DE102014204624A1

DE102014204624A1 - Intrusiver egr-monitor für ein hybridfahrzeug

Info

Publication number: DE102014204624A1
Application number: DE102014204624.6A
Authority: DE
Inventors: Douglas Raymond Martin; Richard Paul Taylor; Freeman Gates
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2014-09-18
Also published as: CN104047741B; CN104047741A; US9739215B2; US20140261343A1

Abstract

System und Verfahren zum Steuern eines Systems zur Abgasrückführung (EGR) in einem Hybridfahrzeug, das einen intrusiven Monitor aufweist, der das Anpassen des EGR-Stroms durch ein EGR-Ventil basierend auf einem mittleren Druckunterschied zwischen Druck, der von einem Sensor des Ansaugrohr-Absolutdrucks (MAP) gemessen wird, und einem abgeleiteten Druck, der von einem Masseluftstrom (MAF) in eine Ansaugung einer Maschine bestimmt wird, wenn die Maschinendrehzahl-, Drossel- und Nockenwellen-Steuerpositionsänderung unterhalb eines entsprechenden Schwellenwerts liegt, aufweist. Der gemessene Druck und der abgeleitete Druck werden bestimmt, wenn das EGR-Ventil in einer geschlossenen und einer offenen Position ist.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft Systeme und Verfahren zum Überwachen von Abgasrückführsystemen in Hybridfahrzeugen.
Abgasrückführsysteme (Exhaust gas recirculation, EGR) werden in Kraftfahrzeugen verwendet, um einen gesteuerten Anteil der Maschinenabgase in ein Maschinenansaugrohr zurückzuführen, um Emissionen zu verringern und Kraftstoffeffizienz zu verbessern. Derartige Systeme verwenden typischerweise ein EGR-Ventil, das zwischen dem Maschinenauspuffkrümmer und dem Maschinenansaugrohr angeordnet ist und betätigt werden kann, wenn es sich in einer offenen Position befindet, um einen Anteil der Abgase von der Auspuffseite der Maschine zu der Ansaugseite der Maschine zurückzuführen. Bei einer Anordnung wird die EGR-Strömungsrate zu dem Ansaugrohr in Übereinstimmung mit einem oder mehreren Zuständen variiert, wie zum Beispiel Maschinentemperatur, Luftcharge, die in das Ansaugrohr eintritt, und Maschinendrehzahl.
Es ist wünschenswert, den Betrieb eines EGR-Systems durch an Bord mitgeführte Diagnoseprogramme zu überwachen, um zu bestimmen, ob das System wie erwartet arbeitet oder nicht. Ein Ansatz zur EGR-Überwachung in Fahrzeugen weist den Gebrauch eines nicht intrusiven Monitors auf. Der nicht intrusive EGR-Monitor erfordert den Betrieb bei niedriger Last und hoher Last mit niedrigen EGR-Mengen. Diese Betriebspunkte sind ineffizient und Hybridmaschinenbetriebe vermeiden sie daher typischerweise, und hindern daher den nicht intrusiven Monitor daran, einen Diagnosetest zu vollenden. Im Gegensatz dazu benötigt ein intrusiver Monitor nur die hoch effizienten mittleren Lastpunkte, um einen Diagnosetest abzuschließen. Bei Hybridfahrzeugen können die Testergebnisse jedoch durch variable Ansaugnockenwellensteuerung (Variable camshaft timing, VCT) korrumpiert werden.
Ein an Bord mitgeführtes EGR-Diagnoseprogramm kann durch schnelle VCT-Anpassungen verwirrt werden. Ein schneller Wechsel der VCT verursacht eine Füllverzögerung des Ansaugrohrs derart, dass der Masseluftstrom (Mass air flow, MAF) in das Ansaugrohr und der Absolutdruck des Ansaugrohrs (Manifold absolute pressure, MAP) einander nicht folgen. Bei nicht hybriden Fahrzeugen wird VCT nicht aggressiv verwendet, was bedeutet, dass hoch verzögerte Ventilsteuerungen nicht oft verwendet werden und dass die Änderungsrate der Ventilsteuerung typischerweise geringfügig ist. Daher hat sich das Verzögerungsproblem nicht als die Präzision des an Bord von nicht hybriden Fahrzeugen mitgeführten EGR-Diagnoseprogramms wesentlich beeinträchtigend gezeigt. Bei Hybridfahrzeugen kann jedoch aggressiverer Gebrauch von VCT sowohl bei hoch verzögerten Steuerungen als auch bei schnellen Änderungsraten der Ventilsteuerung berücksichtigt werden. Es besteht daher ein Bedarf an Bereitstellung eines robusten und systematischen Mittels zum Überwachen von EGR-Systemen in Hybridfahrzeugen.
Ein System und ein Verfahren zum Überwachen eines Abgasrückführsystems (EGR-Systems) in einem Hybridfahrzeug, das einen intrusiven Monitor verwendet, werden offenbart. Das System und das Verfahren können den Gebrauch von gemessenem Ansaugrohr-Absolutdruck (MAP) und abgeleitetem MAP aufweisen, um die Betriebsfähigkeit des EGR-Systems zu bestimmen. Ausführungsformen können auch das Anpassen des EGR-Stroms durch das EGR-Ventil aufweisen, um ein Verstopfen und eine Drosselung des EGR-Ventils auszugleichen. Ausführungsformen dieser Offenbarung können bei unterschiedlichen EGR-Steueranwendungen verwendet werden, bei welchen Verbesserungen beim Erfassen der Betriebsfähigkeit des EGR-Systems gewünscht wird.
