DE102014111110B4

DE102014111110B4 - Verfahren zum steuern eines abgasbremsens in einem fahrzeug

Info

Publication number: DE102014111110B4
Application number: DE102014111110.9A
Authority: DE
Inventors: Luca Scavone; Simone BARBERO; Francesco CASTORINA; Francesco CIANFLONE; Andrea Di Giovanni; Andrea De Vito
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2013-08-08
Filing date: 2014-08-05
Publication date: 2022-04-28
Anticipated expiration: 2034-08-06
Also published as: US9175617B2; DE102014111110A1; US20150040859A1

Abstract

Verfahren zum Steuern eines Abgasbremsens in einem Fahrzeug (98), das einen Verbrennungsmotor (102), einen Einlasskrümmer (110), ein Steuermodul (114), ein Auslasssystem (134) und einen Turbolader mit variabler Geometrie (VGT) (159) mit einer Turbine (160) umfasst, wobei die Turbine (160) Turbinenschaufeln (163) und Flügel (167) aufweist, die bezüglich der Turbinenschaufeln (163) beweglich sind, wobei das Verfahren umfasst:Empfangen einer Abgasbremsdrehmomentanforderung;Ermitteln einer Motordrehzahl des Verbrennungsmotors (102);Ermitteln eines Einlassluftdrucks in dem Einlasskrümmer (110);Ermitteln von Ziel-Pumpverlusten in dem Verbrennungsmotor (102) mittels des Steuermoduls (114) basierend auf der Abgasbremsdrehmomentanforderung;Ermitteln eines Ziel-Abgasdrucks in dem Auslasssystem mittels des Steuermoduls (114) basierend auf den Ziel-Pumpverlusten;Ermitteln einer Ziel-Flügelposition der Flügel (167) mittels des Steuermoduls (114) basierend auf dem Ziel-Abgasdruck, wobei die Ziel-Flügelposition ein Abgasbremsdrehmoment in Übereinstimmung mit der Abgasbremsdrehmomentanforderung liefert; undEinstellen der Flügel (167) des VGT (159) derart, dass die Flügel (167) bei der Ziel-Flügelposition positioniert sind, um eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs (98) zu verringern, wobei die Ziel-Flügelposition eine Winkelposition der Flügel (167) bezüglich der Turbinenschaufeln (163) ist,gekennzeichnet durchErmitteln maximaler Pumpverluste des Verbrennungsmotors (102); undBegrenzen der Ziel-Pumpverluste auf die maximalen Pumpverluste des Verbrennungsmotors (102), wenn die Ziel-Pumpverluste größer als die maximalen Pumpverluste sind,wobei die maximalen Pumpverluste eine Funktion eines maximalen Abgasdrucks, der Motordrehzahl und des Einlassluftdrucks sind.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Abgasbremsens in einem Fahrzeug.
HINTERGRUND
Einige Motorsysteme können ein Abgasbremsen verwenden, um eine Geschwindigkeit eines in Bewegung befindlichen Fahrzeugs zu verringern. Wie hierin verwendet, steht der Begriff „Abgasbremsen“ für einen Prozess zum Verringern einer Geschwindigkeit eines Fahrzeugs, indem die Pumpverluste eines Motors erhöht werden. Der Begriff „Pumpverluste“ steht für die an einem Motor verrichtete negative Arbeit. Der Begriff „an einem Motor verrichtete negative Arbeit“ steht wiederum für die Arbeit, die in einer Richtung entgegengesetzt zu dem Hub eines Kolbens des Motors wirkt. Dementsprechend kann die an einem Motor verrichtete negative Arbeit die Motordrehzahl verringern.
Das Abgasbremsen kann beispielsweise ausgeführt werden, indem eine Strömung des Abgases stromabwärts eines Motors derart blockiert wird, dass das Abgas in einem Auslasskrümmer des Motorsystems komprimiert wird, um einen Gegendruck in einer Verbrennungskammer des Motors zu erzeugen. In dieser Offenbarung steht der Begriff „Gegendruck“ für einen Abgasdruck in einer Richtung von einer Auslassöffnung eines Motors in Richtung der Verbrennungskammer desselben Motors. Während des Abgasbremsens bewirkt der Gegendruck eine negative Arbeit an dem Motor.
Aus der DE 10 2010 026 975 A1 ist ein Verfahren zum Steuern eines Abgasbremsens in einem Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt.
In der DE 10 2010 014 331 A1 ist ein ähnliches Verfahren zum Steuern eines Abgasbremsens in einem Fahrzeug beschrieben, bei dem zusätzlich ein maximales Bremsmoment und ein barometrischer Druck berücksichtigt werden.
Die DE 697 12 056 T2 beschreibt ein Steuersystem für einen Turbolader in einem Verbrennungsmotor, bei welchem die Steuerung des Turboladers anhand einer Druckdifferenz zwischen einem Einlass- und einem Auslasskrümmer des Motors erfolgt.
In der US 2008 / 0 127 643 A1 ist ein Verfahren zum Steuern eines Abgasbremsens in einem Fahrzeug mit Turbolader beschrieben, bei dem ein Bypass für komprimierte Einlassluft verwendet wird.
Die WO 2005 / 052 336 A1 beschreibt ebenfalls ein Verfahren zum Steuern eines Abgasbremsens in einem Fahrzeug mit Turbolader, bei dem eine Korrektur für einen Sollwert einer Schaufelposition des Turboladers anhand eines Einlass- und Auslassdrucks, einer Motordrehzahl und einer Turbinendrehzahl ermittelt wird.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Steuern eines Abgasbremsens in einem Fahrzeug zu schaffen, bei welchem ein Turbolader in einem Abgassystem des Fahrzeugs auf möglichst einfache Weise anhand eines angeforderten Bremsdrehmoments eingestellt wird und dabei eine maximale Kapazität des Abgassystems bezüglich des Bremsdrehmoments berücksichtigt wird.
ZUSAMMENFASSUNG
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Diese Offenbarung betrifft ein System und ein Verfahren zum Steuern eines Abgasbremsens in einem Fahrzeug. Das Fahrzeug kann ein Motorsystem umfassen, das in der Lage ist, das Abgasbremsen zu verwenden und zu steuern, um die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu verringern. Das Motorsystem kann einen Turbolader mit variabler Geometrie (VGT) umfassen. Der Begriff „VGT“ steht für einen Turbolader, der eine Turbine mit Turbinenschaufeln und Flügeln aufweist, die bezüglich der Turbinenschaufeln beweglich sind, um die Strömung des Abgases in Richtung der Turbinenschaufeln einzustellen. Durch das Einstellen der Position der Flügel bezüglich der Turbinenschaufeln kann der VGT die Strömung des Abgases in Richtung der Turbinenschaufeln einstellen. Der VGT kann auch seine Flügel einstellen, um die Strömung des Abgases stromabwärts des Motors teilweise oder vollständig zu blockieren, um das Abgasbremsen zu bewirken. Es ist daher wünschenswert, das Abgasbremsen zu steuern, indem die Flügelposition des VGT gesteuert wird. Die Flügelposition bezieht sich auf die Winkelposition der Flügel des VGT bezüglich der Turbinenschaufeln desselben VGT. Um dies auszuführen, verwenden das Verfahren und das System der vorliegenden Offenbarung zum Steuern des Abgasbremsens Modelle anstelle von Kalibrierungskennfeldern.
