DE102015110835A1

DE102015110835A1 - Ladedruckregelklappen-Steuerung

Info

Publication number: DE102015110835A1
Application number: DE102015110835.6A
Authority: DE
Inventors: Yan Wang; Amey Y. Karnik; Vladimir V. Kokotovic; Gregory Patrick McConville
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-07-09
Filing date: 2015-07-06
Publication date: 2016-01-14
Also published as: US9587556B2; RU2696168C2; RU2015126768A3; CN105317537B; US20160010541A1; CN105317537A; RU2015126768A

Abstract

Verschiedene Verfahren zum Bestimmen eines Haltestroms basierend auf einem Druckdifferential in einem Ladedruckregelklappen-Ventil werden bereitgestellt. In einem Beispiel umfasst ein Verfahren zum Betätigen einer Ladedruckregelklappe das Bestimmen eines Haltestroms, mit dem ein Ladedruckregelklappen-Ventil in einer gewünschten Position gehalten wird, wobei der Haltestrom auf einem Druckdifferential im Ladedruckregelklappen-Ventil basiert.

Description

Gebiet
Das Gebiet der Offenbarung betrifft die Steuerung einer Ladedruckregelklappe (engl. wastegate) in einem Turbolader.
Allgemeiner Stand der Technik und Kurzdarstellung
Einige Brennkraftmaschinen benutzen eine Kompressionsvorrichtung wie einen Turbolader zum Erhöhen des Motormoments/der Leistungsausgabedichte. In einem Beispiel kann ein Turbolader einen Verdichter und eine Turbine aufweisen, die über eine Antriebswelle verbunden sind, wobei die Turbine mit einer Ablasskrümmerseite eines Motors gekoppelt ist und der Verdichter mit einer Ansaugkrümmerseite des Motors gekoppelt ist. Auf diese Weise führt die abgasbetriebene Turbine dem Verdichter Energie zu, um den Druck (z. B. Schub oder Ladedruck) im Ansaugkrümmer zu erhöhen und die Luftströmung in den Motor zu erhöhen. Der Ladedruck kann durch Einstellen der Gasmenge, die in die Turbine gelangt, gesteuert werden, z. B. mit einer Ladedruckregelklappe. Ein Aktor kann über eine Verbindung betriebswirksam mit einem Ladedruckregelklappen-Ventil gekoppelt sein und angetrieben werden, um das Ladedruckregelklappen-Ventil an jeder beliebigen Stelle zwischen einer vollständig offenen Position und einer vollständig geschlossenen Position (z. B. an einem Ventilsitz) anzuordnen, um den gewünschten Ladedruck basierend auf den Betriebsbedingungen zu erreichen. Der Aktor kann ein elektrischer Aktor sein, wie z. B. ein Elektromotor.
Elektrische Ladedruckregelklappen-Aktoren sind ausgestaltet, um ein Ladedruckregelklappen-Ventil in einer vollständig geschlossenen Position anzuordnen, sodass auf Wunsch einem Motor ein maximaler Ladedruck bereitgestellt werden kann. Da der Ablassdruck auf das Ladedruckregelklappen-Ventil einwirkt, ist ein durchgehendes Anlegen von Strom an den Ladedruckregelklappen-Aktor erforderlich, um eine angemessene Kraft bereitzustellen, die dem Abgasdruck entgegenwirkt, und das Ladedruckregelklappen-Ventil in der vollständig geschlossenen Position zu halten. Der Strom, der benötigt wird, um das Ladedruckregelklappen-Ventil in der vollständig geschlossenen Position zu halten, variiert während des Betriebs, weil der Ablassdruck, der auf das Ventil einwirkt, und das Druckdifferential im Ventil ebenfalls variieren.
In einigen Ansätzen wird ein Gleichstrom an den elektrischen Ladedruckklappen-Aktor angelegt, um das Ladedruckregelklappen-Ventil in der vollständig geschlossenen Position zu halten, wenn das Anordnen in der vollständig geschlossenen Position gewünscht wird. Der Gleichstrom ist der Strom, der ausreicht, um das Ladedruckregelklappen-Ventil in der vollständig geschlossenen Position zu halten, während der maximal mögliche Ablassdruck auf das Ventil einwirkt. Mit anderen Worten wird der Gleichstrom basierend auf den Worst-Case-Betriebsbedingungen ausgewählt. Daher überschreitet der Gleichstrom oftmals den Strom, der gerade ausreicht, um die Anordnung in der vollständig geschlossenen Position zu halten, weil der derzeitig auf das Ventil einwirkende Ablassdruck häufig geringer als der maximal mögliche Ablassdruck ist.