Bei einer Ausführungsform weist ein Hybridfahrzeug eine Maschine, einen MAP-Sensor, der mit einem Ansaugrohr der Maschine verbunden ist, und einen MAF-Sensor, der mit einem Einlass des Ansaugrohrs der Maschine verbunden ist, auf. Das Hybridfahrzeug weist auch eine EGR-Leitung auf, die mit dem Ansaugrohr der Maschine und einem Auspuffkrümmer verbunden ist, wobei die EGR-Leitung ein EGR-Ventil hat, das konfiguriert ist, um Abgas von dem Auspuffkrümmer in das Ansaugrohr der Maschine zurückzuführen. Das Hybridfahrzeug weist ferner eine Steuervorrichtung in Kommunikation mit der Maschine, dem MAP-Sensor, dem MAF-Sensor und dem EGR-Ventil auf. Die Steuervorrichtung ist konfiguriert, um den EGR-Strom durch das EGR-Ventil zu erhöhen, wenn eine Summe eines ersten Unterschieds zwischen einem ersten und einem zweiten gemessenen MAP und eines zweiten Unterschieds zwischen einem ersten und einem zweiten abgeleiteten MAP unterhalb eines ersten Schwellenwerts liegt. Die Steuervorrichtung ist auch konfiguriert, um den EGR-Strom durch das EGR-Ventil zu verringern, wenn die Summe des ersten Unterschieds und des zweiten Unterschieds einen zweiten Schwellenwert überschreitet.
Bei einer anderen Ausführungsform weist ein Verfahren zum Überwachen eines EGR-Systems in einem Hybridfahrzeug das Erhöhen des EGR-Stroms durch ein EGR-Ventil auf, wenn eine Summe eines ersten Unterschieds zwischen einem ersten und einem zweiten gemessenen MAP und eines zweiten Unterschieds zwischen einem ersten und einem zweiten abgeleiteten MAP unterhalb eines ersten Schwellenwerts liegt. Das Verfahren weist auch das Verringern des EGR-Stroms durch das EGR-Ventil auf, wenn die Summe des ersten Unterschieds und des zweiten Unterschieds einen zweiten Schwellenwert überschreitet. Der erste gemessenen MAP und der zweite gemessene MAP können auf einem Drucksignal basieren, das von einem Sensor erzeugt wird, der in einem Ansaugrohr einer Maschine positioniert ist. Ebenso können der erste abgeleitete MAP und der zweite abgeleitete MAP auf Luftmassestrom in dem Ansaugrohr der Maschine basieren, der von einem Sensor gemessen wird, der mit einem Einlass des Ansaugrohrs verbunden ist. Zusätzlich werden der erste gemessene MAP und der erste abgeleitete MAP erhoben, wenn das EGR-Ventil in einer offenen Position ist, und der zweite gemessene MAP und der zweite abgeleitete MAP werden erhoben, wenn das EGR-Ventil in einer geschlossenen Position ist.
Bei noch einer anderen Ausführungsform weist ein Verfahren zum Überwachen eines EGR-Systems das Erheben eines ersten und eines zweiten gemessenen MAP und eines ersten und eines zweiten abgeleiteten MAP auf, wenn die Positionsänderung der Nockenwellensteuerung unter einem entsprechenden Schwellenwert liegt. Das Verfahren weist auch das Speichern eines Diagnosecodes auf, wenn eine Summe eines ersten Unterschieds zwischen dem ersten und dem zweiten gemessenen MAP und eines zweiten Unterschieds zwischen dem ersten und dem zweiten abgeleiteten MAP unterhalb eines ersten Schwellenwerts liegt und größer ist als ein zweiter Schwellenwert. Das Verfahren kann ferner das Erhöhen eines adaptiven Parameters um einen vorbestimmten Faktor aufweisen, um den EGR-Strom zu erhöhen, wenn die Summe unter einem dritten Schwellenwert liegt, und den adaptiven Parameter, um den vorbestimmten Faktor zu verringern, um den EGR-Strom zu verringern, wenn die Summe einen vierten Schwellenwert überschreitet. Das Verfahren kann das Aktivieren einer Anzeige innerhalb des Fahrzeugs aufweisen, wenn die Summe des ersten Unterschieds und des zweiten Unterschieds unter dem ersten Schwellenwert liegt und größer ist als der zweite Schwellenwert. Die Anzeige kann ein Licht, ein Ton und/oder eine Mitteilung sein.
Verschiedene Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung können einen oder mehrere dazugehörende Vorteile bereitstellen. Der Gebrauch eines intrusiven EGR-Monitors gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung hängt zum Beispiel nicht von dem Betrieb der Maschine an ineffizienten Betriebspunkten mit niedriger Last und hoher Last ab und ist daher für Hybridfahrzeuganwendungen dienlicher. Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung vermeiden auch die Komplexheit und potentielle Präzisionsmängel in Zusammenhang mit dem Kompensieren von Messungen für VCT-Position durch Invalidieren von Tests, bei welchen sich die VCT-Position nahe dem Ende des Tests ändert.