Ein Verfahren kann ein Abgasbremsen in einem Fahrzeug steuern. Das Fahrzeug umfasst ein Motorsystem, das einen Verbrennungsmotor, einen Einlasskrümmer, ein Steuermodul, ein Auslasssystem und Turbolader mit variabler Geometrie (VGT) umfasst. Der VGT weist eine Turbine auf, die einstellbare Flügel umfasst. Das Verfahren umfasst das Folgende: (a) Empfangen einer Abgasbremsdrehmomentanforderung; (b) Ermitteln von Ziel-Pumpverlusten in dem Verbrennungsmotor mittels des Steuermoduls basierend auf der Abgasbremsdrehmomentanforderung; (c) Ermitteln eines Ziel-Abgasdrucks in dem Auslasssystem mittels des Steuermoduls basierend auf den Ziel-Pumpverlusten; und (d) Ermitteln einer Ziel-Flügelposition der Flügel mittels des Steuermoduls basierend auf dem Ziel-Abgasdruck. Die Ziel-Flügelposition bezieht sich auf die Winkelposition der Flügel bezüglich der Turbinenschaufeln und kann ein Abgasbremsdrehmoment in Übereinstimmung mit der Abgasbremsdrehmomentanforderung ergeben. Wie hierin verwendet, steht der Begriff „Abgasbremsdrehmomentanforderung“ für eine Anforderung eines Fahrzeugbedieners oder eines Tempomatsystems, das Abgasbremsen in dem Motorsystem zu ermöglichen, um ein negatives Bremsdrehmoment zu erreichen, das vom Fahrzeugbediener gewünscht oder durch ein Tempomatsystem ermittelt wird. Das Abgasbremsdrehmoment, das durch den Fahrzeugbediener angefordert wird, kann die Summe der Pumpverluste, der mechanischen Reibung in dem Motorsystem und von Nebenaggregatsverlusten sein. Wie hierin verwendet, steht der Begriff „Nebenaggregatsverluste“ für die negative Arbeit, die durch Nebenaggregate erzeugt wird, die durch einen Motor angetrieben werden. Der Begriff „Tempomatsystem“ steht für ein adaptives System, das in der Lage ist, eine Anwendungseinrichtung für eine Drehmomentanforderung, wie beispielsweise ein Gaspedal, zum Steuern einer Fahrzeuggeschwindigkeit einzustellen. Der Begriff „Pumpverluste“ steht für die an einem Motor verrichtete negative Arbeit. Der Begriff „Ziel-Pumpverluste“ steht für die Pumpverluste, die notwendig sind, um ein negatives Bremsdrehmoment in Übereinstimmung mit der Abgasbremsdrehmomentanforderung zu erzeugen. Der Begriff „Ziel- Abgasdruck“ steht für den Druck des Abgases in einem Auslasssystem stromaufwärts des VGT, welcher die Ziel-Pumpverluste liefern würde. Der Begriff „Ziel-Flügelposition“ steht für eine Winkelposition der Flügel bezüglich der Turbinenschaufeln des VGT, welche die Strömung des Abgases in dem Auslasssystem derart einstellen würde, dass das Abgas stromaufwärts des VGT einen Druck aufweist, der gleich dem Ziel-Abgasdruck ist.
Ein System kann ein Abgasbremsen in einem Motorsystem steuern. Das System umfasst einen Verbrennungsmotor und einen Einlasskrümmer in fluidtechnischer Verbindung mit dem Verbrennungsmotor. Der Einlasskrümmer ist ausgebildet, um dem Verbrennungsmotor Einlassluft zuzuführen. Das System umfasst ferner ein Auslasssystem in fluidtechnischer Verbindung mit dem Verbrennungsmotor. Das Auslasssystem ist ausgebildet, um Abgase aus dem Verbrennungsmotor aufzunehmen. Das System umfasst ferner einen Turbolader mit variabler Geometrie (VGT). Der VGT weist eine Turbine auf, die ausgebildet ist, um Abgase aus dem Auslasssystem aufzunehmen. Die Turbine weist Turbinenschaufeln und Flügel auf, die bezüglich der Turbinenschaufeln beweglich sind. Das System umfasst auch ein Steuermodul, das mit dem VGT und dem Verbrennungsmotor in Verbindung steht. Das Steuermodul ist ausgebildet, um das Folgende auszuführen: Empfangen einer Abgasbremsdrehmomentanforderung; Ermitteln von Ziel-Pumpverlusten in dem Verbrennungsmotor mittels des Steuermoduls basierend auf der Abgasbremsdrehmomentanforderung; Ermitteln eines Ziel-Abgasdrucks in dem Auslasssystem mittels des Steuermoduls basierend auf den Ziel-Pumpverlusten; und Ermitteln einer Ziel-Flügelposition der Flügel mittels des Steuermoduls basierend auf dem Ziel-Abgasdruck. Die Ziel-Flügelposition liefert ein Abgasbremsdrehmoment in Übereinstimmung mit der Abgasbremsdrehmomentanforderung.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Fahrzeugs;
2 ist eine schematische Vorderansicht einer Turbine eines Turboladers mit variabler Geometrie des Fahrzeugs, das in 1 gezeigt ist;
3 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Ermitteln einer Abgasbremsdrehmomentkapazität des Fahrzeugs, das in 1 gezeigt ist; und
4 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern eines Abgasbremsens in dem Fahrzeug, das in 1 gezeigt ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ein Abgasbremsen kann ausgeführt werden, indem eine Kraftstoffzufuhr für Zylinder eines Motors abgeschaltet wird und indem ein Auslasspfad aus dem Motor abgeriegelt wird, wodurch bewirkt wird, dass Abgase in einem Auslasskrümmer des Motors und in den Zylindern des Motors komprimiert werden. Das Abgasbremsen kann ausgeführt werden, wenn ein Fuß eines Fahrzeugbedieners von einem Gaspedal oder einer beliebigen anderen geeigneten Einrichtung entfernt wird. Wenn der Motor mit einem VGT ausgestattet ist, kann der Auslasspfad aus dem Motor abgeriegelt werden, indem die Position von Flügeln in dem VGT angepasst wird. Da das Abgas komprimiert wird und die Kraftstoffzufuhr für die Zylinder abgeschaltet ist, erzeugt der Motor ein negatives Bremsdrehmoment, wodurch das Fahrzeug verlangsamt wird. Der Begriff „negatives Bremsdrehmoment“ steht für das Drehmoment, das die Motordrehzahl verringern kann. Das negative Bremsdrehmoment kann durch Abgasbremsen, Nebenaggregatslasten, mechanische Reibung in dem Motor und Pumpverluste erzeugt werden. Wie hierin verwendet, steht der Begriff „Nebenaggregatsverluste“ für die negative Arbeit, die durch Nebenaggregate erzeugt wird, die durch einen Motor angetrieben werden. In dieser Offenbarung steht der Begriff „Abgasbremsdrehmoment“ für das negative Bremsdrehmoment, das durch das Abgasbremsen erzeugt wird. Während des Abgasbremsens werden die Pumpverluste aufgrund des Gegendrucks erhöht, der in der Verbrennungskammer des Motors erzeugt wird. Der Betrag des Abgasbremsdrehmoments, das durch den Motor erzeugt wird, ist zu dem Gegendruck in dem Motor direkt proportional.