Die Erfinder hierin haben mehrere Probleme bei dem oben genannten Ansatz erkannt. Da der Gleichstrom häufig den Druck überschreitet, der zum vollständigen Geschlossenhalten des Ladedruckregelklappen-Ventils ausreichen würde, verbraucht der Ladedruckregelklappen-Aktor übermäßig viel Strom. Des Weiteren übt die Verwendung von übermäßigem Strom zum vollständigen Geschlossenhalten des Ladedruckregelklappen-Ventils und möglicherweise anderer Teile der Ladedruckregelklappen-Anordnung (z. B. eine Verbindung, die ein Auslassende des Ladedruckregelklappen-Aktors mit dem Ventil koppelt) zu viel Kraft aus, wodurch sie einer erhöhten mechanischen Beanspruchung ausgesetzt sind. Weiterhin führt ein übermäßiger Stromverbrauch zu einer erhöhten Erwärmung des Ladedruckregelklappen-Aktors und bewirkt, dass der Aktor seine maximal zulässige Betriebstemperatur eher erreicht, als dies anders der Fall wäre.
Ein Ansatz, der mindestens zum Teil die obigen Probleme angeht, beinhaltet ein Verfahren zum Betätigen einer Ladedruckregelklappe, umfassend das Bestimmen eines Haltestroms, mit dem ein Ladedruckregelklappen-Ventil in einer gewünschten Position gehalten wird, wobei der Haltestrom auf einem Druckdifferential im Ladedruckregelklappen-Ventil basiert.
In einem spezifischeren Beispiel ist die gewünschte Position eine vollständig geschlossene Position.
In einem anderen Aspekt eines Beispiels wird das Druckdifferential basierend auf dem Turbineneinlassdruck und dem Turbinenauslassdruck bestimmt.
In noch einem anderen Aspekt des Beispiels beinhaltet das Bestimmen des Haltestroms für einen ersten Motordrehzahlbereich das Gewichten eines mittleren Druckdifferentials in der Ladedruckklappe als größer als ein Spitzendruckdifferential im Ladedruckregelklappen-Ventil und für einen zweiten Motordrehzahlbereich das Gewichten des Spitzendruckdifferentials als größer als das mittlere Druckdifferential, wobei der erste Motordrehzahlbereich größer als der zweite Motordrehzahlbereich ist.
In noch einem anderen Aspekt des Beispiels wird der Haltestrom basierend auf einem oder beidem von Motordrehzahl und -last eingestellt.
Auf diese Weise können ein übermäßiger Stromverbrauch durch den Ladedruckregelklappen-Aktor, eine übermäßige Wärmeerzeugung im Aktor und eine übermäßige mechanische Beanspruchung des Ladedruckregelklappen-Ventils abgeschwächt werden. So wird das technische Ergebnis von diesen Aktionen erreicht.
Die oben genannten Vorteile und andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Beschreibung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung allein oder in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen hervor.
Man wird verstehen, dass die obige Kurzdarstellung bereitgestellt wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten bereitzustellen, die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben werden. Es sollen keine Hauptmerkmale oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstandes identifiziert werden, dessen Schutzumfang einzig und allein in den Ansprüchen definiert ist, die der ausführlichen Beschreibung folgen. Des Weiteren ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf die Implementierungen beschränkt, welche die oben genannten oder in jedem beliebigen Teil dieser Offenbarung genannten Nachteile lösen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Es zeigen: 1 ein Blockdiagramm eines turbogeladenen Motors, der eine Ladedruckregelklappe aufweist;
2 eine beispielhafte Anordnung der Ladedruckregelklappe aus 1;
3 ein beispielhaftes Ladedruckregelklappen-Steuersystem zum Betätigen der Ladedruckregelklappe aus 1;
4A und 4B ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Steuern eines Turboladers darstellt, der mit der Ladedruckregelklappen-Anordnung aus 2 verknüpft ist;
5 einen Verlauf eines beispielhaften Fahrzyklus.