Die oben stehenden Vorteile und weitere Vorteile und Merkmale gehen klar aus der folgenden ausführlichen Beschreibung allein oder in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen hervor.
1 ist eine schematische Darstellung eines einzelnen Zylinders eines Verbrennungsmotors in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
2 ist eine schematische Darstellung eines Hybrid-Elektrofahrzeugs (Hybrid electric vehicle, HEV), das sowohl einen Elektromotor als auch einen Verbrennungsmotor für den Antrieb in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung aufweist;
3a ist eine Plotterdarstellung des Ansaugrohr-Absolutdrucks (MAP) und Last mit EGR ON und EGR OFF in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
3b ist eine Plotterdarstellung des Luftmassestroms (MAF) durch eine Ansaugung der Maschine und Last mit EGR ON und EGR OFF in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
die 4a und 4b sind Plotterdarstellungen, die den durchschnittlichen Druckunterschied zwischen einem funktionalen und nicht funktionalen EGR-System in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulichen;
die 5a, 5b und 5c veranschaulichen die Beziehung zwischen Varianz (Rauschen), gemessenem MAP und abgeleitetem MAP in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
6 ist ein Flussdiagramm, das ein Steuersystem und/oder ein Verfahren zur Überwachung eines EGR-Systems in einem Hybridfahrzeug in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
Wie vorgeschrieben, werden hier ausführliche Ausführungsformen des beanspruchten Gegenstands offenbart, man muss jedoch verstehen, dass die offenbarten Ausführungsformen nur beispielhaft sind und in verschiedenen und alternativen Formen umgesetzt werden können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabgerecht, bestimmte Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Details besonderer Bauteile zu zeigen. Die spezifischen Struktur- und Funktionseinzelheiten, die hier offenbart werden, dürfen daher nicht als einschränkend ausgelegt werden, sondern nur als eine repräsentative Basis für das Belehren eines Fachmanns zu unterschiedlichen Verwendungen von Ausführungsformen des beanspruchten Gegenstands.
Unter Bezugnahme auf 1, wird ein Verbrennungsmotor 10, der eine Vielzahl von Zylindern hat, von welchen ein Zylinder in 1 gezeigt ist, durch die Steuervorrichtung 12 gesteuert gezeigt. Die Steuervorrichtung 12 kann zum Beispiel durch eine Maschinensteuereinheit (ECU) und/oder ein Antriebsstrang-Steuermodul (PCM) umgesetzt werden. Die Steuervorrichtung 12 ist in 1 als ein herkömmlicher Mikrocomputer gezeigt, umfassend: Mikroprozessoreinheit (CPU) 60, Eingangs-/Ausgangsschnittstellen 62, Festwertspeicher (ROM) 64, Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) 66 und einen herkömmlichen Datenbus 68. Die Steuervorrichtung 12 ist mehrere Signale von Sensoren, die mit der Maschine 10 verbunden sind, zusätzlich zu den oben besprochenen Signalen empfangend gezeigt, darunter: ein Luftmassenstrom (MAF) von dem Massestromsensor 70, der mit dem Ansaugrohr 22 vor der Drossel 38 verbunden ist, eine Messung des Ansaugrohr-Absolutdrucks (MAP) von dem Drucksensor 72, ein Signal der Ansaugrohrtemperatur (MT) von dem Temperatursensor 74, eine Maschinenkühlmitteltemperatur (ECT) von dem Temperatursensor 78, der mit der Kühlhülse 80 verbunden ist, und ein Profil-Zündabnehmersignal (PIP) von dem Halleffektsensor 82, der mit der Kurbelwelle 20 verbunden ist und als ein Maschinendrehzahlsignal verwendet wird, das eine vorbestimmte Anzahl gleichmäßig beabstandeter Impulse pro Umdrehung der Kurbelwelle erzeugt. Ferner ist auch ein Barometer 76 zum Messen des barometrischen Drucks BP enthalten.
Die Maschine 10 weist eine Brennkammer 14 und Zylinderwände 16 mit Kolben 18, die darin positioniert und mit der Kurbelwelle 20 verbunden sind, auf. Die Brennkammer 14 ist mit dem Ansaugrohr 22 und dem Auspuffkrümmer 24 über jeweils das Einlassventil 26 und das Auslassventil 28 in Verbindung gezeigt. Ein Nocken 29, der zu einer Nockenwelle, nicht gezeigt, gehört, betätigt das Auslassventil 28, wenn die Spitze des Nockens 29 auf das Auslassventil 28 hinunter drückt. Ähnlich betätigt der Nocken 29 das Einlassventil 27. Die Steuerung des Einlassventils 27 kann durch eine Vorrichtung zur variablen Nockensteuerung (VCT) 31 variiert werden.
Das Ansaugrohr 22 kann einen Kraftstoffeinspritzer 30 haben, der damit zum Liefern von Kraftstoff zu Maschinenzylindern verbunden ist. Kraftstoff wird zu dem Kraftstoffeinspritzer 30 durch ein herkömmliches Kraftstoffsystem (nicht gezeigt) geliefert, das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und eine Kraftstoffverteilung aufweist. Alternativ kann die Maschine derart konfiguriert sein, dass der Kraftstoff direkt in den Zylinder der Maschine eingespritzt wird, was dem Fachmann als Direkteinspritzungsmaschine bekannt ist. Das Ansaugrohr 22 ist mit dem Drosselkörper 34 über die Drosselklappe 36 verbunden. Der Drosselpositionssensor 38 misst die Winkelposition der Drosselklappe 36 und überträgt ein Drosselpositionssignal, das der Steuervorrichtung 12 die Winkelposition der Drosselklappe 36 anzeigt.
