DE102015102751B4

DE102015102751B4 - Anpassbare turboladersteuerung

Info

Publication number: DE102015102751B4
Application number: DE102015102751.8A
Authority: DE
Inventors: Chad E. Marlett; Kevin J. McKay; Lorenzo Pataccia
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2014-03-05
Filing date: 2015-02-26
Publication date: 2022-05-05
Anticipated expiration: 2035-02-27
Also published as: US9422859B2; CN104895684A; CN104895684B; DE102015102751A1; US20150252720A1

Abstract

Verfahren zum Anpassen des Betriebs eines Turboladers mit variabler Geometrie (VGT) (30), der ein Turbinengehäuse (48), ein Turbinenrad (46), das im Innern des Turbinengehäuses (48) gehalten und ausgebildet ist, um durch Nachverbrennungsgase (23) gedreht zu werden, wobei das Turbinengehäuse (48) einen Einlass (54) für das Turbinenrad (46) definiert, und einen Schaufelmechanismus (52) mit variabler Position aufweist, der mehrere bewegbare Schaufeln (56) aufweist, die an dem Einlass (54) angeordnet sind, wobei das Verfahren umfasst, dass:mittels eines Controllers (60), der einen Speicher aufweist, angewiesen wird, dass der Schaufelmechanismus (52) mit variabler Position zu einer Zeit T1 eine Auslenkung der mehreren Schaufeln (56) zwischen einer offenen Grenzposition (52A) und einer geschlossenen Grenzposition (52B) ausführt, um einen anfänglichen Bewegungsbereich R1 des Schaufelmechanismus (52) zu identifizieren;der identifizierte anfängliche Bewegungsbereich R1 des Schaufelmechanismus (52) in dem Speicher des Controllers (60) gespeichert wird;mittels des Controllers (60) angewiesen wird, dass der Schaufelmechanismus (52) mit variabler Position zu einer Zeit T2 die Auslenkung der mehreren bewegbaren Schaufeln (56) zwischen einer offenen Grenzposition (56A) und einer geschlossenen Grenzposition (56B) ausführt, um einen gegenwärtigen Bewegungsbereich R2 des Schaufelmechanismus (52) zu identifizieren;der identifizierte gegenwärtige Bewegungsbereich R2 des Schaufelmechanismus (52) in dem Speicher des Controllers (60) gespeichert wird;der gegenwärtige Bewegungsbereich R2 mittels des Controllers (60) mit dem anfänglichen Bewegungsbereich R1 des Schaufelmechanismus (52) verglichen wird; undder anfängliche Bewegungsbereich R1 des Schaufelmechanismus (52) in dem Speicher des Controllers (60) durch den gegenwärtigen Bewegungsbereich R2 des Schaufelmechanismus (52) ersetzt wird, wenn der gegenwärtige Bewegungsbereich R1 gleich einem vorbestimmten Bewegungsbereich R3, der in dem Speicher des Controllers (60) gespeichert ist, oder größer als dieser ist, um dadurch den Betrieb des VGT (30) an die Abnutzung des Schaufelmechanismus (52) zwischen der Zeit T1 und der Zeit T2 anzupassen,wobei der VGT (30) an einem Verbrennungsmotor (10) in einem Kraftfahrzeug (6) angebracht ist, wobei das Verfahren bei jedem Einschalten des Fahrzeugs (6) oder bei jedem Ausschalten des Fahrzeugs (6) ausgeführt wird und wobei der Controller (60) eine zentrale Verarbeitungseinheit ist, die in dem Fahrzeug (6) angeordnet und ausgebildet ist, um den Betrieb des Motors (10) zu regeln,wobei das Verfahren ausgelöst wird, indem mittels des Controllers (60) bewertet wird, ob festgelegte Aktivierungskriterien (74) erfüllt sind, bevor der anfängliche Bewegungsbereich R1 des Schaufelmechanismus (52) identifiziert wird,dadurch gekennzeichnet, dassdas Verfahren bei jedem Ausschalten des Fahrzeugs (6) ausgeführt wird und die festgelegten Aktivierungskriterien (74) umfassen, dass eine Umgebungstemperatur größer als ein zuvor festgelegter Wert ist, dass eine Motor-Lufteinlasstemperatur innerhalb eines vorbestimmten akzeptierbaren Bereichs liegt, dass keine Betriebsstörungen des VGT (30) vorliegen und dass keine Störungen des Schaufelmechanismus (52) vorliegen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein System und ein Verfahren zum Anpassen des Betriebs eines Turboladers mit variabler Geometrie während der Lebensdauer des Turboladers.
HINTERGRUND
Von Verbrennungsmotoren (ICE) wird oft gefordert, beträchtliche Niveaus an Leistung für längere Zeiträume auf einer zuverlässigen Basis zu erzeugen. Viele solche ICE-Baugruppen verwenden eine turbokomprimierende Einrichtung, wie beispielsweise einen durch eine Abgasturbine angetriebenen Turbolader, um die Luftströmung zu komprimieren, bevor diese in den Einlasskrümmer des Motors eintritt, um die Leistung und die Effizienz zu erhöhen.
Speziell ist ein Turbolader ein Zentrifugalgaskompressor, der mehr Luft und folglich mehr Sauerstoff in die Verbrennungskammern des ICE drängt, als ansonsten mit dem Atmosphärendruck aus der Umgebung erreichbar ist. Die zusätzliche Masse an Sauerstoff enthaltender Luft, die in den ICE gedrängt wird, verbessert die volumetrische Effizienz des Motors und ermöglicht, dass dieser mehr Kraftstoff in einem gegebenen Zyklus verbrennt und dass dadurch mehr Leistung erzeugt wird.