Ausführliche Beschreibung
Wie oben beschrieben, können einige Brennkraftmaschinen eine Kompressionsvorrichtung wie einen Turbolader zum Erhöhen der Luftströmung in den Motor und so Erhöhen des Drehmoments bzw. der Leistungsausgabe verwenden. Der dem Ansaugkrümmer zugeführte Druck, der im Folgenden als „Ladedruck“ bezeichnet wird, kann durch Einstellen der Gasmenge gesteuert werden, die eine Turbine des Turboladers erreicht, z. B. über eine Ladedruckregelklappe. Ein Aktor wie ein elektrischer Aktor (z. B. Elektromotor) kann betriebswirksam mit einem Ventil der Ladedruckregelklappe gekoppelt sein und zum Positionieren der Ladedruckregelklappe in jeder beliebigen zwischen einer vollständig geöffneten und einer vollständig geschlossenen Position angetrieben werden, um den gewünschten Ladedruck basierend auf den Betriebsbedingungen zu erreichen. Wenn ein maximaler Ladedruck gewünscht wird, kann der Aktor das Ladedruckregelklappen-Ventil in der vollständig geschlossenen Position anordnen und so den hohen Ablassdrücken entgegenwirken, die auf das Ladedruckregelklappen-Ventil einwirken. Um das Ladedruckregelklappen-Ventil so lange wie gewünscht in der vollständig geschlossenen Position zu halten, muss diesen Ablassdrücken durchgehend entgegengewirkt werden, wodurch ein durchgehendes Ausüben einer ausreichenden Kraft auf das Ventil und somit ein durchgehender Verbrauch von ausreichend Strom durch den Aktor erforderlich ist. Der von dem Ladedruckregelklappen-Aktor in dem Versuch, das Ladedruckregelklappen-Ventil in der vollständig geschlossenen Position (oder nicht vollständig geschlossenen Position) zu halten, wird hierin als „Haltestrom“ bezeichnet.
Die Ablassdrücke, die auf das Ladedruckregelklappen-Ventil einwirken, variieren typischerweise während des Motorbetriebs. In einigen Ansätzen zum Halten eines Ladedruckregelklappen-Ventils in der vollständig geschlossenen Position wird der Haltestrom, der von einem Ladedruckregelklappen-Aktor zum Halten des Ventils in seiner Position verwendet wird, basierend auf Worst-Case-Bedingungen ausgewählt – spezifisch als der maximale Ablassdruck, der möglicherweise auf das Ventil einwirken kann. Während sichergestellt wird, dass das Ladedruckregelklappen-Ventil in der vollständig geschlossenen Position gehalten wird, überschreitet dieser Worst-Case-Haltestrom häufig den Strom, der ausreichen würde, um das Ventil in der vollständig geschlossenen Position zu halten. Ein solcher übermäßiger Haltestrom resultiert in einem übermäßigen Stromverbrauch durch den Aktor, in übermäßiger mechanischer Beanspruchung des Ladedruckregelklappen-Ventils und möglicherweise anderer Komponenten einer zugehörigen Ladedruckregelklappen-Anordnung und in einem schnelleren Erreichen einer maximal zulässigen Aktortemperatur.
Verschiedene Verfahren zum Bestimmen eines Haltestroms basierend auf einem Druckdifferential in einem Ladedruckregelklappen-Ventil werden daher bereitgestellt. In einem Beispiel umfasst ein Verfahren zum Betätigen einer Ladedruckregelklappe das Bestimmen eines Haltestroms, mit dem ein Ladedruckregelklappen-Ventil in einer gewünschten Position gehalten wird, wobei der Haltestrom auf einem Druckdifferential im Ladedruckregelklappen-Ventil basiert. 1 zeigt ein Blockdiagramm eines turbogeladenen Motors mit einer Ladedruckregelklappe, 2 zeigt eine beispielhafte Anordnung der Ladedruckregelklappe aus 1, 3 zeigt ein beispielhaftes Steuersystem zum Betätigen der Ladedruckregelklappe aus 1; 4A bis B zeigen ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Steuern eines Turboladers darstellt, der mit der Ladedruckregelklappen-Anordnung aus 2 verknüpft ist, und 5 zeigt eine Aufzeichnung eines beispielhaften Fahrzyklus. Der Motor aus 1 weist auch eine Steuerung auf, die zum Ausführen der Verfahren aus 4A bis B konfiguriert ist.