Das Zündsystem 50 liefert einen Zündfunken zur Brennkammer 14 über die Zündkerze 52. Bistabile Abgassauerstoffsensoren 54, 58 sind mit dem Auspuffkrümmer 24 jeweils stromaufwärts und stromabwärts des Katalysators 56 verbunden gezeigt. Die Sensoren 54 und 58 liefern jeweils die Signale EGO1 und EGO2 zu der Steuervorrichtung 12, die diese Signale in Signale mit zwei Zuständen umwandeln kann, ein Zustand, der anzeigt, dass die Abgase reicher als ein Referenz-Luft-/Kraftstoffverhältnis sind, und der andere Zustand, der anzeigt, dass die Abgase magerer sind als das Referenz-Luft-/Kraftstoffverhältnis.
Ein Aktivkohlebehälter 84 ist mit der Ansaugung 22 über ein Entleerungsventil 90 verbunden. Kraftstoffdämpfe, die aus dem Kraftstofftank während des Füllens (nicht gezeigt) verlagert werden, treten in den Aktivkohlebehälter 84 durch den Einlass 88 ein. Der Kraftstoff wird auf Aktivkohlepellets 86 in dem Aktivkohlebehälter 84 absorbiert, und Luft wird in die Umgebung durch die Öffnung 92 freigesetzt. Wenn die Maschine 10 arbeitet, kann das Ventil 90 geöffnet werden. Das Vakuum in der Ansaugung 22 saugt Umgebungsluft durch den Aktivkohlebehälter 84 durch die Öffnung 92 an. Die Umgebungsluft strippt die Kraftstoffdämpfe von den Aktivkohlepellets 86 in die Ansaugung 22 und in die Brennkammer 14, um verbrannt zu werden. Auf diese Weise wird der Aktivkohlebehälter 84 entleert, so dass die Aktivkohlepellets 86 Kraftstoffdampf absorbieren können, wenn Luft, die mit Kraftstoffdämpfen geladen ist, in den Aktivkohlebehälter 84 während eines Auftankereignisses eingeführt wird. Bei einer Ausführungsform ist das Ventil 90 ein Magnetventil, das gesteuert werden kann, um eine Position zwischen vollständig offen und vollständig geschlossen einzunehmen, indem ein pulsbreitenmoduliertes Signal bereitgestellt wird. Basierend auf der Steuerung zu Ventil 90 und auf einem Druckunterschied zwischen der Ansaugung 22 und dem Luftdruck (BP), kann eine Luftmenge, die in die Maschine 10 durch den Aktivkohlebehälter 84 angesaugt wird, geschätzt werden.
Die Maschine 10 weist auch ein System zur Abgasrückführung (EGR) auf, um einen gesteuerten Anteil von Abgasen, die von der Maschine 10 erzeugt werden, von einem Abgaskrümmer 24 in das Ansaugrohr 22 über eine EGR-Leitung 44 zurückzuführen. Die Abgasmenge, die von dem Abgaskrümmer zu dem Ansaugrohr zurückgeführt wird, kann durch ein EGR-Ventil 42, das von einem herkömmlichen Gleichstrom-Schrittmotor, das einen Schrittmotor 94 hat, der Signale EGR_RATE_DES von der Steuervorrichtung 12 empfängt, gesteuert werden, um das EGR-Ventil 42 axial in Schritten derart zu bewegen, dass seine Position in Bezug auf einen Einlass 48, der mit dem Ansaugrohr 22 verbunden ist, gesteuert wird.
Der MAF-Sensor 70 ist stromaufwärts des Einlasses 48 zu dem Ansaugrohr 22 angeordnet, und der MAP-Sensor 72 ist stromabwärts des Einlasses 48 angeordnet. Der MAF-Sensor 70 misst nur Frischluft, die zu der Maschine 10 zugeführt wird, das heißt dass er den EGR-Strom nicht misst. Ein Signal von dem MAP-Sensor 72 wird jedoch durch EGR beeinflusst. Ein abgeleiteter MAP kann basierend auf dem Signal von dem MAF-Sensor 70, einem PIP-Signal, das eine Maschinendrehzahl anzeigt, und einem Maschinenhubraum (bekannt) berechnet werden. Der gemessene MAP (Druck, der von einem MAP-Sensor gemessen wird) und der abgeleitete MAP können verwendet werden, um zu bestimmen, ob des EGR-System korrekt arbeitet. Ein Verfahren zum Ableiten von Druck in dem Ansaugrohr basierend auf Luftmassenstrom ist auch in den U.S. Patenten mit den Nummern 5 654 501 und 5 331 936 , erteilt an den Inhaber der vorliegenden Offenbarung und hiermit durch Verweis eingegliedert, offenbart.