In Fahrzeugen, die das Abgasbremsen verwenden, ist es wichtig, die Abgasbremsdrehmomentkapazität eines Motorsystems zu ermitteln. Der Begriff „Abgasbremskapazität“ ist der Betrag des negativen Bremsdrehmoments, das der Motor erzeugen kann, wenn die Kraftstoffzufuhr für die Zylinder des Motors abgeschaltet ist und die Flügelposition des Turboladers derart eingestellt ist, dass sich ein maximal zulässiges Abgasbremsen ergibt. Das Verfahren und das System der vorliegenden Offenbarung können die Abgasbremsdrehmomentkapazität ermitteln und das Abgasbremsen in einem Motorsystem steuern.
Wie vorstehend diskutiert wurde, kann der Auslasspfad aus dem Motor in einem Fahrzeug mit einem Turbolader mit variabler Geometrie abgeriegelt werden, indem die Position der Flügel in dem Turbolader eingestellt wird. Es ist daher wichtig zu ermitteln, wie der Flügel bezüglich der Turbine positioniert sein sollte, um das negative Bremsdrehmoment zu erreichen, das durch einen Fahrzeugbediener oder durch ein Tempomatsystem angefordert wird. Die Systeme und Verfahren der vorliegenden Offenbarung können die Flügelposition ermitteln, die erforderlich ist, um ein gewünschtes negatives Bremsdrehmoment zu erreichen.
Nun auf 1 Bezug nehmend, weist das Fahrzeug 98 ein Motorsystem 100 auf. Das Motorsystem 100 kann einfach als ein System bezeichnet werden, und es umfasst einen Verbrennungsmotor 102. Während des Betriebs verbrennt der Verbrennungsmotor 102 ein Luft/Kraftstoff-Gemisch, um ein Antriebsdrehmoment für das Fahrzeug 98 zu erzeugen. Der Betrag des Antriebsdrehmoments, das durch den Motor 102 erzeugt wird, basiert auf einem Eingabesignal von einem Bediener-Eingabemodul 104. Der Begriff „Bediener-Eingabemodul“ steht für ein Steuermodul, das in der Lage ist, Eingaben eines Fahrzeugbedieners aufzunehmen und Signale, welche eine solche Eingabe des Bedieners angeben, für eine andere Komponente des Fahrzeugs 98 zu erzeugen, wie beispielsweise für den Verbrennungsmotor 102. Das Bediener-Eingabemodul 104 kann ein Steuermodul sein. Die Begriffe „Steuermodul“, „Modul“, „Controller“, „Steuereinheit“, „Prozessor“ und ähnliche Ausdrücke stehen für eine beliebige oder verschiedene Kombinationen eines anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreises (ASIC) oder mehrerer anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreise, eines elektronischen Schaltkreises oder mehrerer elektronischer Schaltkreise, einer zentrale Verarbeitungseinheit oder mehrerer zentraler Verarbeitungseinheiten (vorzugsweise ein Mikroprozessor bzw. Mikroprozessoren) und eines zugeordneten Speichers und einer zugeordneten Archivierung (Festwertspeicher, programmierbarer Festwertspeicher, Arbeitsspeicher, Festplatte usw.), die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, eines Schaltkreises der Schaltungslogik oder mehrerer Schaltkreise der Schaltungslogik, einer oder mehrerer Eingabe/Ausgabe-Schaltung(en) und -Einrichtungen, geeigneter Signalkonditionierungs- und Pufferschaltungen sowie anderer geeigneter Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Wie hierin verwendet, weist ein „Steuermodul“ einen Satz von Steueralgorithmen auf, die residente Softwareprogrammanweisungen und Kalibrierungen umfassen, die in einem Speicher gespeichert sind und ausgeführt werden, um die gewünschten Funktionen bereitzustellen. Die Algorithmen werden vorzugsweise während voreingestellter Schleifenzyklen ausgeführt. Die Algorithmen werden beispielsweise von der zentralen Verarbeitungseinheit ausgeführt und dienen dazu, Eingaben von den Detektionseinrichtungen und anderen Steuermodulen im Netzwerk zu überwachen sowie Steuer- und Diagnoseroutinen auszuführen, um den Betrieb von Aktuatoren zu steuern. Die Schleifenzyklen können während des laufenden Motor- und Fahrzeugbetriebs in regelmäßigen Intervallen ausgeführt werden, beispielsweise jede 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden. Alternativ können die Algorithmen in Ansprechen auf ein Auftreten eines Ereignisses ausgeführt werden.
Das Bediener-Eingabemodul 104 steht mit dem Verbrennungsmotor 102 in elektronischer Verbindung. Das Eingabesignal, das durch das Bediener-Eingabemodul 104 erzeugt und durch den Verbrennungsmotor 102 empfangen wird, kann auf einer Position eines Gaspedals oder einer beliebigen anderen geeigneten Anwendungseinrichtung basieren. Das Eingabesignal, das durch das Bediener-Eingabemodul 104 erzeugt wird, kann auch auf einem Tempomatsystem 196 basieren. Der Begriff „Tempomatsystem“ steht für ein adaptives System, das in der Lage ist, eine Anwendungseinrichtung für eine Drehmomentanforderung, wie beispielsweise ein Gaspedal, zum Steuern einer Fahrzeuggeschwindigkeit einzustellen. Da das Abgasbremsen verwendbar sein kann, um eine Fahrzeuggeschwindigkeit aufrecht zu erhalten, die durch den Fahrzeugbediener mittels des Tempomatsystems vorbestimmt wird, kann das Abgasbremsen des Motorsystems 100 basierend auf einem Eingabesignal, das von dem Bediener-Eingabemodul 104 empfangen wird, aktiviert oder deaktiviert werden.
Das Motorsystem 100 kann ein Tempomatsystem 196 umfassen, das mit einem Motorsteuermodul (ECM) 114 in elektronischer Verbindung steht. Das Tempomatsystem 196 kann eine Anwendungseinrichtung für eine Drehmomentanforderung, wie beispielsweise ein Gaspedal, zum Steuern einer Fahrzeuggeschwindigkeit einstellen.
Wie vorstehend diskutiert wurde, kann das Abgasbremsen auch aktiviert werden, wenn ein Fahrzeugbediener ein Gaspedal oder eine beliebige andere geeignete Beschleunigungs-Anwendungseinrichtung loslässt. Wie ebenso vorstehend diskutiert wurde, kann das Eingabesignal, das durch das Bediener-Eingabemodul 104 erzeugt und durch den Verbrennungsmotor 102 empfangen wird, auf einer Position eines Gaspedals oder einer beliebigen anderen geeigneten Anwendungseinrichtung basieren. Somit kann das Bediener-Eingabemodul 104 ein Eingabesignal erzeugen, das als Abgasbremsdrehmomentanforderung bezeichnet wird, wenn ein Fahrzeugbediener das Gaspedal oder eine beliebige andere geeignete Beschleunigungs-Anwendungseinrichtung loslässt. Wie hierin verwendet, steht der Begriff „Abgasbremsdrehmomentanforderung“ für eine Anforderung eines Fahrzeugbedieners oder eines Tempomatsystems, das Abgasbremsen in dem Motorsystem 100 zum Erreichen eines negativen Bremsdrehmoments zu aktivieren, das vom Fahrzeugbediener gewünscht wird oder durch das Tempomatsystem ermittelt wird. Das Bremsdrehmoment, das durch den Fahrzeugbediener angefordert wird, ist gleich den Pumpverlusten, der mechanischen Reibung und den Nebenaggregatsverlusten des Motors.