Ein Turbolader mit variabler Geometrie (VGT) ist ein Typ eines Turboladers, der üblicherweise konstruiert ist, um ein effektives Aspektverhältnis (A:R) des Turboladers entsprechend der Motordrehzahl zu verändern, und um dadurch eine erhöhe Betriebseffizienz des ICE zu ermöglichen. VGTs sind häufiger bei Kompressionszündungs- oder Diesel-ICEs als bei Funkenzündungs-ICEs vorhanden, da die niedrigeren Abgastemperaturen der Dieselmotoren eine weniger extreme Umgebung für die beweglichen Komponenten des VGT bereitstellen.
Aus der US 2009/0123272 A1 ist ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt.
Die EP 3 255 261 A1 beschreibt ein ähnliches Verfahren.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Anpassen des Betriebs eines Turboladers mit variabler Geometrie (VGT) zu schaffen, mit dem ein Bewegungsbereich eines Schaufelmechanismus des VGT auf zuverlässige Weise an die Abnutzung des Schaufelmechanismus anpassbar ist.
ZUSAMMENFASSUNG
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst.
Das Verfahren ist zum Anpassen des Betriebs eines Turboladers mit variabler Geometrie (VGT) vorgesehen, der ein Turbinengehäuse und ein darin gehaltenes Turbinenrad aufweist. Das Turbinengehäuse definiert einen Einlass für das Turbinenrad. Ein Schaufelmechanismus mit variabler Position, der mehrere bewegbare Schaufeln aufweist, ist an dem Einlass für das Turbinenrad angeordnet. Das Verfahren umfasst, dass mittels eines Controllers, der einen Speicher aufweist, angewiesen wird, dass der Schaufelmechanismus mit variabler Position zu einer Zeit T1 eine Auslenkung der mehreren Schaufeln zwischen einer offenen Grenzposition und einer geschlossenen Grenzposition des Schaufelmechanismus ausführt, um einen anfänglichen Bewegungsbereich des Schaufelmechanismus zu identifizieren. Das Verfahren umfasst auch, dass der identifizierte anfängliche Bewegungsbereich des Schaufelmechanismus in dem Speicher des Controllers gespeichert wird. Das Verfahren umfasst zusätzlich, dass mittels des Controllers angewiesen wird, dass der Schaufelmechanismus mit variabler Position zu einer Zeit T2 eine Schaufelauslenkung zwischen der offenen Grenzposition und der geschlossenen Grenzposition ausführt, um einen gegenwärtigen Bewegungsbereich des Schaufelmechanismus zu identifizieren.
Das Verfahren umfasst auch, dass der identifizierte gegenwärtige Bewegungsbereich des Schaufelmechanismus in dem Speicher des Controllers gespeichert wird. Das Verfahren umfasst zusätzlich, dass der gegenwärtige Bewegungsbereich mittels des Controllers mit dem anfänglichen Bewegungsbereich des Schaufelmechanismus verglichen wird. Darüber hinaus umfasst das Verfahren, dass der anfängliche Bewegungsbereich des Schaufelmechanismus in dem Speicher des Controllers durch den gegenwärtigen Bewegungsbereich des Schaufelmechanismus ersetzt wird, wenn der gegenwärtige Bewegungsbereich gleich einem vorbestimmten Bewegungsbereich, der in dem Speicher des Controllers gespeichert ist, oder größer als dieser ist, um dadurch den Betrieb des VGT an die Abnutzung des Schaufelmechanismus zwischen der Zeit T1 und der Zeit T2 anzupassen.
Das Verfahren kann auch umfassen, dass mittels des Controllers ein Sensorindikator aktiviert wird, wenn der gegenwärtige Bewegungsbereich des Schaufelmechanismus kleiner als der vorbestimmte Bewegungsbereich ist.
Der Sensorindikator kann ein numerischer Code, der in den Controller programmiert ist, und/oder eine Warnleuchte sein.
Der Schaufelmechanismus mit variabler Position kann einen Aktuator aufweisen, der ausgebildet ist, um die Auslenkung der mehreren Schaufeln auszuführen, und um den anfänglichen und gegenwärtigen Bewegungsbereich des Schaufelmechanismus an den Controller zu übertragen.
Der VGT ist an einem Verbrennungsmotor in einem Kraftfahrzeug angebracht. Das Verfahren wird bei jedem Einschalten des Fahrzeugs oder bei jedem Ausschalten des Fahrzeugs ausgeführt.
Der Controller ist eine zentrale Verarbeitungseinheit, die in dem Fahrzeug angeordnet und ausgebildet ist, um den Betrieb des Motors zu regeln.
Ferner wird das Verfahren ausgelöst, indem mittels des Controllers bewertet wird, ob festgelegte Aktivierungskriterien erfüllt sind, bevor der anfängliche Bewegungsbereich des Schaufelmechanismus identifiziert wird.
Das Verfahren wird bei jedem Ausschalten des Fahrzeugs ausgeführt. In einem solchen Fall umfassen die festgelegten Aktivierungskriterien, dass eine Umgebungstemperatur größer als ein zuvor festgelegter Wert ist, dass eine Motor-Lufteinlasstemperatur innerhalb eines vorbestimmten akzeptierbaren Bereichs liegt, dass keine VGT-Betriebsstörungen vorliegen und dass keine Störungen des Schaufelmechanismus vorliegen.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist auf ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor gerichtet, der den VGT und den Controller verwendet, der ausgebildet ist, um den Betrieb des VGT wie vorstehend beschrieben zu regeln.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor, der einen Turbolader mit variabler Geometrie (VGT) gemäß der Offenbarung aufweist.
