DE102015107941A1 - System und Verfahren zur Bestimmung von Turbinendegradation und zur Abschwächung von Turbinendegradation in einem Turbolader mit variabler Geometrie - Google Patents

System und Verfahren zur Bestimmung von Turbinendegradation und zur Abschwächung von Turbinendegradation in einem Turbolader mit variabler Geometrie Download PDF

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Abstract

Ein Verfahren für das Betreiben eines Fahrzeugsystems ist hierin beschrieben. Das Verfahren umfasst das Anzeigen einer Degradation einer Turbine (16) mit variabler Geometrie auf Basis eines Vergleichs eines modellierten Turbinendruckwertesatzes und eines abgefühlten Turbinendruckwertesatzes, wobei jeder Turbinendruckwertesatz einen Druckwert stromaufwärts der Turbine (16) und einen Druckwert stromabwärts der Turbine (16) umfasst, und die Turbine (16) mit variabler Geometrie stromabwärts eines Motorzylinders (30) angeordnet ist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein System und ein Verfahren zur Bestimmung von Turbinendegradation und zur Abschwächung von Turbinendegradation in einem Turbolader mit variabler Geometrie.
  • Hintergrund und Zusammenfassung
  • Aufgeladene Motoren können etliche Vorteile, beispielsweise geringere Emissionen und erhöhte Treibstoffeffizienz, im Vergleich zu Saugmotoren mit ähnlicher Motorleistung mit sich bringen. Darüber hinaus können aufgeladene Motoren leichter als Saugmotoren mit ähnlicher Motorleistung sein. In der Folge wird die Fahrzeugeffizienz erhöht, wenn Motoren durch Vorrichtungen, beispielsweise Turbolader, aufgeladen werden. Somit weisen Aufladevorrichtungen viele Vorteile auf und sind daher in einigen Motorkonstruktionen integriert, um die Leistungsfähigkeit und Treibstoffersparnis zu verbessern.
  • Turbolader können jedoch zeitliche Verzögerungen während gewisser Betriebsbedingungen, wie beispielsweise Tip-In, Starten etc., erfahren. Die zeitliche Verzögerung verringert die Motorleistung und verzögert die Gasannahme, wobei die Fahrzeugeffizienz beeinträchtigt wird und die Zufriedenheit der Kunden abnimmt. Darüber hinaus können Turbolader mit fixierten Leitschaufeln nur so dimensioniert sein, dass sie innerhalb eingeschränkter Bereiche von Motordrehzahlen und Last mit hohem Wirkungsgrad arbeiten, wodurch der Motorbetriebswirkungsgrad in gewissen Bereichen verringert wird, um einen Vorteil in anderen Bereichen bereitzustellen. Im Besonderen können einige Turbolader eine Schwellwertdrehzahl, unterhalb der ein Kompressor eine vernachlässigbare Aufladung für den Motor bereitstellt, und auch einen Durchflussbegrenzungsbereich aufweisen, wo ein zusätzliches Strömen durch den Turbolader nicht erzielt werden kann, ungeachtet der der Turbine entnommenen Leistung. Daher kann die Motorleistung bei Betreiben des Motors unter der Grenzdrehzahl oder über dem Durchflussbegrenzungsbereich beeinträchtigt sein.
  • US 8,109,091 offenbart einen Turbolader mit variabler Geometrie, der konfiguriert ist, das Aspektverhältnis der Turbine auf Basis von Motorbedingungen abzuändern. US 8,109,091 offenbart auch ein Steuerungssystem, das verschiedene Module anwendet, um zu bestimmen, ob die Leitschaufeln in der Turbine feststecken oder blockiert sind. Die Module berücksichtigen lediglich die Motordrehzahl, die Motorlast und die Motortemperatur, um zu bestimmen, ob die Leitschaufeln feststecken oder blockiert sind. Die Erfinder haben jedenfalls mehrere Nachteile des in der US 8,109,091 geoffenbarten VGT-Systems und des Steuerungsverfahrens erkannt. Die Anwendung von Motordrehzahl, Motorlast und Motortemperatur alleine für das Bestimmen hinsichtlich des Steckenbleibens von Leitschaufeln stellt vielleicht kein ausreichend genaues Bestimmen während gewisser Motorbetriebsbedingungen dar, und kann beispielsweise dazu führen, dass das Steckenbleiben der Leitschaufeln nicht erkannt wird. Das in US 8,109,091 geoffenbarte Steuerungsverfahren bestimmt lediglich, dass der Motor in einem unerwünschten Motordrehzahl-, Motorlast- und Motortemperaturbereich ungeachtet des Turbinenbetriebs arbeitet. Als Folge davon kann der Turbinenleitschaufelmechanismus übermäßiger Reibung ausgesetzt sein, was zu Korrosion und Verschleiß in der Turbine führt, was sie aufgrund anderer, auf den Leitschaufelmechanismus und/oder auf andere Komponenten wirkenden Kräfte anfälliger für ein Steckenbleiben machen kann. Es wird darauf hingewiesen, dass eine Anwendung von Motordrehzahl, Motorlast und Motortemperatur alleine jene Geräuschfaktoren nicht einkalkulieren und eine genaue Bestimmung über ein Steckenbleiben von Leitschaufeln liefern kann. Im Besonderen können übermäßige aerodynamische Belastungen auf die Turbine während gewisser Betriebsbedingungen einwirken, die die Turbinenreaktion verlangsamen und ein Steckenbleiben hervorrufen können, und das Problem wird nicht angesprochen. Überdies kann die bloße Anwendung von Motordrehzahl, Motorlast und Motortemperatur, um eine Turbinenleitschaufeldegradation zu bestimmen, zu falschen Bestimmungen von Degradation (beispielsweise Fehlfunktion) führen. In der Folge können unnötige Maßnahmen getroffen werden, um dieses Falsche positiv zu lösen, was die Fahrzeugleistungsfähigkeit beeinträchtigen kann, Emissionen erhöhen kann etc.
  • Die Erfinder hierin haben die obigen Probleme erkannt und ein Verfahren zum Betreiben eines Motorsystems entwickelt. Das Verfahren umfasst das Anzeigen einer Degradation einer Turbine mit variabler Geometrie auf Basis eines Vergleichs eines modellierten Turbinendruckwertesatzes und eines abgefühlten Turbinendruckwertesatzes, wobei jeder Turbinendruckwertesatz einen Druckwert stromaufwärts der Turbine und einen Druckwert stromabwärts der Turbine umfasst und die Turbine mit variabler Geometrie stromabwärts eines Motorzylinders angeordnet ist. Auf diese Art und Weise kann ein Vergleich von modellierten Drücken an der Turbine und abgefühlten Drücken an der Turbine angewandt werden, um Turbinendegradation zu bestimmen, wodurch die Genauigkeit und Geschwindigkeit dieser Bestimmung erhöht wird. Eine rasche Bestimmung eines Degradationszustands kann die Fähigkeit der Ausführung von erfolgreichen Abschwächungsmaßnahmen durch ein Erfassen des Degradationszustandes verbessern, bevor die aerodynamischen Kräfte noch größer werden und daher noch schwieriger zu korrigieren sind. In der Folge kann eine Turbinendegradation über einen weiten Bereich von Motorbetriebsbedingungen diagnostiziert werden.
  • Ferner kann in einigen Beispielen das Verfahren in Reaktion auf die Bestimmung der Degradation einer Turbine mit variabler Geometrie das Auswählen einer Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahme aus einer Gruppe von Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahmen umfassen, die auf dem Vergleich des modellierten Turbinendruckwertesatzes und dem abgefühlten Turbinendruckwertesatzes basieren. Diese Auswahl kann angepasst werden, um eine gewünschte Reaktion bereitzustellen, um den Zustand ohne übermäßige Maßnahmen zu entschärfen, die sich auf einen Fahrzeugbetrieb negativ auswirken können. Ein Beispiel dafür wäre, wenn der Motor bei sehr hoher Drehzahl und Last läuft und für diesen Zustand eine rasche Entschärfung wünschenswert wäre, dann kann eine wirksame Turbinenabschwächung die Aktivierung eines Turbinen-Bypass-Ventils sein, um weitere Schäden am Motor durch Überdruckbeaufschlagung zu vermeiden. In einem weiteren Beispiel, wenn ein Motor bei niedrigerer Last mit niedrigerem Druck laufen würde, dann könnte die Reaktion darauf die Anwendung einer Abschwächungsmaßnahme sein, die eine geringere Wirkung auf den Fahrzeugbetrieb hat, um die Turbinendegradation zu entschärfen, ungünstige Auswirkungen der Abschwächungsmaßnahme jedoch verringert (beispielsweise einschränkt).
  • Auf diese Art und Weise kann eine Vorgangsweise ausgewählt werden, die die Turbinendegradation (beispielweise Fehlfunktion) während der aktuellen Betriebsbedingungen abschwächt (beispielsweise im Wesentlichen eliminiert), um den Turbinenbetriebsablauf nach einer Turbinendegradationsdiagnostizierung zu verbessern. In der Folge kann der Turbinenbetrieb verbessert und die Wahrscheinlichkeit, dass die Turbine übermäßigen Druckverhältnissen ausgesetzt ist, erheblich verringert werden, was die Turbinenlanglebigkeit erhöht.
  • Obige Vorteile und andere Vorteile, und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Alleinstellung oder in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen leicht erkennbar sein.