Die Maschine 10, wie in 1 gezeigt, kann Teil eines Antriebsstrangsystems für ein Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV) 100 sein, wie schematisch in 2 gezeigt. Vorderräder sind mit einer Vorderachse 102 verbunden. Ein Differenzial und ein abschließender Antriebsradsatz 104 sind ebenfalls mit der Vorderachse 102 verbunden. Das Fahrzeugantriebsstrangsystem ist mit dem Differenzial 104 über ein Getriebe 106 verbunden. Das Getriebe 106 ist mit einem Elektromotor 110 über eine Kupplung 108 verbunden. Der Elektromotor 110 ist mit der Maschine 10 über eine Kupplung 114 verbunden. Bei der Ausführungsform, die in 2 gezeigt ist, ist ein Kettentrieb 112 zwischen der Maschine 10 und dem Elektromotor 110 derart vorgesehen, dass die Maschine 10 entlang einer ersten Achse dreht und der Elektromotor 110 und das Getriebe 106 entlang einer zweiten Achse, im Wesentlichen parallel zu der ersten Achse, drehen. Der Elektromotor 110 kann als ein Motor arbeiten, der Drehmoment zu der dazugehörenden Achse liefert, oder als ein Generator, der Drehmoment von der dazugehörenden Achse absorbiert, das heißt, eine Bremskraft auf Rädern, die zu der Achse gehören, bereitstellt. Der Elektromotor 110 ist mit der Hochspannungsbatterie 116 verbunden, die als eine Quelle und Senke für elektrische Energie wirkt. Die Steuervorrichtung 12 ist mit der Maschine 10, dem Getriebe 106, dem Elektromotor 110, der Kupplung 114 und der Hochspannungsbatterie 116 verbunden gezeigt. Die Konfiguration in 2 veranschaulicht einfach eine HEV-Konfiguration. Es gibt viele Alternativen zum Konfigurieren eines HEV, die nicht von dem Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung abweichen.
Es ist wünschenswert, den Betrieb eines EGR-Systems zu überwachen, um zu bestimmen, ob das System wie erwartet arbeitet oder nicht. Zusätzlich sind effektive EGR-Überwachungssysteme und Verfahren hilfreich, um zu bestimmen, wann das EGR-Ventil beginnt, gedrosselt zu werden. Gesteigertes Verstopfen oder EGR-Ventildrosselung sind eine Konsequenz des Arbeitens der Maschine mit EGR bei einer kälteren Temperatur, was für gesteigerte Kraftstoffeinsparung bei Hybridfahrzeugen typisch ist. Die EGR-Strömungsrate durch das EGR-Ventil kann angepasst werden, um die Lebensdauer des EGR-Ventils zu verlängern. Die Gesamtfunktionalität des EGR-Systems kann bestimmt werden, indem die verschiedenen unten beschriebenen Systeme und Verfahren verwendet werden.
Unter Bezugnahme auf 3a, während die prozentuale Last (MAP/BP) zunimmt (das heißt, wenn sich der Ansaugrohr-Absolutdruck (MAP) dem barometrischen Druck (BP) nähert), nähert sich der Unterschied des gemessenen MAP bei EGR OFF gegenüber EGR ON null. Mit anderen Worten liefern die MAP-Sensordaten allein bei hohen Lasten keinen präzisen Hinweis auf Betriebsfähigkeit des Systems. Eine Lösung besteht darin, sowohl gemessene MAP-Daten als auch abgeleitete MAP-Daten zu verwenden, um die Betriebsfähigkeit des EGR-Systems zu bestimmen. Wie oben beschrieben, kann der gemessene MAP aus dem Signal bestimmt werden, das von einem MAP-Sensor übertragen wird, und das abgeleitete MAP kann aus einem Signal von einem MAF-Sensor, einem PIP-Signal, das eine Maschinendrehzahl anzeigt, und einem Maschinenhubraum berechnet werden. Wie in 3b gezeigt, ist der mit dem EGR ON gemessene MAF im Wesentlichen von dem MAF unterschiedlich, der mit dem EGR OFF gemessen wird, während die prozentuale Last zunimmt. Grundlegend ändert das Hinzufügen von EGR unter niedriger Last den MAP im Wesentlichen, ändert jedoch den MAF nicht signifikant, während das Hinzufügen von EGR unter hoher Last den MAP nicht signifikant ändert, aber den MAF signifikant ändert.
Unter Bezugnahme auf 4a, ist eine Plotterdarstellung, die den mittleren Druckunterschied zwischen einem funktionalen (ungedrosselte Kurve) und einem nicht funktionalen (vollständig gedrosselte Kurve) EGR-System veranschaulicht, wenn der gemessene MAP die einzige Datenquelle ist, gezeigt. Man sieht, dass sowohl das funktionale als auch das nicht funktionale EGR-System Werte zwischen 0,5 und 2,0 Zoll Hg haben könnten. Das kann in einer falschen Anzeige des EGR-System- Betriebszustands resultieren, was zu unnötigen Besuchen bei Reparaturwerkstätten und zu Unzufriedenheit des Kunden führen kann. In Übereinstimmung mit den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, besteht eine Lösung für dieses Problem darin, den mittleren Druckunterschied zwischen gemessenem MAP, der mit dem EGR ON und OFF bestimmt wird, zu dem durchschnittlichen Druckunterschied zwischen abgeleitetem MAP, der mit dem EGR ON und OFF berechnet wird, hinzuzufügen. Durch Hinzufügen der zwei mittleren Druckunterschiede, kann der in 4a gezeigte Überlappungsbereich im Wesentlichen verringert werden, wie in der Plotterdarstellung der 4b gezeigt, was wiederum die Präzision der Zustandsanzeigen des EGR-Systems verbessert.