2 ist eine schematische, perspektivische und vergrößerte Ansicht des in 1 gezeigten Motors.
3 ist eine schematische Querschnittsansicht des in 1 und 2 gezeigten VGT.
4 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Anpassen des Betriebs des in 1 - 3 gezeigten VGT.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen überall in den verschiedenen Figuren gleichen oder ähnlichen Komponenten entsprechen, stellt 1 ein Fahrzeug 6 mit mehreren Rädern 8 dar, die durch einen Verbrennungsmotor (ICE) 10 angetrieben werden können. Wie in 2 gezeigt ist, weist der ICE 10 einen Zylinderblock 12 mit mehreren Zylindern 14 auf, die darin angeordnet sind. Der ICE 10 weist auch einen Zylinderkopf 16 auf. Jeder Zylinder 14 weist einen Kolben 18 auf, der ausgebildet ist, um darin eine Hubbewegung auszuführen. Der ICE 10 kann eine Funkenzündungs- oder eine Kompressionszündungskonstruktion sein.
Wie in 2 gezeigt ist, sind Verbrennungskammern 20 in den Zylindern 14 zwischen der unteren Fläche des Zylinderkopfs 16 und den Oberseiten der Kolben 18 gebildet. Wie Fachleuten bekannt ist, sind die Verbrennungskammern 20 ausgebildet, um Kraftstoff und Luft derart aufzunehmen, dass sich ein KraftstoffLuftgemisch für eine anschließende Verbrennung in diesen bilden kann. Der ICE 10 weist auch eine Kurbelwelle 22 auf, die ausgebildet ist, um sich in dem Zylinderblock 12 zu drehen. Die Kurbelwelle 22 wird durch die Kolben 18 infolge des erhöhten Drucks aufgrund der Verbrennung des Kraftstoff-Luftgemischs in den Verbrennungskammern 20 gedreht. Nachdem das Luft-Kraftstoffgemisch im Innern einer speziellen Verbrennungskammer 20 verbrannt ist, dient die Hubbewegung eines speziellen Kolbens 18 dazu, Nachverbrennungsgase 23 aus dem jeweiligen Zylinder 14 auszustoßen.
Der ICE 10 weist auch ein Einleitungssystem 24 auf, das ausgebildet ist, um eine Luftströmung 26 aus der Umgebung in die Zylinder 14 zu leiten. Das Einleitungssystem 24 umfasst eine Einlassluftleitung 28, einen Turbolader mit variabler Geometrie (VGT) 30 und einen Einlasskrümmer (nicht gezeigt). Obgleich dies nicht gezeigt ist, kann das Einleitungssystem 24 zusätzlich einen Luftfilter stromaufwärts des VGT 30 aufweisen, um Fremdpartikel und andere durch die Luft getragene Verunreinigungen aus der Luftströmung 26 zu entfernen. Die Einlassluftleitung 28 ist ausgebildet, um die Luftströmung 26 aus der Umgebung zu dem VGT 30 zu leiten, während der VGT ausgebildet ist, um die aufgenommene Luftströmung unter Druck zu setzen und die unter Druck stehende Luftströmung in den Einlasskrümmer auszustoßen. Der Einlasskrümmer verteilt wiederum die zuvor unter Druck gesetzte Luftströmung 26 für eine Mischung mit einer geeigneten Kraftstoffmenge und eine anschließende Verbrennung des resultierenden Kraftstoff-Luftgemischs auf die Zylinder 14.
Wie in 3 gezeigt ist, weist der VGT 30 eine Welle 34 mit einem ersten Ende 36 und einem zweiten Ende 38 auf. Die Welle 34 wird zur Drehung um eine Achse 40 mittels Lagern 42 getragen. Die Lager 42 sind in einem Lagergehäuse 44 angebracht und können durch eine Zufuhr von Öl geschmiert werden. Ein Turbinenrad 46 ist an der Welle 34 in der Nähe des ersten Endes 36 angebracht und ausgebildet, um mittels der Nachverbrennungsgase 23, die von den Zylindern 14 ausgestoßen werden, um die Achse 40 gedreht zu werden. Das Turbinenrad 46 ist im Innern eines Turbinengehäuses 48 gehalten, das eine Volute oder Schnecke 50 aufweist. Die Schnecke 50 definiert einen Einlass 54 für das Turbinenrad 46. Die Schnecke 50 nimmt die Nachverbrennungs-Abgase 23 auf und leitet die Abgase über den Einlass 54 zu dem Turbinenrad 46. Infolgedessen werden das Turbinenrad 46 und die Welle 34 mittels der Nachverbrennungsgase 23 um die Achse 40 gedreht. Die Schnecke 50 ist ausgebildet, um spezielle Leistungseigenschaften, wie beispielsweise Effizienz und Ansprechverhalten, des Turboladers 30 zu erreichen.