  • Es sollte klargestellt werden, dass obige Zusammenfassung in vereinfachter Form der Vorstellung einer Auswahl an Konzepten dient, die in der ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben sind. Sie soll keine Schlüsselmerkmale oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstandes ermitteln, dessen Schutzumfang in einzigartiger Weise durch die auf die ausführliche Beschreibung folgenden Ansprüche definiert ist. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die irgendwelche oben oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung vermerkte Nachteile lösen. Zusätzlich dazu sind die obigen Themenpunkte durch die Erfinder hierin verstanden, und nicht als bekannt anerkannt worden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt eine schematische Beschreibung eines Fahrzeugs mit einem Motor und einem Turbolader mit variabler Geometrie;
  • 2 zeigt eine Darstellung einer beispielhaften Turbine mit variabler Geometrie, die vom in 1 gezeigten Fahrzeug umfasst sein kann;
  • 3–5 zeigen verschiedene Verfahren zum Betreiben eines Motorsystems;
  • 6 zeigt eine Tabelle von Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahmen, die über das in 1 gezeigte Motorsystem und die in den 3–5 gezeigten Verfahren implementiert werden kann;
  • 7 zeigt ein weiteres Verfahren für den Betrieb eines Motorsystems; und
  • 8 zeigt eine Tabelle von Eintrittsbedingungen.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Ein System und Verfahren zur Bestimmung und Abschwächung von Turbinendegradation in einem Turbolader mit variabler Geometrie ist hierin beschrieben. Im Besonderen können das System und Verfahren angewandt werden, um eine Turbinendegradation auf Basis eines Vergleichs von modellierten und abgefühlten Druckwerten stromaufwärts und stromabwärts der Turbine genau zu bestimmen. Auf diese Art und Weise kann ein Vergleich von modellierten Drücken an der Turbine und abgefühlten Drücken an der Turbine angewandt werden, um die Genauigkeit einer Turbinendegradationsbestimmung zu erhöhen. In der Folge kann eine Turbinendegradation (beispielsweise eine Fehlfunktion) über einen weiten Bereich von Motorbetriebsbedingungen und schneller diagnostiziert werden, wodurch die Turbinendegradationsdiagnoseverfahren im Fahrzeugsystem verbessert werden. Ferner kann in einigen Beispielen das Verfahren zusätzlich in Reaktion auf das Bestimmen einer Degradation einer Turbine mit variabler Geometrie das Auswählen einer oder mehrerer Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahmen aus einer Gruppe von Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahmen auf Basis des Vergleichs des modellierten Turbinendruckwertesatzes und des abgefühlten Turbinendruckwertesatzes umfassen. Auf diese Art und Weise können eine oder mehrere Maßnahmen, die in Alleinstellung oder synergistisch eine Turbinendegradation abschwächen (beispielsweise im Wesentlichen eliminieren), ausgewählt werden, um den Turbinenbetrieb zu verbessern, nachdem die Turbinendegradation stabil diagnostiziert worden ist. In der Folge kann der Turbinenbetrieb verbessert werden und die Wahrscheinlichkeit, dass die Turbine übermäßigen Druckverhältnissen ausgesetzt ist, erheblich verringert werden, wodurch die Langlebigkeit der Turbine erhöht wird. Ferner wird davon ausgegangen, dass die Maßnahmen ausgewählt werden, die für den aktuellen Motorzustand geeignet sind, um die Wahrscheinlichkeit von Überdruckbedingungen in der Turbine zu verringern.
  • 1 zeigt schematisch Aspekte eines beispielhaften Motorsystems 100, das einen Motor 10 umfasst. Das Motorsystem 100 kann in einem Fahrzeug 102 umfasst sein. Das Motorsystem 100 kann den Motor 10 und zusätzliche Komponenten umfassen, die in 1 abgebildet und ausführlicher hierin beschrieben sind. Im abgebildeten Beispiel ist der Motor 10 ein aufgeladener Motor, der mit einem Turbolader 13, umfassend einen durch eine Turbine 16 angetriebenen Kompressor 14, gekoppelt ist. Der Kompressor 14 kann mechanisch mit der Turbine 16 über eine geeignete mechanische Komponente, beispielsweise eine Antriebswelle, gekoppelt sein. Der Kompressor 14 ist konfiguriert, den Druck der Ansaugluft zu erhöhen, um den Motor 10 aufzuladen. Andererseits ist die Turbine 16 konfiguriert, Abgas vom Motor zu empfangen und den Kompressor 14 anzutreiben. Die Turbine 16 umfasst eine Vielzahl an Leitschaufeln 60. Die Leitschaufeln 60 sind beweglich, um das Aspektverhältnis der Turbine 16 zu verändern. Somit kann die Turbine als eine Turbine mit variabler Geometrie (VGT) bezeichnet werden. Somit sind die Leitschaufeln 60 beweglich, um das Aspektverhältnis der Turbine zu erhöhen oder zu vermindern. In der Folge kann der Turbolader auf Basis von Motorbetriebszuständen (beispielsweise Drehzahl, Last, Motortemperatur etc.) angepasst werden, um Motorabgasemissionen zu verringern und/oder die Motorleistungsausgabe zu erhöhen, wodurch, je nach Bedarf, der Motorwirkungsgrad erhöht wird. Eine Betätigungsvorrichtung 62 ist an die Vielzahl der Leitschaufeln 60 gekoppelt. Die Betätigungsvorrichtung 62 ist konfiguriert, die Stellungen der Vielzahl der Leitschaufeln 60 abzuändern. Die Betätigungsvorrichtung kann ein hydraulischer Aktuator sein, der, in einem Beispiel, über ein Motoröldruckmagnetventil gesteuert wird. In einem weiteren Beispiel kann die Betätigungsvorrichtung 62 eine elektronische Betätigungsvorrichtung sein. In einem solchen Beispiel kann die Betätigungsvorrichtung 62 in elektronischer Kommunikation mit der Steuerungseinheit 150 sein.
  • Frischluft wird entlang einem Ansaugkanal 42 in den Motor 10 über einen Filter 12 eingebracht und strömt zum Kompressor 14. Der Filter 12 kann konfiguriert sein, Partikel aus der Ansaugluft zu beseitigen. Eine Durchströmrate an Umgebungsluft, die in das Ansaug-Untersystem durch den Ansaugkanal 42 hindurch eintritt, kann zumindest teilweise durch ein Einstellen von Drossel 20 gesteuert werden. Die Drossel 20 umfasst eine Drosselklappe 21. Die Drosselklappe 21 ist einstellbar, um die Luftstrommenge zu regulieren, die den stromabwärts angeordneten Komponenten (beispielsweise den Zylindern 30) bereitgestellt wird. Die Drossel 20 kann in elektronischer Kommunikation mit der Steuerungseinheit 150 sein. Jedoch ist in anderen Beispielen, wie beispielsweise im Fall eines Dieselmotors, die Drossel vielleicht nicht im Motor umfasst.
  • Der Kompressor 14 kann jeder beliebige geeignete Ansaugluftkompressor sein. Im Motorsystem 10 ist der Kompressor ein Turbolader-Kompressor, der mit der Turbine 16 über eine (nicht gezeigte) Welle mechanisch gekoppelt ist, wobei die Turbine 16 durch sich ausdehnendes Motorabgas angetrieben wird. In einem Beispiel kann der Turbolader ein Turbolader mit variabler Geometrie (VGT) sein, worin die Turbinengeometrie als eine Motordrehzahl- und/oder Last-Funktion aktiv variiert werden kann. Wie dargestellt, umfasst die Turbine 16 bewegliche Leitschaufeln 60, die über eine Betätigungsvorrichtung 62 einstellbar sind, was hierin ausführlich besprochen wird.
  • Das Fahrzeug 102 umfasst ein Ansaugluft-Untersystem 104, umfassend den Ansaugkanal 42, den Filter 12, den Kompressor 14, den Ladeluftkühler 18, die Drossel 20 und den Ansaugkrümmer 22. Das Ansaug-Untersystem 104 kann ferner Ansaugventile (beispielsweise Sitzventile) umfassen, die mit den Zylindern 30 gekoppelt sind. Das Ansaug-Untersystem 104 ist in Fluid-Kommunikation mit dem Motor 10. Im Besonderen ist das Ansaug-Untersystem 104 konfiguriert, den Zylindern 30 Ansaugluft bereitzustellen.
  • Das Fahrzeug 102 umfasst ferner ein Abgas-Untersystem 106. Das Abgas-Untersystem 106 kann den Abgaskrümmer 36, die Turbine 16, die Emissionssteuerungsvorrichtung 70 und die Abgasleitung 35 umfassen. Das Abgas-Untersystem 106 umfasst ferner eine Turbinen-Bypass-Leitung 80 und ein Turbinen-Bypass-Ventil 86, die hierin ausführlich besprochen werden. Es wird davon ausgegangen, dass das Abgassystem zusätzliche Komponenten, beispielsweise Abgasventile, Leitungen, Abgasschalldämpfer etc. umfassen kann.
  • Wie in 1 gezeigt, ist der Kompressor 14 durch den Ladeluftkühler 18 mit der Drossel 20 gekoppelt. Die Drossel 20 ist mit dem Motoransaugkrümmer 22 gekoppelt. Vom Kompressor strömt die komprimierte Luftaufladung durch den Ladeluftkühler und die Drosselklappe hindurch zum Ansaugkrümmer. Der Ladeluftkühler kann beispielsweise ein Luft-Luft- oder ein Luft-Wasser-Wärmetauscher sein. Im in 1 gezeigten Beispiel wird der Druck der Luftladung innerhalb des Ansaugkrümmers durch einen Luftladedruck(MAP)-Sensor 24 abgefühlt. Ein (nicht gezeigtes) Kompressor-Bypass-Ventil kann im Ansaugsystem in anderen Beispielen umfasst sein. In einem solchen Beispiel kann das Kompressor-Bypass-Ventil ein normal geschlossenes Ventil sein, das konfiguriert ist, sich unter ausgewählten Betriebsbedingungen zu öffnen, um übermäßigen Ladedruck zu entlasten. Beispielsweise kann das Kompressor-Bypass-Ventil unter Bedingungen abnehmender Motordrehzahl geöffnet werden, um ein Kompressorpumpen zu verhindern. In anderen Beispielen kann das Kompressor-Bypass-Ventil auf Wunsch aus dem Motorsystem weggelassen werden.
  • Der Ansaugkrümmer 22 ist mit einer Reihe von Zylindern 30 durch eine Reihe von (nicht dargestellten) Ansaugventilen hindurch gekoppelt. Die Zylinder sind ferner mit einem Abgaskrümmer 36 über eine Reihe von (nicht dargestellten) Abgasventilen gekoppelt. Im abgebildeten Beispiel ist ein Einzel-Abgaskrümmer 36 gezeigt. In anderen Beispielen jedoch kann der Abgaskrümmer eine Vielzahl an Abgaskrümmerteilabschnitten umfassen. Konfigurationen mit einer Vielzahl an Abgaskrümmerteilabschnitten können bewirken, dass ein Ausfluss aus verschiedenen Zylindern an verschiedene Stellen im Motorsystem geleitet wird.
