
318: Kraftstoffverluste aufgrund Grenzlinienklopfen > Pumpverlustnutzen von warmer Luft
320: Ventil wärmerer Luft gegenüber offen halten
322: Ventil kühlerer Luft gegenüber offen halten
324: Ventil wärmerer Luft gegenüber schließen. Ventil kühlerer Luft gegenüber öffnen.

N: NEIN
402: Motorbetriebsbedingungen schätzen und/oder messen (zum Beispiel CAC-Bedingungen, Umgebungsbedingungen, AGR, BD, Ne, Belastung, Boost usw.)
404: Feuchtigkeit bekannt?
406: Feuchtigkeit auf 100 % setzen
408: Feuchtigkeit auf bekannten Feuchtigkeitswert setzen
410: Sättigungsdampfdruck am CAC-Auslass auf der Basis geschätzter Bedingungen und Feuchtigkeit berechnen
412: Wassermasse bei Sättigungsdampfdruck berechnen
414: Kondensationsbildungsrate auf der Basis der berechneten Wassermasse berechnen
416: Δt zwischen Messungen bestimmen
418: Menge an Kondensat (seit letzter Messung) bestimmen
420: Kondensatwert durch Addieren zum vorherigen Kondensatwert und Subtrahieren von Verlusten (entfernte Kondensatmenge) aktualisieren
422: Aktuelle Kondensatmenge im CAC berechnen

Claims

Motorverfahren, das Folgendes umfasst: Verstellen einer Frischluftquellenstellung von Einlassluft als Reaktion auf eine Bedingung eines Ladeluftkühlers.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bedingung des Ladeluftkühlers eine Kondensatbildung im Ladeluftkühler enthält, wobei das Verstellen ferner auf eine oder mehrere der folgenden Situationen reagiert: eine Motorklopfenangabe, eine Drosselklappenteilvereisungsbedingung, Motortemperatur und Motorbelastung.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Verstellen ein Verstellen einer Stellung eines Ansaugventils enthält, und wobei die Motorklopfenangabe enthält, ob der Zündzeitpunkt innerhalb einer Schwelle einer Grenzliniengrenze liegt oder ein Betrag der Nachspätverstellung vom MBT-Zeitpunkt ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei, wenn sich das Ansaugventil in einer ersten Stellung befindet, erwärmte Einlassluft von unter einer Motorhaube eines Fahrzeugs angesaugt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei, wenn sich das Ansaugventil in einer zweiten Stellung befindet, Einlassluft mit weniger Erwärmung als in der ersten Stellung angesagt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Ansaugventil als Reaktion auf jeweils eine Kondensatmenge im Ladeluftkühler über einem ersten Schwellenniveau und eine Motortemperatur unter einer Schwellentemperatur in die erste Stellung verstellt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Motortemperatur unter der Schwellentemperatur eine Motoraufwärmzeitdauer von einer Motorkaltstartbedingung enthält.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Ansaugventil ferner als Reaktion auf eine Leerlaufbedingung in die erste Stellung verstellt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, das ferner eine Verstellung des Ansaugventils in die erste Position als Reaktion darauf, dass Kraftstoffökonomieverluste aufgrund der Annäherung der Nachspätverstellung des Zündzeitpunkts an eine Grenzlinienklopfgrenze vom MBT-Zündzeitpunkt weniger als ein Pumpverlustnutzen wärmerer Luft sind, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Ansaugventil als Reaktion darauf, dass der Zündzeitpunkt innerhalb einer Schwelle einer Grenzlinienklopfgrenze vom MBT-Zündzeitpunkt liegt, in die zweite Stellung verstellt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Ansaugventil ein einziges Ventil ist, das zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung bewegbar ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Ansaugventil in eine Zwischenstellung bewegbar ist, die zwischen der ersten und der zweiten Stellung liegt.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei, wenn sich das Ansaugventil in der Zwischenstellung befindet, eine Mischung aus wärmerer und kühlerer Luft in eine Ansauganlage gesaugt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, das ferner eine Verstellung des Ansaugventils zwischen der ersten, der zweiten und der Zwischenstellung auf der Basis einer Rückkopplung einer gemessenen Ansauglufttemperatur umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Verstellen des Ansaugventils auf Basis einer gemessenen Ansauglufttemperatur ferner das Bestimmen von Schwellentemperaturen auf der Basis einer Pumpreibung und Grenzliniennachspätverstellung des Zündzeitpunkts vom MBT-Zündzeitpunkt enthält.
Motorverfahren, das Folgendes umfasst: Saugen wärmerer Einlassluft in eine Ansauganlage als Reaktion auf eine erhöhte Ladeluftkühlerkondensatbildung und Saugen kühlerer Einlassluft in die Ansauganlage als Reaktion auf eine Abnahme von Ladeluftkühlerkondensatbildung und/oder Möglichkeit eines Motorklopfens.
Verfahren nach Anspruch 16, das ferner als Reaktion darauf, dass die Motortemperatur unter einer Schwellentemperatur liegt, ein Saugen wärmerer Einlassluft in die Ansauganlage umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die wärmere Einlassluft von unter einer Fahrzeugmotorhaube angesaugt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die kühlere Einlassluft aus einem externen Luftstrom angesaugt wird.
Motorsystem eines Fahrzeugs, das Folgendes umfasst: einen Motor, der einen Einlasskrümmer und einen Auslasskrümmer enthält; eine Ansauganlage, wobei die Ansauganlage einen ersten Luftkanal zum Ansaugen erwärmter Luft von unter einer Motorhaube, neben dem Auslasskrümmer, einen zweiten Luftkanal zum Ansaugen kühlerer Luft von einer anderen Stelle, die ferner vom Auslasskrümmer weg liegt, und ein Ansaugventil zur Verstellung einer Stelle, von der Einlassluft in die Ansauganlage gesogen wird, enthält; einen stromabwärts des Ansaugventils liegenden Ladeluftkühler; eine stromabwärts des Ladeluftkühlers und stromaufwärts des Einlasskrümmers liegende Einlassdrossel und eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen zur Verstellung einer Stellung des Ansaugventils zur Steuerung einer Temperatur der durch den Ladeluftkühler und in den Einlasskrümmer strömenden Einlassluft als Reaktion auf Motortemperatur, Kondensatbildung im Ladeluftkühler, Motorbelastung, Drosselklappenteilvereisung, Pumpverluste und eine Grenzlinienklopfgrenze.