Der VGT 30 weist auch einen Schaufelmechanismus 52 mit variabler Position auf. Wie gezeigt ist, umfasst der Schaufelmechanismus 52 mehrere bewegbare Schaufeln 56, die an dem Einlass 54 angeordnet sind. Die Schaufeln 56 sind ausgebildet, um sich relativ zu dem Turbinengehäuse 48 zu bewegen, um ein spezielles Aspektverhältnis (A:R) des Einlasses 54 zum Turbinenrad 46 auszuwählen. Wie Fachleute verstehen werden, ist das Aspektverhältnis oder A:R als das Verhältnis der Breite einer Form zu deren Höhe definiert. Der Schaufelmechanismus 52 kann auch einen Aktuator 58 aufweisen. Wie gezeigt ist, ist der Aktuator 58 ausgebildet, um die Position des Schaufelmechanismus 52 und speziell der Schaufeln 56 selektiv zu variieren, um ein spezielles A:R des Einlasses 54 für das Turbinenrad 46 auszuwählen. Der Aktuator 58 kann eine elektromechanische Ausbildung aufweisen, so dass der Aktuator mit einer externen Anweisungsquelle in elektronischer Verbindung steht, wie beispielsweise mit einem Controller 60, der nachstehend im Detail beschrieben wird. Dementsprechend empfängt der Aktuator 58 ein Befehlssignal 62 von dem Controller 60, um die Position der Schaufeln 56 zu variieren und ein spezielles A:R des Einlasses 54 auszuwählen. Der Aktuator 58 ist auch ausgebildet, um den anfänglichen und gegenwärtigen Bewegungsbereich des Schaufelmechanismus an den Controller 60 zu übertragen. Der Aktuator 58 kann auch einen internen Prozessor (nicht gezeigt) aufweisen. In einem solchen Fall empfängt der Aktuator 58 die relevanten Daten, die Fahrzeug- und Motor-Betriebsbedingungen angeben, von dem Controller 60, ermittelt für diese Bedingungen ein geeignetes A:R des Einlasses 54 und wählt anschließend das betreffende A:R des Einlasses mittels der Schaufeln 58 aus.
Der Schaufelmechanismus 52 ist ausgebildet, um das effektive Aspektverhältnis (A:R) des VGT 30 selektiv zu verändern, indem die effektive Geometrie des Turboladergehäuses 48 entsprechend der Betriebsdrehzahl des ICE 10 verändert wird, und um dadurch eine erhöhte Betriebseffizienz des ICE zu ermöglichen. Die Betriebseffizienz des ICE 10 kann mittels der Verwendung des Schaufelmechanismus 52 erhöht werden, da ein typisches optimales A:R des ICE bei niedrigeren Betriebsdrehzahlen von demjenigen A:R sehr verschieden ist, das bei höheren Betriebsdrehzahlen optimal wäre. Bei einem Turbolader mit festem A:R kann der Turbolader dann, wenn das A:R zu groß ist, bei niedrigeren Drehzahlen einen nicht ausreichenden Ladedruck erzeugen, und andererseits kann der Turbolader bei höheren Drehzahlen, wenn das A:R zu klein ist, den ICE drosseln, was zu einem erhöhten Abgasgegendruck und zu Pumpverlusten sowie letztlich zu einer verringerten Leistungsausgabe führt. Indem die Geometrie des Turbinengehäuses 48 verändert wird, wenn der ICE 10 beschleunigt, kann das A:R des VGT 30 in der Nähe seines Optimalwerts gehalten werden. Als eine Konsequenz dieser Fähigkeit, in der Nähe des optimalen A:R zu arbeiten, zeigt der VGT 30 einen verringerten Betrag einer Ladedruckverzögerung, er weist einen geringeren Ladedruck-Schwellenwert auf, und er ist ebenso im Vergleich zu einem Turbolader mit einem festen A:R bei höheren Motordrehzahlen effizienter. Ein zusätzlicher Vorteil des VGT 30 ist, dass der VGT kein Ladedruck-Regelventil erfordert, um die Drehzahl des Turbinenrads 46 zu regeln.
Der VGT 30 weist auch ein Kompressorrad 64 auf, das an der Welle 34 zwischen dem ersten und dem zweiten Ende 36, 38 angebracht ist. Das Kompressorrad 64 ist ausgebildet, um die Luftströmung 26, die aus der Umgebung aufgenommen wird, für eine letztliche Zuführung zu den Zylindern 14 unter Druck zu setzen. Das Kompressorrad 64 ist im Innern einer Kompressorabdeckung 66 gehalten, die eine Volute oder eine Schnecke 68 aufweist. Die Schnecke 68 nimmt die Luftströmung 26 von dem Kompressorrad 64 auf, nachdem die Luftströmung komprimiert wurde. Die Schnecke 68 ist ausgebildet, um spezielle Leistungseigenschaften zu erreichen, wie beispielsweise eine Spitzenluftströmung und eine Spitzeneffizienz des VGT 30. Dementsprechend wird mittels der Nachverbrennungs-Abgase 23 eine Drehung auf die Welle 34 übertragen, welche das Turbinenrad 46 antreibt und wiederum aufgrund dessen, dass das Kompressorrad an der Welle befestigt ist, auf das Kompressorrad 64 übertragen wird. Wie Fachleute verstehen werden, beeinflusst die variable Strömung und die variable Kraft der Nachverbrennungs-Abgase 23 den Betrag des Ladedrucks, der über den Betriebsbereich des ICE 10 durch das Kompressorrad 64 erzeugt werden kann.