  • Zylinder 30 können mit einem oder mehreren Treibstoffen beliefert werden, beispielsweise mit Benzin, einer Alkohol-Kraftstoffmischung, Diesel, Biodiesel, Druckerdgas etc. Es wird davon ausgegangen, dass der Motor irgendeinen der vorgenannten Treibstoffe verwerten kann. Treibstoff kann den Zylindern über einen Treibstoffinjektor 66 zugeführt werden. Im abgebildeten Beispiel ist der Treibstoffinjektor 66 für eine direkte Einspritzung konfiguriert, obwohl der Treibstoffinjektor 66 in anderen Beispielen für eine Kanal-Einspritzung oder eine Drosselventilgehäuse-Einspritzung konfiguriert sein kann. Ferner kann jeder Zylinder eine oder mehrere Treibstoffinjektoren verschiedener Konfigurationen umfassen, um jeden Zylinder in die Lage zu versetzen, Treibstoff über eine Direkteinspritzung, Kanal-Einspritzung, Drosselventilgehäuse-Einspritzung oder Kombinationen davon zugeführt zu bekommen. In den Zylindern kann die Verbrennung über eine Funkenzündung und/oder eine Kompressionszündung initiiert werden. Der Treibstoffinjektor kann in Fluid-Kommunikation mit einem (nicht dargestellten) Treibstofftank sein, der zur Speicherung von einem Treibstoff konfiguriert ist. Der Treibstoffinjektor und der Treibstofftank können in einem Treibstoffzufuhrsystem enthalten sein, das darüber hinaus eine oder mehrere Pumpen, Filter, Ventile etc. umfassen kann. Im Fall eines Ottomotors können die Zündvorrichtungen mit den Zylindern gekoppelt sein.
  • Abgas vom Abgaskrümmer 36 wird zur Turbine 16 geleitet, um die Turbine anzutreiben. Der Strom von der Turbine strömt dann durch eine Emissionssteuerungsvorrichtung 70 hindurch. Im Allgemeinen können eine oder mehrere Emissionssteuerungsvorrichtungen 70 einen oder mehrere Abgas-Nachbehandlungskatalysatoren umfassen, die zur katalytischen Behandlung des Abgasstroms konfiguriert sind, wodurch ein Anteil von einer oder mehreren Substanzen im Abgasstrom verringert wird. Beispielsweise kann ein Abgas-Nachbehandlungskatalysator konfiguriert sein, NOx aus dem Abgasstrom abzufangen, wenn der Abgasstrom mager ist, und das abgefangene NOx zu reduzieren, wenn der Abgasstrom fett ist. In anderen Beispielen kann ein Abgas-Nachbehandlungskatalysator konfiguriert sein, das NOx zu disproportionieren oder das NOx mit Hilfe eines Reduktionsmittels selektiv zu vermindern. In noch weiteren Beispielen kann ein Abgas-Nachbehandlungskatalysator konfiguriert sein, verbleibende Kohlenwasserstoffe und/oder Kohlenmonoxid im Abgasstrom zu oxidieren. Unterschiedliche Abgas-Nachbehandlungskatalysatoren mit irgendeiner solchen Funktionalität können in Washcoats oder irgendwo anders in den Abgas-Nachbehandlungsstufen entweder separat oder gemeinsam angeordnet werden. In einigen Beispielen können die Abgas-Nachbehandlungsphasen einen erneuerbaren Rußfilter umfassen, der konfiguriert ist, Rußpartikel im Abgasstrom abzufangen und zu oxidieren. Alle oder ein Teil des behandelten Abgases aus der Emissionssteuerungsvorrichtung 70 können in die Atmosphäre über eine Abgasleitung 35 freigesetzt werden.
  • Je nach den Betriebsbedingungen kann ein Teil des Abgases vom Abgaskrümmer 36 stromaufwärts der Turbine 16 zum Ansaugkrümmer 22 stromabwärts des Kompressors 14 über den EGR-Durchlass 51 durch den EGR-Kühler 50 und das EGR-Ventil 52 hindurch rezirkuliert werden. Auf diese Art und Weise kann eine Hochdruck-Abgasrückführung (HP-EGR) ermöglicht werden. Es wird davon ausgegangen, dass der EGR-Kühler 50 aus dem Motorsystem 100 in anderen Beispielen weggelassen werden kann. Der EGR-Durchlass 51 umfasst eine Einlassöffnung 71, die stromabwärts der Zylinder 30 und stromaufwärts der Turbine 16 angeordnet ist. Im Besonderen mündet die Einlassöffnung 71 in den Abgaskrümmer 36. Es sind jedoch andere geeignete Einlassöffnungsstellen in Erwägung gezogen worden. Beispielsweise kann die Einlassöffnung 71 in eine Abgasleitung stromaufwärts der Turbine 16 münden. Der EGR-Durchlass 51 umfasst ferner eine Auslassöffnung 72, die stromabwärts der Drossel 20 und des Kompressors 14 angeordnet ist. Im Besonderen mündet die Auslassöffnung 72 im abgebildeten Beispiel in den Ansaugkrümmer 22. Jedoch sind andere Auslassöffnungspositionen in Erwägung gezogen worden. Beispielsweise kann die Auslassöffnung 72 in eine Ansaugleitung stromabwärts des Kompressors 14 und/oder der Drossel 20 münden.
  • Zusätzlich zur HR-EGR kann in einigen Beispielen eine Niedrigdruckabgasrückführung (LP-EGR) auch ermöglicht werden, worin ein Teil des behandelten Abgases von der Abgasleitung 35 stromabwärts der Turbine 16 zum Ansaugdurchlass 42 stromaufwärts des Kompressors 14 über einen Niedrigdruck-EGR-Durchlass und einen darin gekoppelten EGR-Kühler und ein (nicht dargestelltes) EGR-Ventil rezirkuliert wird. Das EGR-Ventil 52 kann geöffnet werden, um eine gesteuerte Menge an gekühltem Abgas zu einem Ansaugdurchlass aufwärts des Kompressors hereinzulassen. Der relativ lange EGR-Durchflussweg im Motorsystem 100 stellt eine Homogenisierung des Abgases in die Ansaugluftaufladung hinein bereit. Ferner stellt die Verfügung über das EGR-Starten und die Mischpunkte ein wirksames Abkühlen des Abgases für eine erhöhte verfügbare EGR-Masse und eine verbesserte Leistungsfähigkeit bereit.
  • Eine Turbinen-Bypass-Leitung 80 mündet in einen Abgasdurchlass stromaufwärts der Turbine, in den Abgaskrümmer 36 im abgebildeten Beispiel, und einen Abgasdurchlass 81 stromabwärts der Turbine 16. Besonders in einem Beispiel können der Leitungseinlass 82 und Auslass 83 direkt stromaufwärts beziehungsweise stromabwärts eines Turbineneinlasses 84 und eines Turbinenauslasses 85 angeordnet sein. Ein Turbinen-Bypass-Ventil 86 ist mit der Turbinen-Bypass-Leitung 80 gekoppelt und konfiguriert, den hier durchströmenden Abgasstrom zu regulieren. Somit ist das Turbinen-Bypass-Ventil 86 konfiguriert, das um die Turbine 16 geleitete Abgas zu erhöhen (beispielsweise zuzulassen) und zu verringern (beispielsweise zu hemmen). Wie gezeigt, ist eine Steuerungseinheit 150 in elektronischer Kommunikation mit dem Turbinen-Bypass-Ventil 86 und daher konfiguriert, Steuersignale dahin auszusenden. Die Steuerungseinheit 150 wird hierin ausführlicher beschrieben. Der Abgasstrom durch die Turbinen-Bypass-Leitung 80 kann auf Basis von Motorbetriebszuständen reguliert werden. Es wird davon ausgegangen, dass der Turbinen-Bypass-Ventil 86 – Betrieb und der EGR-Ventil 52 – Betrieb gemeinsam angewandt werden können, um eine Turbinendegradation (beispielsweise Leitschaufelverzögerung, Leitschaufelfeststecken etc.) abzuschwächen.
  • Ist der Motor in Betrieb, dann bewegt sich ein Zylinderkolben schrittweise abwärts vom oberen Totpunkt TDC und erreicht bei BDC mit Ende des Arbeitstaktes den Tiefstpunkt. Der Kolben kehrt dann ganz nach oben zum TDC mit Ende des Auslasshubs zurück. Der Kolben bewegt sich dann wieder nach unten zurück, in Richtung des BDC, während des Ansaughubs, und kehrt dann wieder in seine ursprüngliche obere Stellung beim TDC mit Ende des Kompressionshubs zurück. Während der Zylinder-Verbrennung kann ein Abgasventil gerade dann geöffnet werden, wenn der Kolben seinen Tiefstpunkt mit Ende des Arbeitshubs erreicht. Das Abgasventil kann sich dann schließen, wenn der Kolben den Auslasshub vollendet, und bleibt mindestens solange offen, bis ein darauffolgender Ansaughub begonnen hat. Auf die gleiche Art und Weise kann ein Ansaugventil bei oder vor dem Beginn eines Ansaughubs geöffnet werden, und kann mindestens solange offen bleiben, bis ein darauffolgender Kompressionshub begonnen hat. Es wird davon ausgegangen, dass die obigen Verbrennungszyklen beispielhaft sind und dass andere Arten von Verbrennungszyklen im Motor in Erwägung gezogen worden sind.