Diese Steuerstrategie wird in den 5a–5c weiter veranschaulicht, wo die Varianz oder das Rauschen in den Druckunterschiedsdaten, die gemessene MAP und abgeleitete MAP verwenden, gezeigt ist. Wie in den 5a und 5b gezeigt, liegen die Varianz oder das Rauschen, wenn der mittlere Druckunterschied entweder von gemessenem MAP oder abgeleitetem MAP verwendet wird, im Wesentlichen oberhalb des Bereichs von einer ungedrosselten zu einer vollständig gedrosselten EGR-Passage. Wenn der mittlere Druckunterschied sowohl von gemessenem MAP als auch abgeleitetem MAP jedoch hinzugefügt wird, werden Varianz oder Rauschen im Wesentlichen verringert, wie in 5c abgebildet. Die Verringerung der Varianz macht es weniger wahrscheinlich, dass der normale Betrieb des EGR-Systems in einem ungenauen Diagnosecode oder anderen Anzeiger resultiert, der durch einen Druckunterschied zwischen EGR ON und EGR OFF ausgelöst wird, der innerhalb eines Intervalls liegt, das durch einen ersten Druckschwellenwert und einen zweiten Druckschwellenwert erstellt wird.
Ferner können die EGR-Position und die entsprechende Strömungsrate angepasst werden, um irgendein Verstopfen oder Drosseln in dem EGR-Ventil und/oder in der EGR-Leitung auszugleichen. Eine gewünschte EGR-Ventilposition kann aus einer EGR-Ventiltransferfunktion, FN_EGRPOS, bestimmt werden, die auf einem Druckverhältnis über das EGR-Ventil und einer gewünschten EGR-Massestromrate basiert. Insbesondere kann die erforderliche Anzahl von Motorschritten zum Verwirklichen einer gewünschten EGR-Strömungsrate bestimmt werden, indem Motor-Ausgangsschrittwerte aus einer Tabelle entnommen werden, die der EGR-Ventiltransferfunktion entspricht. Siehe zum Beispiel die unten stehende Tabelle.
Die Tabellenwerte werden empirisch durch Dynamometermaschinentests bestimmt. In der Tabelle befindet sich das Druckverhältnis über das Ventil, egr_pres_rat, auf der horizontalen Achse, und die gewünschte EGR-Strömungsrate befindet sich auf der vertikalen Achse. In der Tabelle sind daher die Ausgangswerte des aktuellen EGR-Massestroms, FN_EGRMASS, mit egr_pres_rat auf der horizontalen Achse und EGR-Ventilposition auf der vertikalen Achse gezeigt. Die Ausgabetabelle ist nach Bedarf auf einen maximalen Wert, der den gesamten Schritten, die der Motor ausführen kann (zum Beispiel 52 Schritte) entspricht, abgegrenzt. Die gewünschte EGR-Ventilposition kann angepasst werden, indem ein adaptiver Parameter, egr_step_adapt, zu der EGR-Ventiltransferfunktion hinzugefügt wird, um irgendeine EGR-Ventildrosselung auszugleichen. Die normale EGR-Ventilbewegung kann demzufolge in Abhängigkeit von den aktuellen Maschinenzuständen erhöht oder verringert werden. Ein Verfahren, das den Gebrauch einer EGR-Ventiltransferfunktion zum Erzielen einer gewünschten EGR-Position beschreibt, ist ausführlicher in dem U.S. Patent Nr. 6 098 602 , erteilt an den Inhaber der vorliegenden Offenbarung und hiermit durch Verweis eingegliedert, offenbart.
Unter Bezugnahme auf 6, ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb eines EGR-Überwachungssystems für ein Hybridfahrzeug in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschreibt, gezeigt. Wie der Durchschnittsfachmann versteht, können die Funktionen, die in 6 dargestellt sind, durch Software und/oder Hardware in Abhängigkeit von der besonderen Anwendung und Umsetzung ausgeführt werden. Die verschiedenen Funktionen können in einer Reihenfolge oder Sequenz, die anders ist als die in 6 veranschaulichte, in Abhängigkeit von der besonderen Ausführungsstrategie, wie zum Beispiel ereignisgesteuert, interrupt-gesteuert usw. ausgeführt werden. Ähnlich können ein oder mehrere Schritte oder Funktionen wiederholt ausgeführt werden, parallel ausgeführt werden und/oder unter besonderen Betriebsbedingungen oder bei besonderen Anwendungen weggelassen werden, obwohl dies nicht explizit veranschaulicht ist. Bei einer Ausführungsform werden die veranschaulichten Funktionen in der Hauptsache durch Software, Anweisungen oder Code, die in einer computerlesbaren Speichervorrichtung gespeichert sind, umgesetzt und von einem oder mehreren auf Mikroprozessor basierenden Computern oder Steuervorrichtungen zum Steuern des Betriebs des Fahrzeugs ausgeführt.