Das Fahrzeug 98 kann einen Abgasbremsindikator 106 aufweisen, der einem Fahrzeugbediener anzeigen kann, ob das Abgasbremsen aktiviert oder deaktiviert ist. In dieser Offenbarung steht der Begriff „Abgasbremsindikator“ für eine Einrichtung, die eine Nachricht für einen Fahrzeugbediener liefern kann. Der Abgasbremsindikator 106 kann beispielsweise in der Lage sein, eine sichtbare Nachricht (z.B. einen Text), eine hörbare Nachricht (z.B. einen Ton), eine fühlbare Nachricht (z.B. eine Vibration) oder eine Kombination von diesen zu liefern.
Zusätzlich zu dem Abgasbremsindikator 106 weist das Fahrzeug 98 ein Einlasssystem 108 auf. Während des Betriebs des Motorsystems 100 wird Einlassluft 109 durch das Einlasssystem 108 in den Motor 102 angesaugt. Das Einlasssystem 108 umfasst einen Einlasskrümmer 110 und ein Drosselventil 112. Das Drosselventil 112 kann beispielsweise eine Drosselklappe mit einem drehbaren Blatt umfassen. Das Motorsystem 100 umfasst ferner ein Drossel-Aktuatormodul 116, das in der Lage ist, das Öffnen und Schließen des Drosselventils 112 zu regeln, um die Menge an Einlassluft 109 zu steuern, die in den Einlasskrümmer 110 angesaugt wird. Somit steht der Begriff „Drossel-Aktuatormodul“ für ein Steuermodul, das den Betrieb des Drosselventils 112 steuern kann.
Das Fahrzeug 98 weist ferner das ECM 114 auf, das mit dem Drossel-Aktuatormodul 116 und dem Verbrennungsmotor 102 in elektrischer Verbindung steht. Das ECM 114 kann den Betrieb des Drossel-Aktuatormoduls 116 steuern. Somit steht der Begriff „ECM“ für ein Steuermodul, das den Betrieb des Verbrennungsmotors 102 steuern kann.
Der Verbrennungsmotor 102 definiert einen oder mehrere Zylinder 118 und Kolben (nicht gezeigt), die in den Zylindern 118 beweglich sind. Der Kolben ist mit einer Kurbelwelle verbunden. Im Betrieb des Verbrennungsmotors 102 wird die Hubbewegung der Kolben entlang der Zylinder 118 in eine Drehung der Kurbelwelle übersetzt, um ein Drehmoment für das Fahrzeug 98 zu liefern. Gemäß einem nicht einschränkenden Beispiel kann der Verbrennungsmotor 102 unter Verwendung eines Viertaktzyklus arbeiten. Der Begriff „Takt“ steht für eine Aktion eines Kolbens, der sich entlang der vollen Länge des Zylinders 118 des Verbrennungsmotors 102 bewegt. Bei einem Viertaktzyklus werden die Kolbentakte als der Einlasstakt, der Kompressionstakt, der Verbrennungstakt und der Auslasstakt bezeichnet. Während jeder Umdrehung einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) treten zwei der vier Takte in den Zylinder 118 auf. Daher sind zwei Kurbelwellenumdrehungen notwendig, damit der Zylinder 118 alle vier Takte durchläuft.
Das Motorsystem 100 kann auch ein Einlassventil 122 aufweisen, das in der Lage ist, die Strömung der Einlassluft von dem Einlasskrümmer 110 zu den Zylindern 118 zu steuern. Das Einlassventil 122 kann sich beispielsweise zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position bewegen. Während des Einlasstakts des Verbrennungsmotors 102 bewegt sich das Einlassventil 122 von der geschlossenen Position in die offene Position, um zu ermöglichen, dass Luft aus dem Einlasskrümmer 110 in den Zylinder 118 angesaugt wird.
Während des Verbrennungstakts des Kolbens des Verbrennungsmotors 102 treibt die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemischs den Kolben abwärts, wodurch die Kurbelwelle angetrieben wird. Der Verbrennungstakt kann als die Zeit zwischen dem Erreichen des TDC durch den Kolben und der Zeit definiert sein, zu welcher der Kolben zu einem unteren Totpunkt (BDC) zurückkehrt. Nach dem Verbrennungstakt bewegt sich der Kolben des Verbrennungsmotors 102 von dem BDC aus aufwärts, und er stößt die Nebenprodukte der Verbrennung aus dem Zylinder 118 aus. Die Nebenprodukte der Verbrennung werden als ein Abgas oder Abgase 135 bezeichnet. Die Bewegung des Kolbens, welche die Nebenprodukte der Verbrennung aus dem Zylinder 118 ausstößt, wird als ein Auslasstakt bezeichnet. Um das Abgas 135 auszustoßen, weist der Verbrennungsmotor 102 ein Auslassventil 130 auf. Während des Auslasstakts bewegt sich das Auslassventil 130 von einer geschlossenen Position in eine offene Position, um zu ermöglichen, dass das Abgas 135 den Zylinder 118 verlässt. Das Motorsystem 100 umfasst ein Auslasssystem 134, das über das Auslassventil 130 mit dem Verbrennungsmotor 102 in fluidtechnischer Verbindung steht. Das Auslasssystem 134 kann das Abgas 135 aus dem Fahrzeug herausleiten.
Der Verbrennungsmotor 102 kann zusätzlich eine Auslassnockenwelle 142 zum Steuern des Auslassventils 130 und eine Einlassnockenwelle 140 zum Steuern des Einlassventils 122 aufweisen. Es wird in Betracht gezogen, dass mehrere Einlassnockenwellen (einschließlich der Einlassnockenwelle 140) mehrere Einlassventile (einschließlich des Einlassventils 122) für den Zylinder 118 steuern können. Auf ähnliche Weise können mehrere Auslassnockenwellen (einschließlich der Auslassnockenwelle 142) mehrere Auslassventile für den Zylinder 118 steuern.
Die Zeit, zu der das Einlassventil 122 und das Auslassventil 130 geöffnet werden, kann bezüglich der Zeit variiert werden, zu welcher der Kolben die TDC-Position erreicht. Um dies auszuführen, kann das Motorsystem 100 einen Einlass-Nockenphasensteller 148 und einen Auslass-Nockenphasensteller 150 umfassen. Der Einlass-Nockenphasensteller 148 ist ausgebildet, um die Zeit einzustellen, zu der das Einlassventil 122 geöffnet wird, während der Auslass-Nockenphasensteller 150 ausgebildet ist, um die Zeit einzustellen, zu der das Auslassventil 130 geöffnet wird. Das Motorsystem 100 kann ferner ein Ventil-Aktuatormodul 158 umfassen, das den Einlass- und den Auslass-Nockenphasensteller 148, 150 basierend auf Signalen von dem ECM 114 steuern kann. Somit steht der Begriff „Ventil-Aktuatormodul“ für ein Steuermodul, das in der Lage ist, den Betrieb des Einlass-Nockenphasenstellers 148 und des Auslass-Nockenphasenstellers 150 zu steuern.