  • Eine Steuerungseinheit 150 kann im Fahrzeug 102 umfasst sein. Die Steuerungseinheit 150 kann konfiguriert sein, Signale von Sensoren im Fahrzeug zu empfangen als auch Befehlssignale an Komponenten zu senden. Verschiedene Komponenten im Fahrzeug 102, Motorsystem 100 und im Motor 10 können zumindest teilweise durch ein Steuerungssystem (beispielsweise ein elektronisches Steuerungs-Untersystem), umfassend die Steuerungseinheit 150, und durch Eingabe von einer Fahrzeug-Bedienperson 152 über eine Eingabevorrichtung 154 gesteuert werden. In diesem Beispiel umfasst die Eingabevorrichtung 154 ein Beschleunigungspedal und einen Pedalstellungssensor 156 für das Erzeugen eines proportionalen Pedalstellungssignals PP. Die Steuerungseinheit 150 ist in 1 als ein Mikrocomputer gezeigt, umfassend einen Prozessor 157 (beispielsweise eine Mikroprozessoreinheit), Eingabe-/Ausgabe-Anschlüsse 158, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierwerte, die als Nur-Lese-Speicher 160 (beispielsweise ein Nur-Lese-Speicher-Chip) in diesem bestimmten Beispiel, als Direktzugriffsspeicher 162, Keep-Alive-Speicher 164 und als ein Datenbus gezeigt werden. Das Nur-Lese-Speicher-Speichermedium 160 kann mit computer-lesbaren Daten programmiert werden, die durch den Prozessor 157 ausführbare Befehle darstellen, um die nachstehend beschriebenen Verfahren als auch andere vorweggenommene, aber nicht speziell aufgelistete Varianten auszuführen. Die Steuerungseinheit 150 ist konfiguriert, an die Drossel 20 ein Signal zu senden. Die Steuereinheit 150 ist auch konfiguriert, ein Signal an die Turbinenleitschaufelbetätigungseinheit 62, den Treibstoff-Injektor 66, das Turbinen-Bypass-Ventil 86 und das EGR-Ventil 52 zu senden. Somit kann die Steuerungseinheit ein Signal an das EGR-Ventil senden, um die durch den EGR-Durchlass 51 fließende EGR-Gasmenge einzustellen (beispielsweise zu erhöhen oder zu verringern). Die Steuereinheit ist konfiguriert, ein Signal an das Turbinen-Bypass-Ventil zu senden, um die durchströmende Abgasmenge zu regulieren. Zusätzlich dazu ist die Steuerungseinheit konfiguriert, ein Signal an den Treibstoff-Injektor 66 zu senden, um eine in die Zylinder 30 eingespritzte Treibstoffmenge einzustellen. Auf diese Art und Weise kann den Zylindern 30 eine dosierte Treibstoffmenge bereitgestellt werden. Die Steuereinheit kann auch ein Signal an die Drossel 20 senden, um die Luftdurchflussrate im Ansaugsystem einzustellen. Die Steuereinheit 150 kann auch Signale vom MAP-Sensor 24, einem Massenluftstromsensor (MAF) 25, der stromaufwärts des Kompressors 14 angeordnet ist, von einem Drucksensor 126, der in dem Abgaskrümmer angeordnet ist, von einem Abgaszusammensetzungssensor 128, der stromabwärts der Emissionssteuerungsvorrichtung angeordnet ist, und/oder von einem Temperatursensor 129, der mit dem Motor gekoppelt ist, empfangen. Die Steuereinheit 150 kann ferner Signale von einem Drucksensor 130, der stromaufwärts (beispielsweise direkt stromaufwärts) des Turbineneinlasses 84 angeordnet ist, von einem Drucksensor 132, der stromabwärts (beispielsweise direkt stromabwärts) des Turbinenauslasses 85 angeordnet ist, und von einem Leitschaufelpositionssensor 134, der mit der Betätigungsvorrichtung 62 gekoppelt ist, empfangen. Es wird davon ausgegangen, dass in anderen Beispielen der Leitschaufelpositionssensor aus dem Fahrzeug weggelassen werden kann. Zusätzlich dazu kann in anderen Beispielen der Drucksensor 132 aus dem Fahrzeug weggelassen werden und der Stromabwärts-Druck kann über ein Modellieren bestimmt werden. Ein Temperatursensor 136 kann mit dem Abgaskrümmer 36 gekoppelt werden. Alternativ dazu kann der Temperatursensor 136 mit der Turbine 16 gekoppelt werden. Es wird davon ausgegangen, dass der Begriff „direkt“ bedeutet, dass es keine eingreifenden Komponenten zwischen den in Frage stehenden Komponenten gibt. Darüber hinaus beziehen sich die Begriffe „stromaufwärts“ und „stromabwärts“ auf eine allgemeine Strömungsrichtung von Abgas durch das Abgas-Untersystem hindurch, wenn der Motor eine Verbrennung ausführt.
  • 1 zeigt auch ein elektronisches Steuerungs-Untersystem 170, das jedes beliebige elektronische Steuerungs-Untersystem des Motorsystems 100 sein kann. Das Motorsystem 100 kann den Turbolader mit variabler Geometrie 13 als auch, in einigen Beispielen, andere Komponenten umfassen. Das elektronische Steuerungs-Untersystem kann konfiguriert sein, das Öffnen und Schließen der Leitschaufeln 60 in der Turbine 16 zu befehlen, das Öffnen und Schließen des EGR-Ventils 52 zu befehlen, die Einstellung des Treibstoff-Injektors 66 anzuordnen, die Einstellung (beispielsweise das Öffnen und Schließen) des Turbinen-Bypass-Ventils 86 anzuordnen und die Einstellung der Drossel 20 zu befehlen. In einigen Beispielen können die Befehle über die Steuereinheit 150 erzeugt und/oder gesendet werden. Das elektronische Steuerungs-Untersystem kann auch konfiguriert sein, das Öffnen, Schließen und/oder die Einstellung verschiedener elektronisch betätigter Ventile im Motorsystem zu befehlen, beispielsweise von Treibstoffzufuhrsystemventilen, beispielsweise, um bei Bedarf irgendeine der hierin beschriebenen Steuerungsfunktionen zu verordnen. Ferner kann das elektronische Steuerungs-Untersystem, um Betriebszustände in Verbindung mit den Steuerungsfunktionen des Motorsystems festzustellen, wirksam mit einer Vielzahl von Sensoren gekoppelt sein, die im ganzen Motorsystem angeordnet sind, Durchflusssensoren, Temperatursensoren, Pedalstellungssensoren, Drucksensoren etc.
  • Das elektronische Steuerungs-Untersystem 170 kann konfiguriert sein, die Vielzahl an Leitschaufeln 60 in der Turbine 16 in eine geschlossene (beispielsweise in eine ganz oder teilweise geschlossene) Position in Reaktion auf ein Tip-Out zu bewegen. Es wird davon ausgegangen, dass das Tip-Out gestartet werden kann, wenn ein vom Fahrer angefordertes Drehmoment unterbrochen wird. Somit kann ein Motorbremsen über die Turbine während bestimmter Betriebszustände implementiert werden. Es wird davon ausgegangen, dass das Motorbremsen auch in Reaktion auf eine vom Fahrer angeforderte Bremsung implementiert werden kann. Die vom Fahrer angeforderte Bremsung kann beispielsweise in Reaktion auf eine Fahrer-Interaktion mit einem Bremspedal und/oder einem vom Fahrer auswählbaren Schalter erzeugt werden. In der Folge kann ein Tip-In in einem Beispiel in Reaktion auf ein vom Fahrer angefordertes Drehmoment implementiert werden. Das Tip-In kann als ein Tip-In-Ereignis bezeichnet werden. Das Steuerungssystem 170 kann ferner, in Reaktion auf das Drossel-Tip-In, konfiguriert sein, einen abgefühlten Turbinenansaugdruck und einen abgefühlten Turbinenverdichtungsdruck auf Basis von Signalen zu bestimmen, die von Sensoren empfangen werden, die angrenzend zum Turbineneinlass und zum Turbinenauslass angeordnet sind. Das elektronische Steuerungs-Untersystem 170 kann auch konfiguriert sein, einen modellierten Turbineneinlassdruck und einen modellierten Turbinenauslassdruck auf Basis eines Turbineneinlassdruckmodells und eines Turbinenauslassdruckmodells zu bestimmen, und eine Degradation einer Turbine mit variabler Geometrie auf Basis eines Vergleichs der modellierten und der abgefühlten Turbineneinlassdrücke und Turbinenauslassdrücke zu bestimmen. Im Besonderen kann eine Differenz zwischen einer modellierten Veränderung im Druck an der Turbine und einer abgefühlten Veränderung im Druck zur Bestimmung einer Turbinendegradation angewandt werden. Auch kann in einem weiteren Beispiel eine Differenz zwischen einem Verhältnis eines modellierten Stromaufwärts-Druckes und eines Stromabwärts-Druckes und einem Verhältnis eines abgefühlten Stromaufwärts-Druckes und eines Stromabwärts-Druckes zur Bestimmung einer Degradation angewandt werden. Es wird davon ausgegangen, dass die Modelle Algorithmen umfassen können, die verschiedene Parameter zur Bestimmung von Druckwerten verwenden, die auf physikalischen, regressiven oder Beobachterarten von Modellen basierend auf verschiedenen Verfahren basieren, umfassend Blendenströmung, Turbinen- und Kompressor-Turbinenbetriebsablaufvergleiche, die den Turbinen-Deltadruck unter Anwendung dieses Vergleichs bestimmen.
  • Das elektronische Steuerungs-Untersystem 170 kann ferner, in Reaktion auf das Bestimmen der Degradation einer Turbine mit variabler Geometrie, dazu konfiguriert sein, eine Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahme aus einer Gruppe von Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahmen auf Basis des Vergleichs der modellierten und abgefühlten Turbineneinlassdrücke und der Turbinenauslassdrücke auszuwählen. Die Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahmen sind konfiguriert, die Wahrscheinlichkeit, dass Leitschaufeln in der Turbine sich aus ihrem Festgestecktsein und Blockiertsein lösen, zu erhöhen, um den Betrieb einer Turbine zu verbessern und die Wahrscheinlichkeit eines durch Überdruckzustände hervorgerufenen Turbinenschadens herabzusetzen. Die Gruppe der Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahmen ist hierin ausführlicher mit Bezug auf 6 besprochen.
  • In einem Beispiel kann ein Tip-Out ein Drossel-Tip-Out sein, worin ein Fahrer eine Drehmomentanforderung unterbrochen hat und die Drossel in eine geschlossene (beispielsweise in eine ganz oder teilweise geschlossene) Position von einer offenen Position bewegt wird. Es wird davon ausgegangen, dass das Drossel-Tip-Out in einen Ottomotor implementiert werden kann. Zusätzlich oder alternativ dazu, kann in einem Beispiel das Tip-Out das Unterbrechen der Treibstoffeinspritzung in den Motor umfassen. Im Fall eines Dieselmotors kann das Tip-Out das Unterbrechen der Treibstoffeinspritzung umfassen und weist vielleicht keine Drosseleinstellung auf. In einem weiteren Beispiel kann das Tip-In ein Drossel-Tip-In sein, wo die Drossel aus einer geschlossenen Position geöffnet und eingestellt wird, um die Stöchiometrie aufrechtzuerhalten. Zusätzlich oder alternativ dazu, kann das Tip-In das wiederholte Starten der Treibstoffeinspritzung in den Motor umfassen. Im Fall eines Dieselmotors kann das Tip-In das wiederholte Starten der Treibstoffeinspritzung umfassen, nicht jedoch die Drosseleinstellung umfassen.
  • Wie oben beschrieben, zeigt 1 ein nicht einschränkendes Beispiel eines Verbrennungsmotors. Es wird darauf hingewiesen, dass in einigen Beispielen der Motor unter anderem mehr oder weniger Verbrennungszylinder, Steuerungsventile, Drosseln und Kompressionsvorrichtungen aufweisen kann. Beispielhafte Motoren können Zylinder aufweisen, die in einer „V“-Konfiguration, einer horizontal gegenüberliegenden Konfiguration etc. angeordnet sind.
  • 2 zeigt eine beispielhafte Turbine 200. Es wird davon ausgegangen, dass die Turbine 200 in einem Beispiel die in 1 gezeigte Turbine 16 sein kann. Daher kann die Turbine 200 im, in 1 gezeigten Motorsystem 100 und besonders im, in 1 gezeigten Turbolader 13 umfasst sein.