1 ist ein schematisches Diagramm, das einen beispielhaften Motor 10 darstellt, der in einem Antriebssystem eines Automobils enthalten sein kann. Der Motor 10 ist mit vier Zylindern 30 dargestellt. Es können jedoch auch andere Anzahlen von Zylindern gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. Der Motor 10 kann zumindest teilweise von einem Steuersystem mit einer Steuerung 12 und durch Eingabe eines Fahrzeugbedieners 132 über eine Eingabevorrichtung 130 gesteuert werden. In diesem Beispiel weist die Eingabevorrichtung 130 ein Gaspedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals PP auf. Jede Verbrennungskammer (z. B. Zylinder) 30 des Motors 10 kann Verbrennungskammerwände mit einem darin angeordneten Kolben (nicht dargestellt) aufweisen. Die Kolben können mit einer Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, sodass die Hin- und Herbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle übersetzt wird. Die Kurbelwelle 40 kann mit mindestens einem Antriebsrad eines Fahrzeugs über ein Zwischengetriebesystem (nicht dargestellt) gekoppelt sein. Ferner kann ein Startermotor mit der Kurbelwelle 40 über ein Flügelrad gekoppelt sein, um einen Startbetrieb des Motors 10 zu ermöglichen.
Die Verbrennungskammer 30 kann die Ansaugluft von dem Ansaugkrümmer 44 über den Ansaugkanal 42 aufnehmen und Verbrennungsgase über den Ablasskanal 48 ausstoßen. Der Ansaugkrümmer 44 und der Ablasskrümmer 46 können selektiv über entsprechende Ansaugventile oder Ablassventile (nicht dargestellt) mit der Verbrennungskammer 30 kommunizieren. In einigen Ausführungsformen kann die Verbrennungskammer 30 zwei oder mehrere Ansaugventile und/oder zwei oder mehrere Ablassventile aufweisen.
Die Kraftstoffeinspritzdüsen 50 sind direkt mit der Verbrennungskammer 30 zum direkten Einspritzen von Kraftstoff dort hinein proportional zu der Pulsweite des Signals FPW, das von der Steuerung 12 empfangen wird, gekoppelt. Auf diese Weise stellt der Kraftstoffeinspritzer 50 die so genannte Direkteinspritzung von Kraftstoff in die Verbrennungskammer 30 bereit. Der Kraftstoffeinspritzer kann z. B. in der Seite der Verbrennungskammer oder an der Oberseite der Verbrennungskammer befestigt sein. Der Kraftstoff kann dem Kraftstoffeinspritzer 50 durch ein Kraftstoffsystem (nicht dargestellt) zugeführt werden, das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und eine Einspritzleitung aufweist. In einigen Ausführungsformen können die Verbrennungskammern 30 alternativ oder zusätzlich einen Kraftstoffeinspritzer aufweisen, der in dem Ansaugkrümmer 44 in einer Konfiguration angeordnet ist, welche die so genannte Port-Kraftstoffeinspritzung in den Einlassanschluss stromaufwärts jeder Verbrennungskammer 30 bereitstellt.
Der Ansaugkanal 42 kann die Drosselklappe 23 mit einer Drosselklappenscheibe 24 aufwiesen. In diesem bestimmten Beispiel kann die Position der Drosselklappenscheibe 24 von der Steuerung 12 über Signale variiert werden, die einem Aktor zur Verfügung gestellt werden, der in der Drosselklappe enthalten ist. In einem Beispiel kann der Aktor ein elektrischer Aktor (z. B. Elektromotor) sein, wobei diese Konfiguration gemeinhin als elektronische Drosselklappensteuerung (ETC) bezeichnet wird. Auf diese Weise kann die Drosselklappe 23 zum Variieren der Ansaugluft, die der Verbrennungskammer 30, unter anderen Motorzylindern, bereitgestellt wird, betrieben werden. Die Position der Drosselklappenscheibe 24 kann von der Steuerung 12 über Drosselklappenpositionssignale TP bereitgestellt werden. Der Ansaugkanal 42 kann ferner einen Luftmassenstromsensor 120, einen Krümmerluftdrucksensor 122 und einen Drosselklappeneinlass-Drucksensor 123 zum Bereitstellen entsprechender MAF-(Luftmassenstrom) und MAP-(Krümmerluftdruck)-Signale an die Steuerung 12 aufweisen.
Der Ablasskanal 48 kann Abgase aus den Zylindern 30 empfangen. Der Abgassensor 128 ist mit dem Ablasskanal 48 stromaufwärts in Bezug auf die Turbine 62 und der Emissionssteuerungsvorrichtung 78 gekoppelt dargestellt. Der Sensor 128 kann aus verschiedenen geeigneten Sensoren zum Bereitstellen einer Anzeige eines Abgasluft-/Kraftstoff-Verhältnisses wie einem linearen Sauerstoffsensor oder UEGO (Universal oder Wide-Range Exhaust Gas Oxygen), einem Sauerstoffsensor mit zwei Zuständen oder EGO, einem NOx-, HC- oder CO-Sensor ausgewählt sein. Der Sensor 128 kann alternativ stromabwärts der Turbine 62 angeordnet sein. Die Emissionssteuerungsvorrichtung 78 kann ein Dreiwegekatalysator (TWC), ein Stickstoffabscheider, verschiedene andere Emissionssteuerungsvorrichtungen oder Kombinationen davon sein.