Wie in 1 gezeigt ist, weist das Fahrzeug 6 auch einen Controller 60 auf, der einen Speicher aufweist und ausgebildet ist, um den Betrieb des ICE 10 und speziell den Betrieb des VGT 30 zu regeln. Als Teil des Regelungsbetriebs des VGT 30 ist der Controller 60 programmiert, um die Steuerung des VGT 30 während der Lebensdauer des VGT basierend auf der Abnutzung anzupassen, welche der Schaufelmechanismus 52 mit der Zeit erfährt. Der Controller 60 kann eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), die verschiedene Funktionen im Fahrzeug 6 regelt, oder eine fest zugeordnete elektronische Steuereinheit (ECU) für den ICE 10 sein. Bei beiden Konfigurationen umfasst der Controller 60 einen Prozessor 60A und einen zugreifbaren, nichtflüchtigen Speicher 60B, der Anweisungen für den Aktuator 58 aufweist, die in diesen programmiert sind. Somit ist der Prozessor 60A ausgebildet, um die Anweisungen aus dem Speicher in dem Controller 60 auszuführen, um den ICE 10 zu regeln, einschließlich des Betriebs des Aktuators 58.
Der Controller 60 ist ausgebildet, um den Schaufelmechanismus 52 anzuweisen, mittels des Aktuators 58 zu einer Zeit T1 eine Schaufelauslenkung zwischen einer offenen Grenzposition 52A und einer geschlossenen Grenzposition 52B auszuführen, d.h. eine Auslenkung zwischen den Grenzen der mehreren Schaufeln 56, um einen anfänglichen Bewegungsbereich R1 des Schaufelmechanismus zu identifizieren. Die Zeit T1 kann ein Zeitpunkt sein, der während eines „heißen Tests“ des ICE 10 auftritt, d.h. während eines anfänglichen Betriebslaufs eines neu montierten Antriebsaggregats in einer Herstellungsanlage, um die Leistung des Antriebsaggregats zu verifizieren. Dementsprechend liefert der anfängliche Bewegungsbereich R1 des Schaufelmechanismus 52, welcher zu der Zeit T1 gemessen wird, einen Referenzdatenpunkt für eine anschließende Ermittlung der Abnutzung, die durch den Schaufelmechanismus erfahren wird. Der Controller 60 ist auch ausgebildet, um den identifizierten anfänglichen Bewegungsbereich R1 des Schaufelmechanismus 52 in dem Speicher 60B zu speichern.
Der Controller 60 ist auch ausgebildet, um den Schaufelmechanismus 52 anzuweisen, mittels des Aktuators 58 zu einer Zeit T2 eine Schaufelauslenkung zwischen einer offenen Grenzposition 56A und einer geschlossenen Grenzposition 56B der Schaufeln 56 auszuführen, um einen gegenwärtigen Bewegungsbereich R2 des Schaufelmechanismus zu identifizieren. Wie Fachleute verstehen werden, können die offene Grenzposition 56A und die geschlossene Grenzposition 56B über die Zeit konsistent bleiben oder sich aufgrund der Abnutzung des Schaufelmechanismus 52 ändern. Der Controller 60 ist zusätzlich ausgebildet, um den identifizierten gegenwärtigen Bewegungsbereich R2 der Schaufeln 56 in dessen Speicher 60B zu speichern. Der Controller 60 ist auch ausgebildet, um den gegenwärtigen Bewegungsbereich R2 mit dem anfänglichen Bewegungsbereich R1 des Schaufelmechanismus 52 zu vergleichen.
Darüber hinaus ist der Controller 60 ausgebildet, um den anfänglichen Bewegungsbereich R1 des Schaufelmechanismus 52 in dem Speicher 60B durch den gegenwärtigen Bewegungsbereich R2 des Schaufelmechanismus zu ersetzen, wenn der gegenwärtige Bewegungsbereich R2 gleich einem vorbestimmten Bewegungsbereich R3 oder größer als dieser ist. Der vorbestimmte Bewegungsbereich R3 ist in dem Speicher des Controllers 60B für ein anschließendes Abrufen und einen Vergleich mit dem gegenwärtigen Bewegungsbereich R2 gespeichert. Der vorstehend erwähnte vorbestimmte Bewegungsbereich R3 kann durch Konstruktionsberechnungen und/oder empirisch während des Testens und der Validierung des VGT 30 festgelegt werden, um eine Schwellenwertleistung des VGT anzugeben, die für ein akzeptierbares Verhalten des ICE 10 erforderlich ist. Somit ist das Ersetzen des anfänglichen Bewegungsbereichs R1 durch den gegenwärtigen Bewegungsbereich R2 des Schaufelmechanismus 52 im Speicher des Controllers 60, wenn der gegenwärtige Bewegungsbereich R2 gleich dem vorbestimmten Bewegungsbereich R3 oder größer als dieser ist, derart konfiguriert, d.h. ausgestaltet und programmiert, dass der Betrieb de VGT 30 und des ICE 10 entsprechend der tatsächlichen Abnutzung des Schaufelmechanismus 52 zwischen der Zeit T1 und der Zeit T2 angepasst wird. Der Controller 60 kann zusätzlich programmiert sein, um Steuerparameter des ICE 10, wie beispielsweise eine Kraftstoffzufuhrrate, entsprechend dem gegenwärtigen Bewegungsbereich R2 des Schaufelmechanismus 52 anzupassen, wenn der gegenwärtige Bewegungsbereich R2 gleich dem vorbestimmten Bewegungsbereich R3 oder größer als dieser ist.