  • Weiter mit 2, in der die Turbine 200 einen Rotor 202 umfasst, der konfiguriert ist, Energie aus dem Abgas zu gewinnen und sie in Rotationsbewegung umzuwandeln. Wie gezeigt, umfasst der Rotor 202 eine Vielzahl an Blättern 204. Eine mit dem Rotor 202 gekoppelte Welle 206 ist auch in der Turbine 200 enthalten. Es wird davon ausgegangen, dass die Welle 206 mit einem Kompressor gekoppelt sein kann, beispielsweise mit dem in 1 gezeigten Kompressor 14. Somit kann die Rotationsbewegung vom Rotor an den Kompressor übertragen werden.
  • Wie in 2 gezeigt, umfasst die Turbine 200 ferner eine Vielzahl an Leitschaufeln 208. Jede der Leitschaufeln 208 ist einstellbar, um das Aspektverhältnis der Turbine 200 bei Bedarf verändern zu können. Somit sind die Leitschaufeln 208 beweglich und umgeben zumindest teilweise den Rotor 202.
  • Die Turbine umfasst auch eine Betätigungsvorrichtung 210. Es wird davon ausgegangen, dass in einem Beispiel die in 2 gezeigte Betätigungsvorrichtung 210 die in 1 gezeigte Betätigungsvorrichtung 62 sein kann. Somit kann die Betätigungsvorrichtung 210 in elektronischer Kommunikation mit der in 1 gezeigten Steuereinheit 150 sein. Unter Bezugnahme auf 2 umfasst die Betätigungsvorrichtung ein Betätigungsgerät 212, das im abgebildeten Beispiel eine hydraulisch gestützte Vorrichtung ist, die sich auf Basis eines Magnetventils, das Öl in ein Stellvolumen dosiert, bewegt, wobei ein Kolben betätigt wird, der einen gemeinsamen Ring mechanisch bewegt, der an einem Satz beweglicher Leitschaufeln befestigt ist. Diese Mechanismen können in anderen Beispielen auch elektrisch- oder druckluft-betätigt werden. Die Betätigungsvorrichtung 210 umfasst ferner mechanische Betätigungselemente 214, wie beispielweise Getriebe, Wellen etc. im abgebildeten Beispiel. Es wird davon ausgegangen, dass die Betätigungsvorrichtung 210 konfiguriert ist, die Position der Leitschaufeln 208 einzustellen. Es wird ferner davon ausgegangen, dass ein (nicht gezeigtes) Turbinengehäuse aus der 2 weggelassen worden ist. Ein Turbinengehäuse, das zumindest teilweise den Rotor 202 und Leitschaufeln 208 umgibt, kann in anderen Beispielen jedoch in der Turbine 200 integriert sein.
  • 3 zeigt ein Verfahren 300 zum Betreiben eines Motorsystems. Das Verfahren 300 kann, wie oben mit Bezug auf 1 beschrieben, über ein Motorsystem 100, ein elektronisches Steuerungs-Untersystem 170 etc. implementiert sein. In anderen Beispielen jedoch können andere geeignete Motorsysteme, ein elektronisches Steuerungs-Untersystem etc. zur Implementierung des Verfahrens 300 angewandt werden.
  • Bei 302 umfasst das Verfahren das Bestimmen eines auf Druckmodellen basierenden modellierten Druckwertesatzes. Der modellierte Druckwertesatz kann einen Druckwert stromaufwärts der Turbine (beispielsweise am Turbineneinlass) und einen Druckwert stromabwärts der Turbine (beispielsweise am Turbinenauslass) umfassen. Wie zuvor besprochen, können die modellierten Drücke über einen Algorithmus bestimmt werden, der im Steuerungssystem gespeichert ist. Der Algorithmus kann mittels Anwendung von Eingangsparametern genaue Bestimmungen durchführen. In einem Beispiel ist der modellierte Turbinendruckwertesatz eine Funktion einer modellierten Turbinenleitschaufelposition, des Abgasstroms und der Abgastemperatur (Dichtekorrektur) dieses Stroms. In einem Beispiel kann Schritt 302 erst dann implementiert werden, wenn eine oder mehrere Eintrittsbedingungen erfüllt sind. Die Eintrittsbedingungen können eine Öltemperatur, Luftmassenstrom im Ansaug- oder Abgassystem, Abgastemperatur, modellierte oder gemessene Leitschaufelposition etc. umfassen. Es wird davon ausgegangen, dass gewisse Turbinenbetriebsbereiche eine höhere Reibung aufweisen. Zusätzlich dazu sollte auch darauf hingewiesen werden, dass die Turbinen-Deltadruckschwellenwerte herabgesetzt werden können, wenn diese Zustände korrigiert werden, um eine schnellere Detektion der degradierten Betriebszustände zu ermöglichen. In einem weiteren Beispiel kann der modellierte Turbinendruckwertesatz auf Basis einer Blendenströmung unter Anwendung von Eingangsparametern für die Abgasmassenströmung, die modellierte oder gemessene Turbinenleitschaufelposition und die Abgastemperatur bestimmt werden. Beispielhafte Modellarten können ein physikalisches Modell, ein regressives Modell und/oder ein Beobachter-Modell umfassen.
  • Es folgt 304, wo das Verfahren das Bestimmen eines abgefühlten Druckwertesatzes auf Basis von Eingaben von Drucksensoren umfasst. Es wird davon ausgegangen, dass die Drucksensoren stromaufwärts (beispielsweise direkt stromaufwärts) und stromabwärts (beispielsweise direkt stromabwärts) eines Turbineneinlasses und eines Turbinenauslasses positioniert sein können. Daher kann der abgefühlte Druckwertesatz einen Druckwert stromaufwärts der Turbine (beispielsweise am Turbineneinlass) und einen Druckwert stromabwärts der Turbine (beispielsweise am Turbinenauslass) umfassen.
  • Bei 306 umfasst das Verfahren das Vergleichen des modellierten Druckwertesatzes und des abgefühlten Druckwertesatzes und bei 308 umfasst das Verfahren das Bestimmen einer Turbinendegradation auf Basis des Vergleichs des modellierten Druckwertesatzes und des abgefühlten Druckwertesatzes. Es wird davon ausgegangen, dass die Turbinendegradation einen Zustand in der Turbine umfassen kann, wo Leitschaufeln sich langsam bewegen, nicht reagieren, feststecken und/oder blockiert sind. Wie zuvor besprochen, kann eine Turbinendegradation zu Überdruckbedingungen in der Turbine führen, wenn sie nicht abgeschwächt werden. In einem Beispiel, wenn eine Differenz zwischen einem abgefühlten Druckverhältnis stromaufwärts und stromabwärts der Turbine und einem modellierten Druckverhältnis stromaufwärts und stromabwärts der Turbine einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt, kann eine Turbinendegradation bestimmt werden. In einem weiteren Beispiel übersteigt eine Differenz zwischen einer abgefühlten Druckveränderung in der Turbine und einer modellierten Druckveränderung in der Turbine einen vorbestimmten Schwellenwert, und eine Turbinendegradation kann bestimmt werden. In einem weiteren Beispiel kann eine Turbinendegradation auch auf Basis der Turbinenleitschaufelposition und der Luftmassenströmung im Abgas-Untersystem bestimmt werden. Sind die Leitschaufeln in der Turbine beispielsweise oberhalb einer kalibrierten Position, ist die Abgasmassenströmungsrate oberhalb einer kalibrierten Position, und ist die Differenz zwischen den modellierten und abgefühlten Drücken oberhalb eines Schwellenwerts, dann kann bestimmt werden, dass die Turbine degradiert ist. Es können daher auf Wunsch zusätzliche Parameter angewandt werden, um die Genauigkeit der Turbinenfehlfunktionsbestimmung zu erhöhen. In einem Beispiel kann eine Turbinendegradation bestimmt werden, wenn der Deltadruck oberhalb eines Schwellenwerts ist, und auch auf dem Zeitintervall der Deltadrucke basiert. Im Besonderen kann eine Degradation bestimmt werden, wenn das Zeitintervall, über das der Deltadruck gemessen wird, größer als ein Schwellenwert ist. Es wird davon ausgegangen, dass die Zeit als ein Fehlfunktionsindikator angewandt werden kann, da Turbinenreaktionen Deltadrücke erzeugen können, die größer als der Schwellenwert für eine kurze Zeitspanne sind, ist die Turbine jedoch einer Bedingung der Verlangsamung oder von feststeckenden Leitschaufeln ausgesetzt, dann bleibt der Deltadruck für eine längere Zeitspanne bestehen.
  • In einem weiteren Beispiel, und/oder zusätzlich zu und in Kombination mit obigem Beispiel kann eine Degradation einer Turbine mit variabler Geometrie bestimmt werden, wenn eine Differenz zwischen den Druckverhältnissen außerhalb eines Bereichs liegt, der größer als eine Fehlerschwelle des modellierten Druckwertesatzes und des abgefühlten Turbinendruckwertesatzes als auch einer erwarteten Druckbereichsveränderlichkeit ist, die für eine Bedingung ausgearbeitet ist, in der der Motor für eine vorgegebene Zeit arbeitet, die die normalen Reaktionszeitbereiche des Turboladers übersteigt. In einem noch weiteren Beispiel wird die Degradation einer Turbine mit variabler Geometrie bestimmt, wenn eine Differenz zwischen der abgefühlten Druckveränderung in der Turbine und der modellierten Druckveränderung an der Turbine größer als ein vordefinierter Differenzschwellenwert ist, der größer als eine erwartete Modellgenauigkeit und Druckveränderlichkeit für den Motorbestand bei einem Betriebspunkt ist. Zusätzlich dazu muss der Differenz auch eine Zeit gesetzt werden, die größer als die normalen Reaktionszeiten des Turboladers ist.
  • Wird bestimmt, dass die Turbine nicht degradiert ist (NEIN bei 308), setzt das Verfahren mit 312 fort. Bei 312 umfasst das Verfahren die Einstellung einer Vielzahl von Leitschaufeln in der Turbine auf Basis des vom Fahrer angeforderten Drehmoments.