Das Motorsystem 100 kann eine Ladedruckeinrichtung umfassen, die unter Druck stehende Luft an den Einlasskrümmer 110 liefert. Der Begriff „Ladedruckeinrichtung“ steht für eine Einrichtung, die in der Lage ist, dem Einlasskrümmer 110 unter Druck stehende Luft zuzuführen. Ein Beispiel einer Ladedruckeinrichtung ist ein Turbolader 159. Der Turbolader 159 ist Teil des Motorsystems 100 und weist eine Turbine 160 auf, die durch heiße Abgase 135 angetrieben wird, die durch das Auslasssystem 134 strömen. Der Turbolader 159 weist auch einen Luftkompressor 161 auf, der durch die Turbine 160 angetrieben wird und Einlassluft 109 komprimiert, die in Richtung des Drosselventils 112 strömt.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Turbolader 159 ein Turbolader mit variabler Geometrie (VGT). Dementsprechend kann der Turbolader 159 als der VGT bezeichnet werden. Das ECM 114 kann den Turbolader 159 mittels eines VGT-Aktuatormoduls 164 steuern. Der Begriff „VGT-Aktuatormodul“ steht für ein Steuermodul, das in der Lage ist, den Betrieb des Turboladers 159 zu steuern. Somit steht der Turbolader 159 mit dem ECM 114 in Verbindung. Das VGT-Aktuatormodul 164 kann den Ladedruck des Turboladers 159 modulieren, indem die Position eines oder mehrerer Flügel 167 (2) in dem Turbolader 159 gesteuert und eingestellt wird. Es ist vorgesehen, dass das VGT-Aktuatormodul 164 Aktuatoren aufweisen kann, wie beispielsweise Elektromotoren und Wellen, um die Position der Flügel 167 des Turboladers 159 einzustellen.
Unter Bezugnahme auf 2 weist die Turbine 160 des VGT 159 ein Trägerelement 162 auf, wie beispielsweise eine Platte oder einen Ring, welches Teil eines Turbinengehäuses (nicht gezeigt) sein kann. Die Turbine 160 weist ferner mehrere Turbinenschaufeln 163 auf, die um eine Welle 165 des Turboladers 159 herum befestigt sind. Während des Betriebs der Turbine 160 strömt das Abgas 135 (1) in Richtung der Turbinenschaufeln 163 und bewirkt, dass sich die Turbinenschaufeln 163 drehen. Infolgedessen dreht sich die Welle 165 des Turboladers 159 ebenso. Die Turbine 160 weist ferner mehrere einstellbare Flügel 167 auf, die umlaufend um die Turbinenschaufeln 163 herum angeordnet sind. Die einstellbaren Flügel 167 sind drehbar mit dem Trägerelement 162 gekoppelt. Die Turbine 160 kann beispielsweise mehrere Befestigungselemente 169 aufweisen, wie beispielsweise Stifte, welche die Flügel 167 drehbar mit dem Trägerelement 162 koppeln. Die Befestigungselemente 169 können ermöglichen, dass sich die Flügel 167 relativ zu dem Trägerelement 162 in einer ersten Drehrichtung R1 und einer zweiten Drehrichtung R2 drehen, die der ersten Drehrichtung R1 entgegengesetzt ist. Dementsprechend können sich die Flügel 167 gleichzeitig bezüglich des Trägerelements 162 oder der Turbinenschaufeln 163 zwischen einer vollständig offenen Position (d.h. minimalen Flügelposition) und einer vollständig geschlossenen Position (d.h. maximalen Flügelposition) bewegen, um die Strömung des Abgases 135 in Richtung der Turbinenschaufeln 163 zu steuern. In der vollständig geschlossenen Position verhindern die einstellbaren Flügel 167, dass das Abgas 135 in Richtung der Turbinenschaufeln 163 strömt. Umgekehrt ermöglichen die einstellbaren Flügel 167 in der vollständig offenen Position, dass eine maximale Menge an Abgas 135 in Richtung der Turbinenschaufeln 163 strömt.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 kann die Bewegung der Flügel 167 durch das VGT-Aktuatormodul 164 (1) gesteuert werden. Die Position der Flügel 167 in dem Turbolader 159 kann unter Verwendung eines Flügelpositionssensors (VPS) 166 (1) ermittelt oder detektiert werden.
Unter weiterer Bezugnahme auf 1 kann das Motorsystem 100 abgesehen von dem VPS 166 andere Sensoren umfassen. Beispielsweise kann das Motorsystem 100 einen Kurbelwellen-Positionssensor (CKP-Sensor) 180 zum Ermitteln oder Detektieren der Position der Kurbelwelle (nicht gezeigt) umfassen. Zusätzlich kann das Motorsystem 100 einen Motorkühlmittel-Temperatursensor (ECT-Sensor) 182 zum Ermitteln der Temperatur des Motorkühlmittels umfassen. Der ECT-Sensor 182 kann in dem Motor 102 oder an anderen Orten angeordnet sein, an denen das Kühlmittel zirkuliert, wie beispielsweise in einem Kühler (nicht gezeigt).
Das Motorsystem 100 kann zusätzlich einen Krümmerabsolutdrucksensor (MAP-Sensor) 184 umfassen, um den Luftdruck in dem Einlasskrümmer 110 zu ermitteln. Darüber hinaus kann das Motorsystem 100 einen Luftmassenströmungssensor (MAF-Sensor) 186 umfassen, um die Massenströmungsrate der Luft zu messen, die in den Einlasskrümmer 110 strömt. Der MAF-Sensor 186 kann in einem Gehäuse angeordnet sein, welches auch das Drosselventil 112 umfasst.
Zusätzlich zu dem MAF-Sensor kann das Motorsystem 100 einen Abgasdrucksensor (EXP-Sensor) 188 umfassen, um den Druck des Abgases 135 in dem Auslasssystem 134 zu messen. Der EXP-Sensor 188 kann mehrere Sensoren umfassen, die den Druck stromaufwärts und stromabwärts eines Partikelfilters (nicht gezeigt) messen, der in das Auslasssystem 134 eingebunden ist. Bei der dargestellten Ausführungsform kann der EXP-Sensor 188 den Druck des Abgases 135 messen, das bereits durch die Turbine 160 hindurchgetreten ist. Mit anderen Worten misst der EXP-Sensor 188 den Abgasdruck stromabwärts der Turbine 160. Das Motorsystem 100 umfasst auch einen Abgastemperatursensor (EXT-Sensor) 189, um die Temperatur des Abgases 135 in dem Auslasssystem 134 zu messen. Der EXP-Sensor 188 und der EXT-Sensor 189 können stromabwärts der Turbine 160 des Turboladers angeordnet sein.
Wie vorstehend diskutiert wurde, kann das Motorsystem 100 ein Drossel-Aktuatormodul 116 umfassen, das in der Lage ist, das Öffnen und Schließen des Drosselventils 112 zu regeln, um die Menge an Einlassluft 109 zu steuern, die in den Einlasskrümmer 110 angesaugt wird. Das Motorsystem 100 umfasst auch einen Drosselpositionssensor (TPS) 190, der mit dem Drossel-Aktuatormodul 116 in elektronischer Verbindung steht. Der TPS 190 kann die Position des Drosselventils 112 ermitteln oder detektieren. Dementsprechend kann das Drossel-Aktuatormodul 116 die Position des Drosselventils 112 basierend auf Eingangssignalen von dem TPS 190 überwachen.
Das Motorsystem 100 kann auch einen Einlassluft-Temperatursensor (IAT-Sensor) 192 umfassen, der mit dem ECM 114 in elektronischer Verbindung steht. Der IAT-Sensor 192 kann die Temperatur der Luft 109 in dem Einlasssystem 108 messen. Dementsprechend kann das ECM 114 die Temperatur der Luft 109 in dem Einlasssystem 108 basierend auf Eingangssignalen von dem IAT 192 überwachen. Das ECM 114 kann Signale der Sensoren verwenden, um Steuerentscheidungen für das Motorsystem 100 zu treffen. Das ECM 114 kann mit einem Getriebesteuermodul (TCM) 194 in Verbindung stehen, um Gangwechsel in einem Getriebe (nicht gezeigt) abzustimmen. Beispielsweise kann das ECM 114 das Motordrehmoment während eines Gangwechsels verringern.