Insbesondere leitet in 6 eine Steuervorrichtung an 200 einen Diagnosetest ein. Die Steuervorrichtung stellt den Test an 204 ein, um mehrere Werte des gemessenen MAP und abgeleiteten MAP über eine bestimmte Anzahl von Schleifen, n, zu erheben. Die Steuervorrichtung bestimmt dann, ob die Maschinenzustände geeignet sind, um das Diagnoseprogramm wie in den Blöcken 204–208 gezeigt fortzusetzen, und wenn das der Fall ist, werden die Daten eine bestimmte Anzahl von Malen, wie in den Blöcken 210–218 angezeigt, erhoben und an Block 216 gemittelt. Die Maschinenzustände umfassen das Beständighalten der Maschinendrehzahl und des Drehmoments 204, das Erfassen der aktuellen Maschinendrehzahl, Drossel- und VCT-Position 206 und das Prüfen, dass eine Änderung der Maschinendrehzahl, Drosselposition und VCT unterhalb einem entsprechenden Schwellenwert 208 liegt. Wenn eine Änderung der Maschinendrehzahl, Drosselposition oder VCT einen entsprechenden Schwellenwert an 208 überschreitet, wird der Diagnosetest abgebrochen. Der Test erfasst oder speichert dann die anfängliche Maschinendrehzahl, Drosselposition und VCT an 220 und kehrt zu dem Anfang des Tests an 200 zurück.
Die gemessenen (P_ON) und abgeleiteten (P_ON(_INF)) MAP-Daten werden bei 210 mit dem geöffneten EGR-Ventil erhoben, wenn die Maschinenzustände an 208 erfüllt sind. Das EGR-Ventil wird dann an 212 geschlossen, und die gemessenen (P_OFF) und abgeleiteten (P_OFF(_INF)) MAP-Daten werden dann an 214 erhoben. Das EGR-Ventil wird an 216 wieder geöffnet. Der Druckunterschied zwischen dem gemessenen MAP mit dem EGR OFF und ON (P_diff = P_ON – P_OFF) und der Druckunterschied zwischen dem abgeleiteten MAP mit dem EGR OFF und ON (P_diff(INF) = P_ON(INF)– P_OFF(INF)) werden an 218 berechnet. Der Vorgang wird eine vorbestimmte Anzahl von Malen (n Schleifen) solange wiederholt, wie die Maschinenzustände erhalten bleiben. Nachdem die Daten während des angegebenen Intervalls erhoben wurden, berechnet die Steuervorrichtung den mittleren Unterschied des gemessenen MAP (P_diff(AVG)) und des abgeleiteten MAP (P_diff(INF)AVG) über das Intervall (n Zyklen) an 222.
Wenn an Block 224 die Summe des mittleren Unterschieds zwischen gemessenem MAP und abgeleitetem MAP (P_diff(AVG)+ P_diff(INF)AVG) kleiner ist als ein erster Schwellenwert (P_THRESH1) und größer als ein zweiter Schwellenwert (P_THRESH2), wird ein EGR-Systembetriebszustand an 228 und 230 bestätigt. Wenn die Maschinenzustände während des Tests ausreichend konstant bleiben, wird der Test durch den Beschlussblock 230 als gültig betrachtet, und ein Diagnosecode, der dem Betriebszustand entspricht, wird an Block 232 festgelegt. Wenn die Maschinenzustände nicht im Wesentlichen konstant bleiben, wird die Diagnosevorgehensweise wie in Block 234 angezeigt, noch einmal ausgeführt. Verschiedene andere Steueraktionen können basierend auf dem festgelegten Diagnosecode oder an 232 gespeicherten Diagnosecode ausgeführt werden, wie zum Beispiel das Aktivieren einer Anzeige innerhalb des Fahrzeugs, um einen Fahrer zu warnen, indem zum Beispiel ein Licht, Ton und/oder eine Meldung verwendet wird, und/oder das Anpassen der EGR-Ventiltransferfunktion an 236, wie unten ausführlicher erklärt.
Wenn die Summe nicht innerhalb des Intervalls liegt, das durch den ersten und den zweiten Schwellenwert abgegrenzt wird, wird das Diagnoseprogramm an Block 226 verlassen und die Steuerung setzt mit Block 236 fort. Die Steuervorrichtung passt die EGR-Strömungsrate basierend auf der Summe des mittleren Unterschieds zwischen gemessenem MAP und abgeleitetem MAP (P_diff(AVG) + P_diff(INF)AVG), wie an den Blöcken 236 und 238 gezeigt, an. Wenn die Testresultate zeigen, dass das EGR-Ventil beginnt, gedrosselt zu werden, wird die EGR-Strömungsrate erhöht. Insbesondere, wenn die Summe der mittleren Druckunterschiede (P_diff(AVG) + P_diff(INF)AVG) unter einem dritten Schwellenwert liegt, kann die EGR-Strömungsrate durch schrittweises Erhöhen egr_step_adapt um einen vorbestimmten Faktor (zum Beispiel 5) 236 erhöht werden und zu der EGR-Ventiltransferfunktion hinzugefügt werden 238. Ebenso, wenn die Summe der mittleren Druckunterschiede einen vierten Schwellenwert überschreitet, kann die EGR-Strömungsrate durch schrittweises Verringern egr_step_adapt um einen vorbestimmten Faktor (zum Beispiel 5) verringert werden, und dieser kann zu der EGR-Ventiltransferfunktion hinzugefügt werden 238. Der Parameter egr_step_adapt kann auf einen Höchstwert, der den gesamten Schritten des Motors entspricht, abgegrenzt und in dem KAM (batteriebetriebener Speicher für diagnostische Informationen in Kraftfahrzeugen) gespeichert werden 238. Nach dem Anpassen der EGR-Strömungsrate endet der Diagnosetest an 240. Durch Anpassen des Stroms der Abgase durch das EGR-Ventil in das Ansaugrohr kann die Lebensdauer des EGR-Ventils erweitert werden.