  • Wird jedoch bestimmt, dass die Turbine degradiert ist (JA bei 308), dann setzt das Verfahren mit 309 fort. Bei 309 umfasst das Verfahren das Anzeigen der Turbinendegradation. In einem Beispiel kann die Anzeige ein Statuszeichen im Steuerungssystem sein. Dann, bei 310, umfasst das Verfahren das Auswählen einer Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahme. In einem Beispiel kann die Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahme aus einer Gruppe von Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahmen ausgewählt werden. Beispielhafte Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahmen sind in 6 gezeigt und werden hierin ausführlicher beschrieben. Dann, bei 312, umfasst das Verfahren das Implementieren der ausgewählten Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahme. In einem Beispiel kann die Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahme für eine Zeitspanne implementiert werden. In einem solchen Beispiel kann die Maßnahmendauer auf Basis einer Differenz zwischen den modellierten und den abgefühlten Druckwerten bestimmt werden. Auf diese Art und Weise kann die Schwere der Degradation die Abschwächungsmaßnahmendauer auf Wunsch vorgeben. In anderen Beispielen jedoch kann die Abschwächungsmaßnahmendauer vorbestimmt werden.
  • Nach 312 springt das Verfahren zu 302 zurück. Auf diese Art und Weise können Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahmen implementiert werden, bis bestimmt ist, dass die Turbine nicht degradiert ist. Somit können die Schritte 302–312 wiederholt werden. Daher wird davon ausgegangen, dass mehr als eine Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahme implementiert werden kann. In der Folge können unterschiedliche Abschwächungsmaßnahmen implementiert werden, um die Wahrscheinlichkeit, dass die Turbinendegradation beseitigt wird, zu erhöhen. In einem Beispiel kann sich jede Abschwächungsmaßnahme von der vorangegangenen Maßnahme unterscheiden. Es wird daher davon ausgegangen, dass eine erste und zweite Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahme in sich nicht-überschneidenden Zeitintervallen in einem Beispiel oder in sich überschneidenden Zeitintervallen in einem anderen Beispiel implementiert werden kann. Besonders in einem Beispiel können die ersten und zweiten Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahmen in sich überschneidenden Zeitintervallen implementiert werden, wenn bestimmt ist, dass der erste Betriebszustand die Turbinendegradation nicht beseitigt. Zusätzlich dazu, können die Abschwächungsmaßnahmen ausgewählt werden, den Degradationszustand zu entschärfen, ohne den Fahrzeugbetrieb negativ zu beeinflussen. Läuft der Motor beispielsweise bei sehr hoher Drehzahl und Last und ist es wünschenswert für den Zustand, schnell entschärft zu werden, dann kann das Turbinen-Bypass-Ventil eingestellt werden, um die Wahrscheinlichkeit eines weiteren Schadens für den Motor durch Überdruck zu verringern. Liefe ferner ein Motor bei niedrigerer Last mit niedrigeren Drücken, dann kann eine Abschwächungsmaßnahme implementiert werden, die eine geringere Auswirkung auf den Fahrzeugbetrieb hat, die Degradation abzuschwächen, nachteilige Auswirkungen der Abschwächungsmaßnahme jedoch vermindert. Ferner kann in einem Beispiel, wenn eine vorbestimmte Anzahl an Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahmen implementiert worden ist, das Verfahren enden. Die spezifischen Arten von Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahmen, die im Verfahren angewandt werden können, sind hierin ausführlicher beschrieben.
  • 4 zeigt ein Verfahren 400 für das Betreiben eines Motorsystems. Das Verfahren 400 kann über ein, wie oben mit Bezug auf 1 beschrieben, Motorsystem 100, ein elektronisches Steuerungs-Untersystem 170 etc. implementiert werden. In anderen Beispielen können jedoch andere geeignete Motorsysteme, elektronische Steuerungs-Untersysteme etc. zur Implementierung des Verfahrens 400 angewandt werden.
  • Bei 402 umfasst das Verfahren das Bestimmen, ob ein Tip-Out gerade implementiert wird. Es wird davon ausgegangen, dass das Tip-Out das Unterbrechen der Drosseleinstellung und/oder das Vermindern der Treibstoffeinspritzung in den Motor umfassen kann. Es wird davon ausgegangen, dass eine Tip-Out-Anforderung an das Motorsystem (beispielsweise das Steuerungssystem) gesendet werden kann, wenn ein Fahrer eine Drehmomentanforderung über eine Eingabevorrichtung unterbrochen hat, beispielsweise über ein Beschleunigungspedal und/oder einen Fahrzeuggeschwindigkeits-Regelkreislauf.
  • Wird ein Tip-Out nicht implementiert (NEIN bei 402), endet das Verfahren. In anderen Fällen kann das Verfahren jedoch zu 402 zurückspringen, wenn das Tip-Out nicht implementiert wird. Wird ein Tip-Out implementiert (JA bei 402), setzt das Verfahren mit 404 fort. Bei 404 umfasst das Verfahren das Implementieren einer Motorbremsung über die VGT in Reaktion auf ein Tip-Out. Das Implementieren einer Motorbremsung über die VGT in Reaktion auf ein Tip-Out kann bei 406 das Bewegen einer Vielzahl an Leitschaufeln in der VGT in Richtung einer geschlossenen Position in Reaktion auf ein Tip-Out umfassen. Auf diese Art und Weise kann eine Motorbremsung über die VGT implementiert werden. Ferner kann in einigen Beispielen bestimmt werden, ob eine Motorbremsung vor Schritt 404 implementiert werden sollte. Beim Treffen dieser Bestimmung können verschiedene Parameter in Erwägung gezogen werden, beispielsweise Motortemperaturen, Fahrzeugbremsanforderungen, Fahrzeugdrehzahl etc.
  • Bei 408 umfasst das Verfahren das Bestimmen, ob ein Tip-In implementiert wird. In einem Beispiel kann ein Tip-In in Reaktion auf eine Fahrerdrehmomentanforderung initiiert werden, die über eine Eingabevorrichtung (beispielsweise ein Beschleunigungspedal) erzeugt wird. Wird bestimmt, dass ein Tip-In nicht implementiert wird (NEIN bei 408), springt das Verfahren zu 408 zurück. In anderen Beispielen jedoch kann das Verfahren enden, wenn ein Tip-In nicht implementiert wird. Wird ein Tip-In implementiert (JA bei 408), setzt das Verfahren mit 410 fort. Die Schritte 410–422 sind im Wesentlichen identisch mit den in 3 gezeigten Schritten 302–314. Daher wird die Beschreibung der Schritte 410–422 ausgelassen, um Überflüssiges zu vermeiden. Somit können nach dem Tip-In verschiedene Abschwächungsmaßnahmen nach der Bestimmung, dass eine Degradation vorliegt, implementiert werden, um die Leistungsfähigkeit des Turboladers zu verbessern. Es wird davon ausgegangen, dass die Abschwächungsmaßnahmen nach dem Tip-In implementiert werden können, um die Wahrscheinlichkeit einer falschen Turbinendegradationsbestimmung zu verringern. In der Folge wird der Motorbetrieb verbessert.
  • 5 zeigt ein Verfahren 500 für das Betreiben eines Motorsystems. Das Verfahren 500 kann über ein oben mit Bezug auf 1 beschriebenes Motorsystem 100, ein elektronisches Untersystem 170 etc. implementiert werden. In anderen Beispielen jedoch können andere geeignete Motorsysteme und elektronische Untersysteme angewandt werden, um das Verfahren 500 zu implementieren.
  • Bei 502 umfasst das Verfahren das Auswählen einer ersten Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahme aus einer Gruppe von Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahmen. Wie gezeigt, wird Schritt 502 während eines ersten Betriebszustands implementiert.
  • Dann, bei 504, umfasst das Verfahren das Auswählen einer zweiten Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahme aus der Gruppe der Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahmen, wobei sich die zweite Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahme von der ersten Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahme unterscheidet. Wie gezeigt, wird Schritt 504 während eines zweiten Betriebszustands implementiert. Es wird davon ausgegangen, dass sich der zweite Betriebszustand von dem ersten Betriebszustand unterscheiden kann.
  • Bei 506 kann das Verfahren das Auswählen einer dritten Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahme aus der Gruppe der Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahmen umfassen, wobei sich die dritte Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahme von der zweiten Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahme und der ersten Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahme unterscheidet. Wie gezeigt, wird Schritt 506 während eines dritten Betriebszustandes implementiert. Es wird davon ausgegangen, dass sich der dritte Betriebszustand von dem ersten Betriebszustand und von dem zweiten Betriebszustand unterscheiden kann.
  • Bei 508 umfasst das Verfahren das Auswählen einer vierten Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahme aus der Gruppe der Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahmen, wobei sich die vierte Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahme von der dritten Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahme, der zweiten Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahme und der ersten Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahme unterscheidet. Wie dargestellt, wird Schritt 508 während eines vierten Betriebszustandes implementiert. Es wird davon ausgegangen, dass sich der vierte Betriebszustand von dem dritten Betriebszustand, dem zweiten Betriebszustand und dem ersten Betriebszustand unterscheiden kann. Auf diese Art und Weise können unterschiedliche Abschwächungsmaßnahmen während unterschiedlicher Betriebszustände implementiert werden, wodurch bei Bedarf diejenige Abschwächungsmaßnahme ausgewählt werden kann, die für die aktuellen Motorbetriebszustände am geeignetsten ist. Somit können bei Bedarf Maßnahmen mit einer größeren Wahrscheinlichkeit von sich vermindernden Überdruckbedingungen in der Turbine ausgewählt werden. Die Auswahl der Maßnahmen kann auch die Auswirkung der Maßnahme auf die Motorleistung, Emissionen etc. in Erwägung ziehen. Die Abschwächungsmaßnahmen können auch auf Basis der Maßnahmenwirksamkeit im Hinblick auf die Bedingungen des Feststeckens implementiert werden. Beispielsweise kann eine zweite Abschwächungsmaßnahme initiiert werden, während die erste noch in Betrieb ist und mit mehr Maßnahmen fortsetzt, bis die des Feststeckens beseitigt ist. Ferner kann die Auswahl dahingehend angepasst werden, dass eine gewünschte Reaktion bereitgestellt wird, um den Zustand ohne übermäßige Maßnahmen zu entschärfen, die sich auf den Fahrzeugbetrieb negativ auswirken können. Beispielsweise wenn der Motor mit sehr hoher Drehzahl und Last läuft und der Zustand eine rasche Entschärfung erfordert, dann könnte eine wirksame Maßnahme (beispielsweise die wirksamste Maßnahme) darin bestehen, ein Turbinen-Bypass-Ventil zu aktivieren, um weiteren Schaden am Motor durch Überdruck zu vermeiden. Liefe ein Motor ferner mit geringerer Last mit niedrigeren Drücken, dann könnte die Reaktion in der Anwendung einer Abschwächungsmaßnahme bestehen, die eine geringere Auswirkung auf den Fahrzeugbetrieb zur Beseitigung der Turbinendegradation zeigt, jegliche nachteilige Wirkungen der Abschwächungsmaßnahme jedoch verringert (beispielsweise einschränkt).