Das ECM 114 kann als ein Steuermodul bezeichnet werden, welches das Abgasbremsen basierend auf der Fahrereingabe von dem Bediener-Eingabemodul 104 und/oder unabhängig von der Gaspedalposition aktivieren und deaktivieren kann. Beispielsweise kann das ECM 114 das Abgasbremsen aktivieren oder deaktivieren, wenn ein Fahrzeugbediener einen Knopf drückt. Das ECM 114 gibt ein Signal aus, das angibt, ob das Abgasbremsen aktiviert ist.
Das ECM 114 kann auch beispielsweise basierend auf dem Getriebezustand, der Motorkühlmitteltemperatur und/oder der Detektion von Störungen in dem Getriebe oder in der Abgasbremshardware ermitteln, ob das Abgasbremsen verfügbar ist. Der Begriff „Abgasbremsen-Verfügbarkeitsmodul“ steht daher für ein Modul, das ermittelt kann, ob das Abgasbremsen verfügbar ist. Das ECM 114 kann ermitteln, dass das Abgasbremsen nicht verfügbar ist, wenn sich das Getriebe nicht im Fahrzustand befindet (d.h., dass sich das Getriebe im Park- oder Neutral-Zustand befindet), was angibt, dass es nicht in der Lage ist, ein Drehmoment von dem Motor 102 zu Rädern (nicht gezeigt) zu übertragen. Das ECM 114 kann ermitteln, dass das Abgasbremsen nicht verfügbar ist, wenn die Motorkühlmitteltemperatur außerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs liegt (z.B. größer als 30 Grad Celsius (°C) ist). Der vorbestimmte Temperaturbereich kann derart ausgewählt werden, dass sichergestellt wird, dass die Temperatur des Öls in dem Motor 102 für eine Schmierung und, wenn der Turbolader 159 mit Öl betätigt wird, zum Steuern des Turboladers 159 ausreichend ist.
Das ECM 114 kann ermitteln, das das Abgasbremsen nicht verfügbar ist, wenn eine Störung in dem Getriebe oder in der Abgashardware detektiert wird. Wie hierin verwendet, steht der Begriff „Abgasbremshardware“ für Komponenten des Auslasssystems 134, die gemeinsam ermöglichen, dass das Fahrzeug 98 ein Abgasbremsen bewirkt. Gemäß einem nicht einschränkenden Beispiel kann die Abgasbremshardware den Turbolader 159, den VPS 166, den EXP-Sensor 188, den EXT-Sensor 189 und andere Hardwarekomponenten umfassen, die verwendet werden, um ein Abgasbremsen zu bewirken. Das ECM 114 kann basierend auf einer Eingabe von dem TCM 194 den Getriebezustand ermitteln und ermitteln, ob eine Störung in dem Getriebe detektiert wird. Eine Störung kann in dem Getriebe beispielsweise detektiert werden, wenn die Ausgabe eines Positionssensors für eine Getriebegang-Auswahleinrichtung (nicht gezeigt) außerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt.
Das ECM 114 gibt ein Signal aus, das angibt, ob das Abgasbremsen verfügbar ist. Das ECM 114 kann das Abgasbremsen nicht aktivieren, wenn das Abgasbremsen nicht verfügbar ist. Zusätzlich kann das ECM 114 den Abgasbremsindikator 106 aktivieren, wenn das Abgasbremsen nicht verfügbar ist. Der Abgasbremsindikator 106 kann wiederum eine Rückmeldung an den Fahrzeugbediener liefern, dass das Abgasbremsen nicht verfügbar ist.
3 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 300 zum Ermitteln der Abgasbremskapazität des Motorsystems 100. Wie vorstehend festgestellt wurde, ist der Begriff „Abgasbremskapazität“ der Betrag des negativen Bremsdrehmoments, den der Motor erzeugen kann, wenn die Kraftstoffzufuhr zu den Zylindern des Motors abgeschaltet ist und die Flügelposition des Turboladers derart eingestellt ist, dass ein maximal zulässiges Abgasbremsen erreicht wird. Das Verfahren 300 kann durch das ECM 114 oder durch ein beliebiges anderes geeignetes Steuermodul oder beliebige andere geeignete Steuermodule ausgeführt werden.
Unter weiterer Bezugnahme auf 3 beginnt das Verfahren 300 bei Schritt 302. Schritt 302 umfasst das Ermitteln einer maximalen Flügelposition der Flügel 167 des Turboladers 159. Der Begriff „maximale Flügelposition“ steht für eine Winkelposition der Flügel 167 bezüglich der Turbinenschaufeln 163, welche das maximal zulässige Abgasbremsen liefert. Beispielsweise kann die maximale Flügelposition der Flügel 167 eine Flügelposition sein, bei der die Flügel 167 (2) vollständig geschlossen sind. In der vollständig geschlossenen Position blockieren die Flügel 167 die Strömung des Abgases 135 (1) in Richtung der Turbinenschaufeln 163 (2) der Turbine 160 vollständig. Informationen bezüglich der maximalen Flügelposition können bereits in dem ECM 114 gespeichert sein. Nach dem Ermitteln der maximalen Flügelposition fährt das Verfahren 300 bei Schritt 304 fort.
Schritt 304 umfasst, dass eine Motordrehzahl des Verbrennungsmotors 102 ermittelt wird. Das ECM 114 kann die Motordrehzahl basierend auf der Eingabe von dem CKP-Sensor 180 ermitteln. Nach dem Ermitteln der Motordrehzahl fährt das Verfahren bei Schritt 306 fort.
Schritt 306 umfasst das Ermitteln der Abgastemperatur in dem Auslasssystem 134. Das ECM 114 kann die Temperatur des Abgases 135 in dem Auslasssystem 134 basierend auf einer Eingabe von dem Abgastemperatursensor (EXT-Sensor) 189 ermitteln und überwachen. Anschließend schreitet das Verfahren 300 zu Schritt 308 voran.
Schritt 308 umfasst das Ermitteln des Drucks des Abgases 135 stromabwärts der Turbine 160. Somit umfasst Schritt 308 das Ermitteln des Abgasdrucks stromabwärts der Turbine 160. Der Abgasdruck stromabwärts der Turbine 160 kann unter Verwendung des EXP-Sensors 188 gemessen werden. Das ECM 114 kann den Abgasdruck stromabwärts der Turbine 160 basierend auf einer Eingabe von dem EXP-Sensor 188 überwachen und ermitteln. Das Verfahren 300 schreitet anschließend zu Schritt 310 voran.
Schritt 310 umfasst das Ermitteln des Abgasdrucks stromaufwärts der Turbine 160 basierend auf der maximalen Flügelposition, die bei Schritt 302 ermittelt wird, der Motordrehzahl, die bei Schritt 304 ermittelt wird, der Abgastemperatur, die bei Schritt 306 ermittelt wird, und dem Abgasdruck stromabwärts der Turbine 160, der bei Schritt 308 ermittelt wird. Somit ist der Druck des Abgases 135 stromaufwärts der Turbine 160 (d.h. des Abgases, das in die Turbine 160 eintritt) eine Funktion der maximalen Flügelposition, die bei Schritt 302 ermittelt wird, der Motordrehzahl, die bei Schritt 304 ermittelt wird, der Abgastemperatur, die bei Schritt 306 ermittelt wird, und des Abgasdrucks stromabwärts der Turbine 160, der bei Schritt 308 ermittelt wird. Der Abgasdruck stromaufwärts der Turbine 160 kann anhand von Datensätzen abgeleitet werden, die in dem ECM 114 gespeichert sind. Das ECM 114 kann die folgenden Gleichungen verwenden, um den Abgasdruck stromaufwärts der Turbine 160 zu ermitteln: $P_{exhaust} = β /P;$
wobei:

P_exhaust der Abgasdruck stromaufwärts der Turbine 160 ist;
β der Druckverhältniskoeffizient der Turbine 160 ist; und
P_down der Abgasdruck stromabwärts der Turbine 160 ist.

{\dot{m}}_{c} = {\dot{m}}_{t u r b i n e} \cdot \frac{\sqrt{287 \cdot T}}{P_{2}}

ṁ_c ein Strömungsratenfaktor ist;
ṁ_turbine die gemessene Massenströmungsrate durch die Turbine 160 ist (d.h. Luftströmung plus Kraftstoffströmung);
T die Abgastemperatur stromaufwärts der Turbine 160 ist; und
P₂ der geschätzte Absolutdruck am Turbinenauslass ist.

Der Druckverhältniskoeffizient β, der in Gleichung A verwendet wird, kann aus einer Nachschlagetabelle entnommen werden, die durch die Flügelposition des Turboladers 159 und den Strömungsratenfaktor ṁ_c indiziert ist. Die Gleichung B kann verwendet werden, um den Strömungsratenfaktor ṁ_c zu ermitteln. Nach dem Ermitteln des Abgasdrucks stromaufwärts der Turbine 160 bei Schritt 310 fährt das Verfahren 300 bei Schritt 312 fort.
Bei Schritt 312 kann der Abgasdruck stromaufwärts der Turbine 160 (wie er bei Schritt 310 ermittelt wird) basierend auf einer Hardwarebeschränkung des Auslasssystems 134 begrenzt werden. Beispielsweise sollte der Abgasdruck keine Drücke überschreiten, welche die Turbine 160 für ihren beabsichtigten Zweck nicht mehr betriebsfähig machen. Dementsprechend umfasst Schritt 312 das Begrenzen des Abgasdrucks stromaufwärts der Turbine 160 auf einen maximalen Abgasdruck angesichts der Hardwarebeschränkung des Auslasssystems 134 und der maximalen Flügelposition. Somit umfasst Schritt 312 das Ermitteln des maximalen Abgasdrucks in dem Auslasssystem 134 basierend auf der maximalen Flügelposition und der Hardwarebeschränkung. Nach dem Ermitteln des maximalen Abgasdrucks schreitet das Verfahren 300 zu Schritt 314 voran.
Schritt 314 umfasst das Ermitteln des Drucks der Einlassluft 109, die in die Zylinder des Motors 102 eintritt (d.h. das Ermitteln des Ladedrucks). Der Einlassluftdruck beim Eintreten in die Zylinder des Motors 102 kann dem Einlassluftdruck in dem Einlasskrümmer 110 gleich sein. Dementsprechend kann der Druck in dem Einlasskrümmer 110 unter Verwendung des MAP-Sensors 184 gemessen werden. Mit anderen Worten kann das ECM 114 den Druck der Einlassluft 109, die in die Zylinder des Motors 102 eintritt, basierend auf der Eingabe von dem MAP-Sensor 184 ermitteln und überwachen. Somit umfasst Schritt 314 das Ermitteln des Einlassluftdrucks in dem Einlasskrümmer 110. Als Nächstes schreitet das Verfahren zu Schritt 316 voran.
Schritt 316 umfasst das Ermitteln der maximalen Pumpverluste des Verbrennungsmotors 102. Der Begriff „Pumpverluste“ steht für die an einem Motor verrichtete negative Arbeit. Der Begriff „maximale Pumpverluste“ ist der Betrag der Pumpverluste, die während eines Abgasbremsprozesses erzeugt werden, wenn die Kraftstoffzufuhr für die Zylinder des Motors 102 abgeschaltet ist und die Flügelposition des Turboladers 159 zum Erreichen des maximal zulässigen Abgasbremsens eingestellt ist. Die maximalen Pumpverluste des Motors 102 können in ein Drehmoment übersetzt werden, um die Abgasbremskapazität zu ermitteln. Wie vorstehend diskutiert wurde, steht der Begriff „Abgasbremskapazität“ für den Betrag des negativen Bremsdrehmoments, das der Motor erzeugen kann, wenn die Kraftstoffzufuhr für die Zylinder des Motors abgeschaltet ist und die Flügelposition des Turboladers 159 zum Erreichen des maximal zulässigen Abgasbremsens eingestellt ist. Die maximalen Pumpverluste können eine Funktion des maximalen Abgasdrucks, der bei Schritt 312 ermittelt wird, der Motordrehzahl, die bei Schritt 304 ermittelt wird, und des Einlassluftdrucks sein, der bei Schritt 314 ermittelt wird. Mit anderen Worten können die maximalen Pumpverluste auf der Motordrehzahl, dem maximalen Abgasdruck und dem Einlassluftdruck basieren. Dementsprechend können die maximalen Pumpverluste unter Verwendung der folgenden Gleichungen ermittelt werden: $W_{p u m p} = \int_{i n t a k e}^{e x h a u s t} p d V = ({\bar{p}}_{I n - C y l E x h} - {\bar{P}}_{I n t a k e}) \cdot V$
wobei:

W_pump die Pumpverluste sind;
P_In-CylExh der mittlere Abgasdruck ist, der die Druckverluste in dem Auslassventil berücksichtigt;
P_Intake der mittlere Einlassluftdruck ist, der die Druckverluste in dem Einlassventil berücksichtigt; und
V das Zylindervolumen des Motors 102 ist.

{\bar{P}}_{I n t a k e} = K 1 \cdot P_{I n t a k e}

R_Intake der mittlere Einlassluftdruck ist, der die Druckverluste in dem Einlassventil berücksichtigt;
P_Intake der Einlassluftdruck ist; und
K1 eine Konstante ist, die von der Motordrehzahl abhängt.

{\bar{P}}_{I n - C y l E x h} = K 2 \cdot P_{e x h a u s t}

R_In-CylExh der mittlere Abgasdruck ist, der die Druckverluste in dem Auslassventil berücksichtigt;
P_exhaust der Abgasdruck stromaufwärts der Turbine 160 ist; und
K2 eine Konstante ist, die von der Motordrehzahl abhängt.