Das Fahrzeug 6 kann auch einen Sensorindikator 72 aufweisen. Der Controller 60 ist ausgebildet, um den Sensorindikator 72 in dem Fall zu aktivieren, dass der gegenwärtige Bewegungsbereich R2 des Schaufelmechanismus 52 kleiner als der vorbestimmte Bewegungsbereich R3 ist. Der Sensorindikator 72 kann ein numerischer Code sein, der derart in den Controller 60 programmiert ist, dass der Code durch Servicepersonal während Diagnoseprozeduren für den ICE 10 abgerufen werden kann. Zusätzlich und nicht ausschließlich kann der Sensorindikator 72 eine Warnleuchte sein, die ausgebildet ist, um einen Bediener des vorliegenden Kraftfahrzeugs zu alarmieren. Der Controller 60 kann ebenso den Betrieb des VGT 30 bei jedem Start des ICE 10 regeln. Ferner kann der Controller 60 den Betrieb des VGT 30 in dem Fahrzeug 6 bei jedem Einschalten des Fahrzeugs oder bei jedem Ausschalten des Fahrzeugs regeln, d.h., wenn der Betrieb des Fahrzeugs jeweils gestartet oder gestoppt wird.
Zusätzlich kann der Controller 60 auch ausgebildet sein, d.h. programmiert sein und die entsprechende Hardware aufweisen, um einzuschätzen, ob festgelegte Aktivierungskriterien 74 erfüllt sind, bevor der anfängliche Bewegungsbereich R1 des Schaufelmechanismus 52 identifiziert wird, wie es beispielsweise in 1 dargestellt ist. Die festgelegten Aktivierungskriterien 74 können beispielsweise sein, dass die Temperatur der umgebenden Außenluft, d.h. die Umgebungstemperatur, größer als ein zuvor festgelegter Wert ist, dass die Motor-Lufteinlasstemperatur innerhalb eines vorbestimmten akzeptierbaren Bereichs liegt, dass keine Betriebsstörungen des VGT 30 vorliegen und dass keine Störungen des Schaufelmechanismus 52 vorliegen. Wie Fachleute verstehen werden, kann die Umgebungstemperatur durch einen Sensor 76 ermittelt werden, und die Motor-Lufteinlasstemperatur kann durch einen Sensor 78 ermittelt werden, von welchen beide für ein anschließendes Abrufen danach an den Controller 60 übertragen werden. Das Vorhandensein von Betriebsstörungen des VGT 30 und von Störungen des Schaufelmechanismus 52 kann durch den Controller 60 identifiziert und für ein anschließendes Abrufen in dem Speicher 60B gespeichert werden, beispielsweise bei jedem Abschalten des Fahrzeugs.
4 zeigt ein Verfahren 80 zum Anpassen der Steuerung des VGT 30, wie er vorstehend unter Bezugnahme auf 1 - 3 beschrieben ist. Das Verfahren 80 beginnt bei Rahmen 82 damit, dass der Controller 60 den Betrieb des ICE 10 regelt. Im Rahmen 82 kann das Verfahren zusätzlich umfassen, dass mittels des Controllers 60 eingeschätzt wird, ob festgelegte Aktivierungskriterien, wie sie vorstehend unter Bezugnahme auf 1 - 3 beschrieben sind, erfüllt sind, bevor der anfängliche Bewegungsbereich R1 des Schaufelmechanismus 52 identifiziert wird. Nach dem Rahmen 82 schreitet das Verfahren 80 zum Rahmen 84 voran, wo es umfasst, dass mittels des Controller 60 angewiesen wird, dass der Schaufelmechanismus 52 zu der Zeit T1 die Auslenkung der mehreren Schaufeln 56 zwischen der offenen Grenzposition 52A und der geschlossenen Grenzposition 52B ausführt, um den anfänglichen Bewegungsbereich R1 des Schaufelmechanismus zu identifizieren. Nach dem Rahmen 84 schreitet das Verfahren zum Rahmen 86 voran.
Im Rahmen 86 umfasst das Verfahren 80, dass der identifizierte anfängliche Bewegungsbereich R1 des Schaufelmechanismus 52 in dem Speicher 60B des Controllers 60 gespeichert wird. Nach dem Rahmen 86 schreitet das Verfahren 80 zum Rahmen 88 voran, wo das Verfahren umfasst, dass mittels des Controllers 60 angewiesen wird, dass der Schaufelmechanismus 52 zu der Zeit T2 die Auslenkung der mehreren Schaufeln 56 zwischen der offenen Grenzposition 56A und der geschlossenen Grenzposition 56B ausführt. Wie vorstehend unter Bezugnahme auf 1 - 3 diskutiert wurde, wird der Schaufelmechanismus 52 zu der Zeit T2 angewiesen, die Auslenkung der mehreren Schaufeln 56 zwischen der offenen Grenzposition 56A und der geschlossenen Grenzposition 56B auszuführen, um den gegenwärtigen Bewegungsbereich R2 des Schaufelmechanismus zu identifizieren. Nach dem Rahmen 86 schreitet das Verfahren 80 zum Rahmen 88 voran, wo das Verfahren umfasst, dass der identifizierte gegenwärtige Bewegungsbereich R2 des Schaufelmechanismus 52 in dem Speicher 60B des Controllers 60 gespeichert wird. Nach dem Rahmen 88 schreitet das Verfahren 80 zum Rahmen 90 voran, wo es umfasst, dass der gegenwärtige Bewegungsbereich R2 mittels des Controllers 60 mit dem anfänglichen Bewegungsbereich R1 des Schaufelmechanismus 52 verglichen wird. Nach dem Rahmen 90 schreitet das Verfahren zum Rahmen 92 voran.