  • 6 zeigt eine Gruppe von Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahmen 600. Es wird davon ausgegangen, dass die Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahmen 600 über das in 1 gezeigte elektronische Steuerungs-Untersystem 170 implementiert werden können.
  • Die Maßnahmen können das Einstellen des Turbinen-Bypass-Ventils bei 602 und das Einstellen des EGR-Ventils bei 604 umfassen. Im Besonderen kann das Turbinen-Bypass-Ventil und/oder das EGR-Ventil geöffnet werden, um den Druck auf die Turbine zu vermindern. Im Besonderen können in einem Beispiel die Ventile aus einer geschlossenen Position geöffnet werden oder aus einer offenen Position noch weiter geöffnet werden. Das Einstellen des EGR-Ventils und des Turbinen-Bypass-Ventils auf diese Art und Weise kann die Wahrscheinlichkeit erhöhen, dass die Turbinenleitschaufeln aus einer feststeckenden Position durch Entlastung des Drucks, der sich an einer Einlassöffnung der Turbine gebildet hat, befreit werden, wodurch der Turboladebetrieb verbessert wird. Zusätzlich dazu wird die Wahrscheinlichkeit eines durch eine Überdruckbedingung hervorgerufenen Turbinen- und Motorschadens verringert, wenn das EGR-Ventil und/oder das Turbinen-Bypass-Ventil auf diese Art und Weise betrieben wird.
  • Die Maßnahmen 600 umfassen auch die Einstellung der Treibstoffeinspritzung bei 606 und die Einstellung der Drossel bei 608. Das Einstellen der vorgenannten Komponenten in den Maßnahmen 606–608 kann das Begrenzen des Öffnungsausmaßes auf einen Schwellenwert oder auf einen vorbestimmten Bereich umfassen. Beispielsweise kann die Treibstoffeinspritzung oder Drosselstellung auf einen Schwellenwert begrenzt sein. Ferner kann in einem spezifischen Beispiel die Treibstoffsteuerung gefiltert werden, während die aerodynamische Last auf der Turbine erhöht wird, um die Wahrscheinlichkeit, dass die Leitschaufeln steckenbleiben, herabzusetzen. In einem noch weiteren Beispiel kann eine Beschleunigungseingabe (beispielsweise eine Pedaleingabe) geändert werden, um die Wahrscheinlichkeit, dass die Leitschaufeln steckenbleiben, herabzusetzen.
  • Die Maßnahmen können auch das Einschränken der Turbineneinstellung (beispielsweise das Turbinenleitschaufeleinstellen) bei 610 umfassen. Besonders in einem Beispiel kann der Sollwert der Motorbremsung herabgesetzt werden, um die Wahrscheinlichkeit eines Steckenbleibens der Leitschaufeln in der Turbine zu verringern. Es wird davon ausgegangen, dass eine Einstellung einer Komponente das Erhöhen (beispielsweise das Ermöglichen) oder das Senken (beispielsweise das Hemmen) einer Menge an Gasstrom, Treibstoffstrom etc. durch eine Komponente hindurch umfasst. Wie oben mit Bezug auf die 3–5 besprochen, kann eine der in 6 gezeigten Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahmen aus der Gruppe der Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahmen ausgewählt werden. Es wird davon ausgegangen, dass in einem Beispiel die Maßnahmen 602–610 der Reihe nach implementiert werden können. In anderen Beispielen jedoch können alternative Auswahlkriterien zur Bestimmung angewandt werden, welche Maßnahme(n) implementiert wird/werden. In einigen Beispielen kann die Größe und/oder die Dauer der Maßnahmen 602–610 eine Funktion der Differenz zwischen abgefühlten Druckwerten und modellierten Druckwerten sein. Somit kann ein Öffnungsausmaß des Turbinen-Bypass-Ventils proportional zu einer Differenz zwischen einer modellierten Druckveränderung in der Turbine und einer abgefühlten Druckveränderung in der Turbine sein.
  • Ferner kann in einem Beispiel, wenn mehrfache Abschwächungsmaßnahmen implementiert werden, der Einstellungsgrad einer der Maßnahmen in einer weiteren Maßnahme ausgeglichen werden. Beispielsweise kann der Öffnungsgrad des Turbinen-Bypass-Ventils verringert werden, wenn das EGR-Ventil geöffnet wird oder umgekehrt. In einem noch weiteren Beispiel kann ein Betrag an Treibstoffeinspritzungsreduktion verringert werden, wenn ein Drossel-Schließen erhöht wird oder umgekehrt.
  • 7 zeigt ein Verfahren 700 zum Betreiben eines Motorsystems. Das Verfahren 700 kann über ein, oben mit Bezug auf 1 beschriebenes Motorsystem 100, ein elektronisches Steuerungs-Untersystem 170 etc. implementiert werden. In anderen Beispielen jedoch können andere geeignete Motorsysteme und elektronische Steuerungs-Untersysteme zur Implementierung des Verfahrens 700 angewandt werden.
  • Bei 702 umfasst das Verfahren das Einstellen einer Vielzahl von Leitschaufeln in der Turbine auf Basis des vom Fahrer angeforderten Drehmoments. Es wird davon ausgegangen, dass dies in einem Beispiel als ein Normalbetrieb bezeichnet werden kann.
  • Dann, bei 704, bestimmt das Verfahren, ob die Eintrittsbedingung(en) erfüllt ist/sind. Die Eintrittsbedingungen können eine oder mehrere Eintrittsbedingungen umfassen. 8 zeigt eine Anzahl an beispielhaften Eintrittsbedingungen, die hierin ausführlicher beschrieben werden. Wird bestimmt, dass die Eintrittsbedingungen nicht erfüllt sind (NEIN bei 704), springt das Verfahren zum Start zurück. Wird jedoch bestimmt, dass die Eintrittsbedingungen erfüllt sind (JA bei 704), setzt das Verfahren mit 706 fort. Bei 706 umfasst das Verfahren das Bestimmen eines modellierten Druckwertesatzes auf Basis eines Druckmodells und bei 708 umfasst das Verfahren das Bestimmen eines abgefühlten Druckwertesatzes auf Basis von Drucksensoreingaben.
  • Dann, bei 710, bestimmt das Verfahren, ob ein Vergleich zwischen modellierten Drucken und abgefühlten Drücken eine Turbinendegradation anzeigt. Wird bestimmt, dass der Vergleich keine Turbinendegradation anzeigt (NEIN bei 710), springt das Verfahren zum Start zurück. Wird jedoch bestimmt, dass der Vergleich eine Turbinendegradation anzeigt (JA bei 710), setzt das Verfahren mit 712 fort. Bei 712 umfasst das Verfahren das Auswählen einer Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahme.
  • Die Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahmen werden bei 714 dargestellt. Die Maßnahmen umfassen das Einstellen (beispielsweise Öffnungen) des Turbinen-Bypass-Ventils bei 716, das Einstellen (beispielsweise Öffnungen) des EGR-Ventils bei 718, das Einstellen der Treibstoffeinspritzung bei 720, das Einstellen der Drossel bei 722 und das Einschränken der Turbinensteuerung bei 724. Wie zuvor besprochen, können obige Maßnahmen iterativ in einer bestimmten Reihenfolge implementiert werden. Daher kann eine erste Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahme während eines ersten Zeitintervalls implementiert werden und eine zweite Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahme kann in einem zweiten Zeitintervall implementiert werden. Es wird davon ausgegangen, dass die Zeitintervalle nicht überschneidend in einem Beispiel oder überschneidend in einem anderen Beispiel sein können.
  • Bei 726 umfasst das Verfahren das Kalibrieren der ausgewählten Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahme. Das Kalibrieren kann das Bestimmen der Degradationsabschwächungsmaßnahmenstärke umfassen. Beispielsweise kann der Öffnungsgrad des Turbinen-Bypass-Ventils oder des EGR-Ventils bestimmt werden. Das Öffnungsausmaß oder eine andere Abschwächungsmaßnahmenstärke kann auf Basis des Vergleichs zwischen den modellierten und den abgefühlten Drücken bestimmt werden. Beispielsweise kann das Öffnungsausmaß proportional zur Differenz zwischen den modellierten und den abgefühlten Drücken sein. Im Besonderen kann der Öffnungsgrad erhöht werden, wenn sich die Differenz zwischen den modellierten und den abgefühlten Drücken erhöht.
  • Dann, bei 728, umfasst das Verfahren das Bestimmen der Schwellenwertturbinendegradationsabschwächungsmaßnahmendauer. Die Schwellenwertdauer kann auf Basis des Vergleiches zwischen den modellierten und den abgefühlten Drücken bestimmt werden. Beispielsweise kann die Schwellenwertdauer proportional zur Differenz zwischen den modellierten und den abgefühlten Drücken sein. Beispielsweise kann die Schwellenwertdauer erhöht werden, wenn sich die Differenz zwischen den modellierten und den abgefühlten Drücken erhöht.
  • Bei 730 umfasst das Verfahren das Bestimmen, ob die Schwellenwertturbinendegradationsabschwächungsmaßnahmendauer überschritten worden ist. Wird bestimmt, dass die Schwellenwertabschwächungsmaßnahmendauer nicht überschritten worden ist (NEIN bei 730), springt das Verfahren zu 704 zurück. Wird jedoch bestimmt, dass die Schwellenwertabschwächungsmaßnahmendauer überschritten worden ist (JA bei 730), springt das Verfahren an den Start zurück.