4 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 400 zum Steuern eines Abgasbremsens in dem Fahrzeug 98. Das Verfahren beginnt bei Schritt 402. Bei Schritt 402 empfängt das ECM 114 eine Abgasbremsdrehmomentanforderung. Somit umfasst Schritt 402, dass eine Abgasbremsdrehmomentanforderung empfangen wird. Wie hierin verwendet, steht der Begriff „Abgasbremsdrehmomentanforderung“ für eine Anforderung eines Fahrzeugbedieners oder eines Tempomatsystems, ein Abgasbremsen in dem Motorsystem zu aktivieren, um ein negatives Bremsdrehmoment zu erreichen, das durch den Fahrzeugbediener gewünscht wird oder durch das Tempomatsystem ermittelt wird. Beispielsweise kann das ECM 114 eine Abgasbremsdrehmomentanforderung empfangen, wenn der Fahrzeugbediener einen Fuß vom Gaspedal oder einer beliebigen anderen geeigneten Beschleunigungs-Anwendungseinrichtung entfernt. Das Bremsdrehmoment, das durch den Fahrzeugbediener angefordert wird, kann gleich den Pumpverlusten, der mechanischen Reibung und den Nebenaggregatsverlusten des Motorsystems 100 sein. Das ECM 114 kann auch eine Abgasbremsdrehmomentanforderung empfangen, wenn das Gaspedal (oder eine beliebige andere geeignete Beschleunigungs-Anwendungseinrichtung) bei geringen Gaspedalwerten positioniert ist, beispielsweise dann, wenn sich das Fahrzeug im Leerlauf befindet oder von einer höheren Geschwindigkeit ausrollt. Nachdem das ECM 114 die Abgasbremsdrehmomentanforderung empfängt, schreitet das Verfahren 400 zu Schritt 404 voran.
Schritt 404 umfasst das Ermitteln der Ziel-Pumpverluste in dem Verbrennungsmotor 102 mittels des ECM 114 basierend auf der Abgasbremsdrehmomentanforderung. Der Begriff „Ziel-Pumpverluste“ steht für die Pumpverluste, die notwendig sind, um ein negatives Bremsdrehmoment in Übereinstimmung mit der Abgasbremsdrehmomentanforderung zu erzeugen. Mit anderen Worten ermittelt das ECM 114 bei Schritt 404 die Pumpverluste in dem Motor 102, die erforderlich sind, um die Bremsdrehmomentanforderung zu erreichen, die durch den Fahrzeugbediener oder das Tempomatsystem 196 angefordert wird. Das ECM 114 kann die Gleichungen C, D und E verwenden, um die Ziel-Pumpverluste zu ermitteln. Das Verfahren 400 schreitet anschließend zu Schritt 406 voran.
Schritt 406 umfasst das Vergleichen der Ziel-Pumpverluste mit den maximalen Pumpverlusten des Motors 102, die zuvor unter Verwendung des Verfahrens 300 ermittelt wurden. Speziell ermittelt das ECM 114, ob die Ziel-Pumpverluste kleiner als die verfügbaren maximalen Pumpverluste oder gleich diesen sind. Wenn die Ziel-Pumpverluste nicht kleiner als die maximalen Pumpverluste oder nicht gleich diesen sind, schreitet das Verfahren 400 anschließend zu Schritt 408 voran. Bei Schritt 408 begrenzt das ECM 114 die Ziel-Pumpverluste derart auf die verfügbaren maximalen Pumpverluste, dass die Ziel-Pumpverluste gleich den verfügbaren maximalen Pumpverlusten sind. Somit umfasst Schritt 408 das Begrenzen der Ziel-Pumpverluste auf die maximalen Pumpverluste des Verbrennungsmotors 102 mittels des ECM 114, wenn die Ziel-Pumpverluste größer als die maximalen Pumpverluste sind. Nach dem Begrenzen der Ziel-Pumpverluste auf die verfügbaren maximalen Pumpverluste schreitet das Verfahren 300 zu Schritt 410 voran. Wenn die Ziel-Pumpverluste kleiner als die verfügbaren maximalen Pumpverluste oder gleich diesen sind, fährt das Verfahren 400 anschließend bei Schritt 410 fort.
Schritt 410 umfasst das Ermitteln der Motordrehzahl. Das ECM 114 kann die Motordrehzahl basierend auf der Eingabe von dem CKP-Sensor 180 ermitteln. Nach dem Ermitteln der Motordrehzahl fährt das Verfahren bei Schritt 412 fort.
Schritt 412 umfasst das Ermitteln des Drucks der Einlassluft 109, die in die Zylinder des Motors 102 eintritt (d.h. das Ermitteln des Ladedrucks). Der Einlassluftdruck beim Eintritt in die Zylinder des Motors 102 kann gleich dem Einlassluftdruck in dem Einlasskrümmer 110 sein. Dementsprechend kann der Druck in dem Einlasskrümmer 110 unter Verwendung des MAP-Sensors 184 gemessen werden. Mit anderen Worten kann das ECM 114 den Druck der Einlassluft, die in die Zylinder des Motors 102 eintritt, basierend auf der Eingabe von dem MAP-Sensor 184 ermitteln. Als Nächstes schreitet das Verfahren zu Schritt 414 voran.
Schritt 414 umfasst das Ermitteln eines Ziel-Abgasdrucks stromaufwärts der Turbine 160 basierend auf der Motordrehzahl, die bei Schritt 410 ermittelt wird, dem Einlassluftdruck, der bei Schritt 412 ermittelt wird, und den Ziel-Pumpverlusten, die bei Schritt 404 ermittelt werden. Der Begriff „Ziel-Abgasdruck“ steht für den Druck des Abgases in dem Auslasssystem 134 stromaufwärts des VGT, welcher die Ziel-Pumpverluste ergeben würde. Der Ziel-Abgasdruck (d.h. der Druck des Abgases, das in die Turbine 160 eintritt) ist eine Funktion der Motordrehzahl, die bei Schritt 410 ermittelt wird, des Einlassluftdrucks, der bei Schritt 412 ermittelt wird, und der Ziel-Pumpverluste, die bei Schritt 404 oder bei Schritt 408 ermittelt werden. Der Ziel-Abgasdruck stromaufwärts der Turbine 160 kann aus Datensätzen entnommen werden, die in dem ECM 114 gespeichert sind. Das ECM 114 kann auch die Gleichungen A und B verwenden, um den Ziel-Abgasdruck stromaufwärts der Turbine 160 zu ermitteln. Somit umfasst Schritt 414 das Ermitteln des Ziel-Abgasdrucks in dem Auslasssystem 134 mittels des ECM 114 basierend auf den Ziel-Pumpverlusten. Als Nächstes schreitet das Verfahren 400 zu Schritt 416 voran.
Schritt 416 umfasst das Ermitteln der Abgastemperatur in dem Auslasssystem 134. Das ECM 114 kann die Temperatur des Abgases in dem Auslasssystem 134 basierend auf der Eingabe von Abgastemperatursensor (EXT-Sensor) 189 messen. Anschließend schreitet das Verfahren 400 zu Schritt 418 voran.
Schritt 418 umfasst das Ermitteln einer Ziel-Flügelposition der Turbine 160 mittels des ECM 114 basierend auf dem Ziel-Abgasdruck, der bei Schritt 414 ermittelt wird, der Motordrehzahl, die bei Schritt 410 ermittelt wird, und der Abgastemperatur, die bei Schritt 416 ermittelt wird. Der Begriff „Ziel-Flügelposition“ steht für eine Position der Flügel des Turboladers 159 (d.h. des VGT), welche die Strömung des Abgases in dem Auslasssystem derart einstellen würde, dass das Abgas stromaufwärts des Turboladers 159 einen Druck aufweist, der gleich dem Ziel-Abgasdruck ist. Somit ermittelt das ECM 114 bei Schritt 418 die Flügelposition, die das Bremsdrehmoment liefert, das durch den Fahrzeugbediener oder durch das Tempomatsystem 196 angefordert wird (d.h. die Ziel-Flügelposition). Mit anderen Worten umfasst Schritt 418 das Ermitteln der Ziel-Flügelposition der Flügel 167 mittels des ECM 114 in Übereinstimmung mit der Abgasbremsdrehmomentanforderung. Das Verfahren schreitet anschließend zu Schritt 420 voran.
Schritt 420 umfasst das Einstellen der Flügel des Turboladers 159 derart, dass die Flügel bei der Ziel-Flügelposition positioniert sind, die bei Schritt 418 ermittelt wird, um die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 98 zu verringern. Die Ziel-Flügelposition ist eine Winkelposition der Flügel 167 bezüglich der Turbinenschaufeln 163. Somit umfasst Schritt 420 das Einstellen der Flügel 167 des Turboladers 159 auf die Ziel-Flügelposition. Bei Schritt 420 kann das ECM 114 ein Anweisungssignal an das VGT-Aktuatormodul 164 senden. In Ansprechen auf dieses Anweisungssignal von dem ECM 114 stellt das VGT-Aktuatormodul 164 eine Position der einstellbaren Flügel 167 des Turboladers 159 (d.h. des VGT) derart ein, dass die Flügel 167 bei der Ziel-Flügelposition positioniert sind, die bei Schritt 418 ermittelt wird. Unter Verwendung des Verfahrens 400 braucht das ECM 114 keinen Speicherplatz für Kalibrierungsdaten zu reservieren, und es braucht keine Zeit für die Ermittlung der gewünschten Flügelposition basierend auf den Kalibrierungskennfeldern aufzuwenden. Durch das Steuern des Abgasbremsens unter Verwendung des Motorsystems 100 und des Verfahrens 400 kann der Komfort des Fahrzeugbedieners verbessert werden, wenn das Fahrzeug 98 einen Anhänger aufweist und bergab fährt.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Abgasbremsens in einem Fahrzeug (98), das einen Verbrennungsmotor (102), einen Einlasskrümmer (110), ein Steuermodul (114), ein Auslasssystem (134) und einen Turbolader mit variabler Geometrie (VGT) (159) mit einer Turbine (160) umfasst, wobei die Turbine (160) Turbinenschaufeln (163) und Flügel (167) aufweist, die bezüglich der Turbinenschaufeln (163) beweglich sind, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen einer Abgasbremsdrehmomentanforderung; Ermitteln einer Motordrehzahl des Verbrennungsmotors (102); Ermitteln eines Einlassluftdrucks in dem Einlasskrümmer (110); Ermitteln von Ziel-Pumpverlusten in dem Verbrennungsmotor (102) mittels des Steuermoduls (114) basierend auf der Abgasbremsdrehmomentanforderung; Ermitteln eines Ziel-Abgasdrucks in dem Auslasssystem mittels des Steuermoduls (114) basierend auf den Ziel-Pumpverlusten; Ermitteln einer Ziel-Flügelposition der Flügel (167) mittels des Steuermoduls (114) basierend auf dem Ziel-Abgasdruck, wobei die Ziel-Flügelposition ein Abgasbremsdrehmoment in Übereinstimmung mit der Abgasbremsdrehmomentanforderung liefert; und Einstellen der Flügel (167) des VGT (159) derart, dass die Flügel (167) bei der Ziel-Flügelposition positioniert sind, um eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs (98) zu verringern, wobei die Ziel-Flügelposition eine Winkelposition der Flügel (167) bezüglich der Turbinenschaufeln (163) ist, gekennzeichnet durch Ermitteln maximaler Pumpverluste des Verbrennungsmotors (102); und Begrenzen der Ziel-Pumpverluste auf die maximalen Pumpverluste des Verbrennungsmotors (102), wenn die Ziel-Pumpverluste größer als die maximalen Pumpverluste sind, wobei die maximalen Pumpverluste eine Funktion eines maximalen Abgasdrucks, der Motordrehzahl und des Einlassluftdrucks sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Ziel-Abgasdruck auf der Motordrehzahl, den Ziel-Pumpverlusten und dem Einlassluftdruck basiert.
Verfahren nach Anspruch 2, das ferner das Ermitteln einer Abgastemperatur in dem Auslasssystem (134) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Ziel-Flügelposition auf der Motordrehzahl, dem Ziel-Abgasdruck und der Abgastemperatur basiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ermitteln der maximalen Pumpverluste ferner umfasst: Ermitteln einer maximalen Flügelposition der Flügel (167), die ein maximal zulässiges Abgasbremsen liefert; und Ermitteln des maximalen Abgasdrucks in dem Auslasssystem (134) basierend auf der maximalen Flügelposition.
Verfahren nach Anspruch 5, das ferner umfasst: Ermitteln eines Abgasdrucks stromabwärts der Turbine (160); und Ermitteln einer Abgastemperatur in dem Auslasssystem (134).