Im Rahmen 92 umfasst das Verfahren 80, dass der anfängliche Bewegungsbereich R1 in dem Speicher 60B des Controllers 60 durch den gegenwärtigen Bewegungsbereich R2 des Schaufelmechanismus 52 ersetzt wird, wenn der gegenwärtige Bewegungsbereich R2 gleich dem vorbestimmten Bewegungsbereich R3, der in dem Speicher 60B des Controllers gespeichert ist, oder größer als dieser ist, um den Betrieb des VGT 30 an die Abnutzung des Schaufelmechanismus zwischen der Zeit T1 und der Zeit T2 anzupassen. Nach dem Rahmen 92 kann das Verfahren 80 zum Rahmen 94 voranschreiten, wo das Verfahren umfasst, dass mittels des Controllers 60 der Sensorindikator 72 aktiviert wird, wenn der gegenwärtige Bewegungsbereich R2 des Schaufelmechanismus 52 kleiner als der vorbestimmte Bewegungsbereich R3 ist. Entweder nach dem Rahmen 92 oder nach dem Rahmen 94 kann das Verfahren 80 in einer Schleife zum Rahmen 82 zurückgeführt werden. Dementsprechend kann der Controller 52 programmiert sein, um den Betrieb des VGT 30 und insbesondere des Schaufelmechanismus 52 kontinuierlich zu überwachen, um den Betrieb des VGT und des ICE 10 an die tatsächliche Abnutzung des Schaufelmechanismus zwischen der Zeit T1 und der Zeit T2 anzupassen.

Claims

Verfahren zum Anpassen des Betriebs eines Turboladers mit variabler Geometrie (VGT) (30), der ein Turbinengehäuse (48), ein Turbinenrad (46), das im Innern des Turbinengehäuses (48) gehalten und ausgebildet ist, um durch Nachverbrennungsgase (23) gedreht zu werden, wobei das Turbinengehäuse (48) einen Einlass (54) für das Turbinenrad (46) definiert, und einen Schaufelmechanismus (52) mit variabler Position aufweist, der mehrere bewegbare Schaufeln (56) aufweist, die an dem Einlass (54) angeordnet sind, wobei das Verfahren umfasst, dass: mittels eines Controllers (60), der einen Speicher aufweist, angewiesen wird, dass der Schaufelmechanismus (52) mit variabler Position zu einer Zeit T1 eine Auslenkung der mehreren Schaufeln (56) zwischen einer offenen Grenzposition (52A) und einer geschlossenen Grenzposition (52B) ausführt, um einen anfänglichen Bewegungsbereich R1 des Schaufelmechanismus (52) zu identifizieren; der identifizierte anfängliche Bewegungsbereich R1 des Schaufelmechanismus (52) in dem Speicher des Controllers (60) gespeichert wird; mittels des Controllers (60) angewiesen wird, dass der Schaufelmechanismus (52) mit variabler Position zu einer Zeit T2 die Auslenkung der mehreren bewegbaren Schaufeln (56) zwischen einer offenen Grenzposition (56A) und einer geschlossenen Grenzposition (56B) ausführt, um einen gegenwärtigen Bewegungsbereich R2 des Schaufelmechanismus (52) zu identifizieren; der identifizierte gegenwärtige Bewegungsbereich R2 des Schaufelmechanismus (52) in dem Speicher des Controllers (60) gespeichert wird; der gegenwärtige Bewegungsbereich R2 mittels des Controllers (60) mit dem anfänglichen Bewegungsbereich R1 des Schaufelmechanismus (52) verglichen wird; und der anfängliche Bewegungsbereich R1 des Schaufelmechanismus (52) in dem Speicher des Controllers (60) durch den gegenwärtigen Bewegungsbereich R2 des Schaufelmechanismus (52) ersetzt wird, wenn der gegenwärtige Bewegungsbereich R1 gleich einem vorbestimmten Bewegungsbereich R3, der in dem Speicher des Controllers (60) gespeichert ist, oder größer als dieser ist, um dadurch den Betrieb des VGT (30) an die Abnutzung des Schaufelmechanismus (52) zwischen der Zeit T1 und der Zeit T2 anzupassen, wobei der VGT (30) an einem Verbrennungsmotor (10) in einem Kraftfahrzeug (6) angebracht ist, wobei das Verfahren bei jedem Einschalten des Fahrzeugs (6) oder bei jedem Ausschalten des Fahrzeugs (6) ausgeführt wird und wobei der Controller (60) eine zentrale Verarbeitungseinheit ist, die in dem Fahrzeug (6) angeordnet und ausgebildet ist, um den Betrieb des Motors (10) zu regeln, wobei das Verfahren ausgelöst wird, indem mittels des Controllers (60) bewertet wird, ob festgelegte Aktivierungskriterien (74) erfüllt sind, bevor der anfängliche Bewegungsbereich R1 des Schaufelmechanismus (52) identifiziert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bei jedem Ausschalten des Fahrzeugs (6) ausgeführt wird und die festgelegten Aktivierungskriterien (74) umfassen, dass eine Umgebungstemperatur größer als ein zuvor festgelegter Wert ist, dass eine Motor-Lufteinlasstemperatur innerhalb eines vorbestimmten akzeptierbaren Bereichs liegt, dass keine Betriebsstörungen des VGT (30) vorliegen und dass keine Störungen des Schaufelmechanismus (52) vorliegen.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass ein Sensorindikator (72) mittels des Controllers (60) aktiviert wird, wenn der gegenwärtige Bewegungsbereich R2 des Schaufelmechanismus (52) kleiner als der vorbestimmte Bewegungsbereich R3 ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Sensorindikator (72) ein numerischer Code, der in den Controller (60) programmiert ist, und/oder eine Warnleuchte ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schaufelmechanismus (52) mit variabler Position einen Aktuator (58) aufweist, der ausgebildet ist, um die Auslenkung der mehreren Schaufeln (56) auszuführen und um den anfänglichen sowie den gegenwärtigen Bewegungsbereich R1, R2 des Schaufelmechanismus (52) an den Controller (60) zu übertragen.