  • 8 zeigt eine Vielzahl an Eintrittsbedingungen 800. Es wird davon ausgegangen, dass die Eintrittsbedingungen im oben beschriebenen Verfahren 700 angewandt werden können. Die Eintrittsbedingungen können einen Zustand umfassen, bei dem der Turbinendruck größer als ein Schwellenwert bei 802 ist, ferner einen Zustand, bei dem die Turbinentemperatur größer als ein Schwellenwert bei 804 ist, und/oder einen Zustand, bei dem ein Abgasstrom größer als ein Schwellenwert 806 ist. Die Eintrittsbedingungen können zusätzlich oder alternativ dazu einen Zustand umfassen, bei dem die Öltemperatur größer als ein unterer Schwellenwert bei 808 ist, ferner einen Zustand, bei dem die Öltemperatur niedriger als ein oberer Schwellenwert bei 810 ist, einen Zustand, bei dem ein Luftstrom (beispielsweise ein Einlassöffnungssystemluftstrom stromabwärts des Kompressors) größer als ein Schwellenwert ist, einen Zustand, bei dem ein Turbinendegradationsabschwächungsstrategieabbruchsstatuszeichen gesetzt wurde und/oder einen Zustand, bei dem eine Motorbremsung auftritt. Es wird davon ausgegangen, dass mindestens eine der in 8 gezeigten Eintrittsbedingungen als eine Bedingung im Verfahren 700 angewandt werden kann. Ferner können in einigen Beispielen Gruppen von zwei oder mehreren Eintrittsbedingungen im Verfahren 700 angewandt werden. Man beachte, dass die hierin hinzugefügten, beispielhaften Steuerungs- und Schätzroutinen bei verschiedenen Motoren und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen angewandt werden können. Die hierin offenbarten Steuerungsverfahren und -Routinen können als ausführbare Befehle in einem nicht-flüchtigen Speicher gespeichert werden. Die hierin beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl an Verarbeitungsstrategien darstellen, beispielsweise ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multi-Tasking, Multi-Threading und ähnliches. Als solche können verschiedene abgebildete Maßnahmen, Vorgangsweisen und/oder Funktionen in der abgebildeten Reihenfolge, parallel, ausgeführt werden oder in einigen Fällen ausgelassen werden. Auf ähnliche Art und Weise ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht unbedingt erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hierin beschriebenen Beispiele zu erzielen, sondern wird zum Zweck der Darstellung und Beschreibung bereitgestellt. Eine oder mehrere der dargestellten Maßnahmen, Vorgangsweisen und/oder Funktionen können wiederholt ausgeführt werden, je nach der bestimmten Strategie, die angewandt wird. Ferner können die beschriebenen Maßnahmen, Vorgangsweisen und/oder Funktionen graphisch einen Code darstellen, der in den nicht-flüchtigen Speicher des computer-lesbaren Speichermediums im Motorsteuerungssystem gespeichert werden soll.
  • Es wird davon ausgegangen, dass die hierin geoffenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhaft ihrer Natur nach sind, und dass diese spezifischen Beispiele nicht in einschränkendem Sinn erwogen werden sollen, da zahlreiche Variationen möglich sind. Die obige Technologie kann beispielsweise an die V-6, I-4, I-6, V-12, Boxer 4 und andere Motortypen angewandt werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuartigen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und andere hierin geoffenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
  • Die folgenden Ansprüche zeigen gewisse als neu und nicht naheliegend erachtete Kombinationen und Unterkombinationen auf. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder auf das Äquivalent davon beziehen. Solche Ansprüche sollten dahingehend verstanden werden, dass sie die Miteinbeziehung eines oder mehrerer solcher Elemente umfassen, wobei zwei oder mehrere solcher Elemente weder gefordert noch ausgeschlossen werden. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der geoffenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch eine Abänderung der vorliegenden Ansprüche oder durch das Vorstellen neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Derartige Ansprüche, seien sie breitgefasster, enggefasster, gleich oder unterschiedlich im Schutzbereich den ursprünglichen Ansprüchen gegenüber, werden auch als vom Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst erachtet.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 8109091 [0004, 0004, 0004, 0004]

Claims (20)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Motorsystems (10), umfassend: das Anzeigen einer Degradation einer Turbine (16) mit variabler Geometrie auf Basis eines Vergleichs eines modellierten Turbinendruckwertesatzes und eines abgefühlten Turbinendruckwertesatzes, wobei jeder Turbinendruckwertesatz einen Druckwert stromaufwärts der Turbine (16) und einen Druckwert stromabwärts der Turbine (16) umfasst und die Turbine (16) mit variabler Geometrie stromabwärts eines Motorzylinders (30) angeordnet ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, worin ein Verhältnis des Stromaufwärts-Druckwerts und des Stromabwärts-Druckwerts in jedem Wert des abgefühlten Turbinendruckwertesatzes und des modellierten Turbinendruckwertesatzes verglichen wird, um die angezeigte Degradation einer Turbine (16) mit variabler Geometrie zu bestimmen.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, worin die Degradation einer Turbine (16) mit variabler Geometrie bestimmt wird, wenn sich eine Differenz zwischen den Druckverhältnissen außerhalb eines Bereichs befindet, der größer als eine Fehlerschwelle des modellierten Druckwertesatzes und des abgefühlten Turbinendruckwertesatzes ist, als auch eine erwartete Druckbereichsveränderlichkeit, die für einen Zustand abgebildet ist, in dem der Motor (10) für eine vorgegebene Zeitspanne in Betrieb ist, die die Normal-Antwortzeit-Bereiche des Turboladers (13) übersteigt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, worin eine Druckveränderung an der Turbine (16) in jedem Wert des abgefühlten Turbinendruckwertesatzes und des modellierten Turbinendruckwertesatzes verglichen wird, um eine Degradation der Turbine (16) mit variabler Geometrie zu bestimmen.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, worin die Degradation einer Turbine (16) mit variabler Geometrie bestimmt wird, wenn eine Differenz zwischen der abgefühlten Druckveränderung an der Turbine (16) und der modellierten Druckveränderung an der Turbine (16) größer als ein vordefinierter Druckdifferenzschwellenwert ist, der größer als eine erwartete Modellgenauigkeit und Druckveränderlichkeit für den Motorbestand an einem Betriebspunkt ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, worin der modellierte Turbinendruckwertesatz auf Basis von Blendenströmung unter Anwendung von Eingangsparametern für einen Abgasmassenstrom, einer modellierten oder gemessenen Turbinenleitschaufelposition und der Abgastemperatur bestimmt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, in Reaktion auf das Bestimmen der Degradation einer Turbine (16) mit variabler Geometrie, das Auswählen einer Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahme aus einer Gruppe von Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahmen auf Basis des Vergleichs des modellierten Turbinendruckwertesatzes und des abgefühlten Turbinendruckwertesatzes.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Turbinenleitschaufeldegradation langsame oder nicht-ansprechende Leitschaufeln (60) in der Turbine (16) mit variabler Geometrie umfasst.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, worin der modellierte Turbinendruckwertesatz eine Funktion einer modellierten Turbinenleitschaufelposition ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Bestimmen der Degradation einer Turbine (16) mit variabler Geometrie in Reaktion auf ein Drossel-Tip-In-Ereignis initiiert wird.
  11. Verfahren zum Betreiben eines Motorsystems (10), umfassend: das Auswählen, während eines ersten Betriebszustandes, einer ersten Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahme aus einer Gruppe von Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahmen, umfassend das Einstellen eines Turbinen-Bypass-Ventils (86), das Einstellen eines Abgasrückführungs(EGR)-Ventils (52), das Einstellen einer Drossel (20) und das Einstellen der Treibstoffeinspritzung; und das Auswählen, während eines zweiten Betriebszustandes, einer zweiten Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahme aus der Gruppe der Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahmen, wobei sich die zweite Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahme von der ersten Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahme unterscheidet, und der zweite Betriebszustand sich von dem ersten Betriebszustand unterscheidet.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, worin die erste Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahme und die zweite Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahme der Reihe nach implementiert werden.
  13. Verfahren nach Anspruch 11, worin die erste Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahme und die zweite Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahme in sich überschneidenden Zeitintervallen implementiert werden, wenn bestimmt wird, dass der erste Betriebszustand die Turbinendegradation nicht beseitigt.
  14. Verfahren nach Anspruch 11, worin die erste Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahme und die zweite Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahme auf Basis eines Vergleichs eines modellierten Turbinendruckwertesatzes und eines abgefühlten Turbinendruckwertesatzes ausgewählt werden, wobei jeder Turbinendruckwertesatz einen Druckwert stromaufwärts der Turbine (16) und einen Druckwert stromabwärts der Turbine (16) umfasst.
  15. Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend das Auswählen, während eines dritten Betriebszustandes, einer dritten Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahme aus der Gruppe der Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahmen, wobei sich die dritte Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahme von der zweiten Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahme und der ersten Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahme unterscheidet.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend das Auswählen, während eines vierten Betriebszustandes, einer vierten Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahme aus der Gruppe der Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahmen, wobei sich die vierte Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahme von der dritten Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahme, der zweiten Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahme und der ersten Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahme unterscheidet.
  17. Verfahren nach Anspruch 11, worin das Einstellen einer Drossel (20) das Einschränken der Drosseleinstellung auf einen vorbestimmten Bereich umfasst und das Einstellen von Treibstoffeinspritzung das Einschränken der Treibstoffeinspritzung auf einen vorbestimmten Bereich umfasst.
  18. Motorsystem (100), umfassend: einen Turbolader (13) mit variabler Geometrie, umfassend einen Kompressor (14), der in einem Ansaug-Untersystem (104) in Fluid-Kommunikation mit dem Motor (10) angeordnet ist, und eine Turbine (16), die in einem Abgas-Untersystem (106) in Fluid-Kommunikation mit dem Motor (10) angeordnet ist, wobei die Turbine (16) eine Vielzahl an einstellbaren Leitschaufeln (60) und einen Turbineneinlass und einen Turbinenauslass umfasst; ein elektronisches Steuerungs-Untersystem (170), umfassend Befehle, die in einem von einem Prozessor (157) ausführbaren Speicher gespeichert sind, um ansprechend auf ein Drossel-Tip-In einen abgefühlten Turbineneinlassdruck und einen abgefühlten Turbinenauslassdruck auf Basis von Signalen zu bestimmen, die von an den Turbineneinlass und den Turbinenauslass angrenzenden Sensoren empfangen werden; einen modellierten Turbineneinlassdruck und einen modellierten Turbinenauslassdruck auf Basis eines Turbineneinlassdruckmodells und eines Turbinenauslassdruckmodells zu bestimmen; und die Degradation einer Turbine (16) mit variabler Geometrie auf Basis eines Vergleichs der modellierten und abgefühlten Turbineneinlassdrücke und Turbinenauslassdrücke anzuzeigen.
  19. Motorsystem nach Anspruch 18, worin das elektronische Steuerungs-Untersystem in einem Speicher gespeicherte Befehle umfasst, die von einem Prozessor ausführbar sind, um, ansprechend auf die Degradation einer Turbine (16) mit variabler Geometrie, eine Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahme aus einer Gruppe von Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahmen auf Basis des Vergleichs der modellierten und abgefühlten Turbineneinlassdrücke und Turbinenauslassdrücke auszuwählen.
  20. Motorsystem nach Anspruch 19, worin die Turbinendegradationsabschwächungsmaßnahmengruppe das Einstellen eines Turbinen-Bypass-Ventils (86) im Motorsystem, das Einstellen eines Abgasrückführungs(EGR)-Ventils (52) im Motorsystem, das Einstellen einer Drossel (20) im Motorsystem und das Einstellen von Treibstoffeinspritzung im Motorsystem umfasst.
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