Der Gebrauch eines intrusiven EGR-Monitors gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung hängt daher nicht von dem Betrieb der Maschine an ineffizienten Betriebspunkten mit niedriger Last und hoher Last ab und ist daher für Hybridfahrzeuganwendungen dienlicher. Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung vermeiden auch die Komplexheit und potentielle Präzisionsmängel in Zusammenhang mit dem Kompensieren von Messungen für VCT-Position durch Invalidieren von Tests, bei welchen sich die VCT-Position nahe dem Ende des Tests ändert.
Es ist klar, dass die Erfindung nicht auf die exakten EGR-Steuerverfahren, die in dieser Offenbarung veranschaulicht und besprochen wurden, beschränkt ist, sondern dass verschiedene Änderungen ausgeführt werden können, ohne den Sinn und den Geltungsbereich der Erfindung zu verlassen.
Auch wenn oben beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurden, wird nicht bezweckt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Die in der Spezifikation verwendeten Wörter sind vielmehr beschreibende Wörter und keine Einschränkung, und man muss verstehen, dass verschiedene Änderungen ausgeführt werden können, ohne den Sinn und den Geltungsbereich der Erfindung zu verlassen. Zusätzlich können die Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Offenbarung zu bilden. Obwohl der beste Modus ausführlich beschrieben wurde, erkennt der Fachmann verschiedene alternative Designs und Ausführungsformen innerhalb des Geltungsbereichs der folgenden Ansprüche. Obwohl verschiedene Ausführungsformen als Vorteile bereitstellend oder gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen in Bezug auf ein oder mehrere gewünschte Merkmale bevorzugt beschrieben wurden, erkennt der Fachmann, dass ein oder mehrere Merkmale kompromittiert werden können, um gewünschte Gesamtsystemattribute zu erzielen, die von der spezifischen Anwendung und Umsetzung abhängen. Diese Attribute umfassen, ohne jedoch auf sie beschränkt zu sein: Kosten, Stärke, Dauerhaftigkeit, Lebenszykluskosten, Vermarktbarkeit, Aussehen, Verpackung, Größe, Wartungsfähigkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Einfachheit des Zusammenfügens usw. Ausführungsformen, die hier besprochen wurden, die als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen in Bezug auf eines oder mehrere Merkmale beschrieben sind, liegen daher nicht außerhalb des Geltungsbereichs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5654501 [0025]
US 5331936 [0025]
US 6098602 [0032]

Claims

Verfahren zum Steuern eines EGR-Systems in einem Hybridfahrzeug, das Folgendes aufweist: Erhöhen des EGR-Stroms durch ein EGR-Ventil, wenn eine Summe eines ersten Unterschieds zwischen einem ersten und einem zweiten gemessenen MAP und eines zweiten Unterschieds zwischen einem ersten und einem zweiten abgeleiteten MAP unterhalb eines ersten Schwellenwerts liegt, und Verringern des EGR-Stroms durch das EGR-Ventil, wenn die Summe des ersten Unterschieds und des zweiten Unterschieds einen zweiten Schwellenwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste gemessene MAP und der zweite gemessene MAP auf einem Drucksignal basieren, das von einem Sensor erzeugt wird, der in einem Ansaugrohr einer Maschine positioniert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste abgeleitete MAP und der zweite abgeleitete MAP auf Luftmassestrom in ein Ansaugrohr einer Maschine basieren, der von einem Sensor gemessen wird, der mit einem Einlass des Ansaugrohrs verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste gemessene MAP und der erste abgeleitete MAP erhoben werden, wenn das EGR-Ventil in einer offenen Position ist, und der zweite gemessene MAP und der zweite abgeleitete MAP erhoben werden, wenn das EGR-Ventil in einer geschlossenen Position ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der erste gemessene MAP, der zweite gemessene MAP, der erste abgeleitete MAP und der zweite abgeleitete MAP erhoben und über eine vorbestimmte Anzahl von Zyklen gemittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der erste gemessene MAP, der zweite gemessene MAP, der erste abgeleitete MAP und der zweite abgeleitete MAP erhoben und gemittelt werden, wenn Eingabezustände aufrechterhalten werden.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Eingabezustände Folgendes aufweisen: 1) Maschinendrehzahl wird im Wesentlichen beständig gehalten, 2) Maschinendrehmoment wird im Wesentlichen beständig gehalten, 3) eine Maschinendrehzahländerung liegt unterhalb eines entsprechenden Schwellenwerts, 4) eine Drosseländerung liegt unterhalb eines entsprechenden Schwellenwerts, und 5) eine Nockenwellen-Steuerpositionsänderung liegt unterhalb eines entsprechenden Schwellenwerts.