Fahrzeug (6), das umfasst: einen Verbrennungsmotor (10), der aufweist: einen Zylinder (14), der zum Aufnehmen eines Luft-Kraftstoffgemischs für eine Verbrennung in diesem ausgebildet ist; einen Hubkolben (18), der im Innern des Zylinders (14) angeordnet und ausgebildet ist, um Nachverbrennungsgase (23) aus dem Zylinder (14) auszustoßen; und einen Turbolader mit variabler Geometrie (VGT) (30), der aufweist: ein Turbinengehäuse (48); ein Turbinenrad (46), das im Innern des Turbinengehäuses (48) gehalten und ausgebildet ist, um durch die Nachverbrennungsgase (23) gedreht zu werden, wobei das Turbinengehäuse (48) einen Einlass für das Turbinenrad (46) definiert; einen Schaufelmechanismus (52) mit variabler Position, der mehrere bewegbare Schaufeln (56) aufweist, die an einem Einlass (54) für das Turbinenrad (46) angeordnet sind; und ein Kompressorrad (64), das an einer Welle (34) des VGT (30) zwischen einem ersten und einem zweiten Ende (36, 38) der Welle (34) angebracht und ausgebildet ist, um eine Luftströmung (26) unter Druck zu setzen, die aus der Umgebung für eine Zuführung zu dem Zylinder (14) aufgenommen wird; und einen Controller (60), der einen Speicher aufweist und ausgebildet ist, um den Betrieb des VGT (30) zu regeln, indem: angewiesen wird, dass der Schaufelmechanismus (52) mit variabler Position zu einer Zeit T1 eine Auslenkung der mehreren Schaufeln (56) zwischen einer offenen Grenzposition (52A) und einer geschlossenen Grenzposition (52B) ausführt, um einen anfänglichen Bewegungsbereich R1 des Schaufelmechanismus (52) zu identifizieren; der identifizierte anfängliche Bewegungsbereich R1 des Schaufelmechanismus (52) in dem Speicher gespeichert wird; angewiesen wird, dass der Schaufelmechanismus (52) mit variabler Position zu einer Zeit T2 eine Auslenkung der mehreren Schaufeln (56) zwischen einer offenen Grenzposition (56A) und einer geschlossenen Grenzposition (56B) ausführt, um einen gegenwärtigen Bewegungsbereich R2 des Schaufelmechanismus (52) zu identifizieren; der identifizierte gegenwärtige Bewegungsbereich R2 des Schaufelmechanismus (52) in dem Speicher gespeichert wird; der gegenwärtige Bewegungsbereich R2 mit dem anfänglichen Bewegungsbereich R1 des Schaufelmechanismus (52) verglichen wird; und der anfängliche Bewegungsbereich R1 des Schaufelmechanismus (52) in dem Speicher durch den gegenwärtigen Bewegungsbereich R2 des Schaufelmechanismus (52) ersetzt wird, wenn der gegenwärtige Bewegungsbereich R2 gleich einem vorbestimmten Bewegungsbereich R3, der in dem Speicher des Controllers (60) gespeichert ist, oder größer als dieser ist, um dadurch den Betrieb des VGT (30) an die Abnutzung des Schaufelmechanismus (52) zwischen der Zeit T1 und der Zeit T2 anzupassen, wobei mittels des Controllers (60) bewertet wird, ob festgelegte Aktivierungskriterien erfüllt sind, bevor der anfängliche Bewegungsbereich R1 des Schaufelmechanismus (52) identifiziert wird, und wobei die festgelegten Aktivierungskriterien umfassen, dass eine Umgebungstemperatur größer als ein zuvor festgelegter Wert ist, dass eine Motor-Lufteinlasstemperatur innerhalb eines vorbestimmten akzeptierbaren Bereichs liegt, dass keine Betriebsstörungen des VGT (30) vorliegen und dass keine Störungen des Schaufelmechanismus (52) vorliegen.
Fahrzeug (6) nach Anspruch 5, das ferner einen Sensorindikator (72) umfasst, wobei der Controller (60) ausgebildet ist, um den Sensorindikator (72) zu aktivieren, wenn der gegenwärtige Bewegungsbereich R2 des Schaufelmechanismus (52) kleiner als der vorbestimmte Bewegungsbereich R3 ist, und wobei der Sensorindikator (72) ein numerischer Code, der in den Controller (60) programmiert ist, und/oder eine Warnleuchte ist.
Fahrzeug (6) nach Anspruch 5, wobei der Schaufelmechanismus (52) mit variabler Position einen Aktuator (58) aufweist, der ausgebildet ist, um die Auslenkung der mehreren Schaufeln (56) auszuführen und um den anfänglichen und den gegenwärtigen Bewegungsbereich R1, R2 des Schaufelmechanismus (52) an den Controller (60) zu übertragen, und wobei der Controller (60) den Betrieb des VGT (30) bei jedem Einschalten des Fahrzeugs (6) oder bei jedem Ausschalten des Fahrzeugs (6) regelt.