Die Abgastemperatur kann von einem oder mehreren Temperatursensoren (nicht dargestellt) gemessen werden, die in dem Ablasskanal 48 angeordnet sind. Alternativ kann die Ablasstemperatur basierend auf den Motorbetriebsbedingungen wie Drehzahl, Last, Luft-Kraftstoff-Verhältnis (AFR), Zündungsverzögerung usw. abgeleitet werden.
Die Steuerung 12 ist in 1 als Mikrocomputer dargestellt, der eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingabe-/Ausgabeports 104, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, das in diesem besonderen Beispiel als Nurlesespeicherchip 106 dargestellt ist, einen wahlfreien Zugriffsspeicher 108, einen Keep-Alive-Speicher 110 und einen Datenbus aufweist. Die Steuerung 12 kann zusätzlich zu den zuvor beschriebenen Signalen verschiedene Signale von den Sensoren empfangen, die mit dem Motor 10 gekoppelt sind, einschließlich der Messung des induzierten Luftmassenstroms (MAF) von dem Luftmassenstromsensor 120; der Motorkühlmitteltemperatur (ECT) von dem Temperatursensor 112, der schematisch an einer Stelle in dem Motor 10 dargestellt ist; eines Profilzündungsaufnahmesignals (PIP) von dem Halleffektsensor 118 (oder einem anderen Typ), der mit der Kurbelwelle 40 gekoppelt ist; der Drosselklappenposition (TP) von einem Drosselklappenpositionssensor, wie erläutert; und eines Krümmerabsolutdrucksignals MAP vom dem Sensor 122, wie erläutert. Das Motordrehzahlsignal, RPM (U/min) kann von der Steuerung 12 aus dem PIP-Signal erzeugt werden. Das Krümmerdrucksignal MAP aus einem Krümmerdrucksensor kann zum Bereitstellen einer Anzeige von Vakuum oder Druck in dem Ansaugkrümmer 44 verwendet werden. Es sei zu beachten, dass verschiedene Kombinationen der obigen Sensoren verwendet werden können, wie ein MAF-Sensor ohne einen MAP-Sensor und umgekehrt. Während des stöchiometrischen Betriebs kann der MAP-Sensor ein Motordrehmoment anzeigen. Ferner kann dieser Sensor zusammen mit der erkannten Motordrehzahl eine Ladeschätzung (einschl. Luft) bereitstellen, die in den Zylinder eingeleitet wird. In einem Beispiel kann der Sensor 118, der auch als Motordrehzahlsensor verwendet wird, eine vorbestimmte Anzahl von gleich beabstandeten Impulsen bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle 40 erzeugen. In einigen Beispielen kann der Speichermedium-Nurlesespeicher 106 mit computerlesbaren Daten programmiert sein, die durch den Prozessor 102 ausführbare Anweisungen zum Durchführen der unten beschriebenen Verfahren repräsentieren, oder andere Varianten, die vorweggenommen werden, aber nicht spezifisch aufgeführt sind.
Der Motor 10 kann ferner eine Kompressionsvorrichtung wie einen Turbolader oder einen Superlader aufweisen, die mindestens einen Verdichter 60 aufweisen, der entlang des Ansaugkanals 42 angeordnet ist. Für einen Turbolader kann der Verdichter 60 mindestens teilweise von einer Turbine 62 über beispielsweise eine Welle oder eine andere Kupplungsanordnung angetrieben werden. Die Turbine 62 kann entlang des Ablasskanals 48 angeordnet sein und mit den dadurch strömenden Abgasen kommunizieren. Verschiedene Anordnungen können zum Antreiben des Verdichters vorgesehen sein. Bei einem Superlader kann der Verdichter 60 mindestens teilweise von dem Motor und/oder einer Elektromaschine angetrieben werden und keine Turbine aufweisen. Daher kann die Kompressionsmenge, die einem oder mehreren Zylindern des Motors über einen Turbolader oder Superlader bereitgestellt wird, von der Steuerung 12 variiert werden. In einigen Fällen kann die Turbine 62 zum Beispiel einen elektrischen Generator 64 antreiben, um eine Batterie 66 über einen Turboantrieb 68 zu betreiben. Die Leistung aus der Batterie 66 kann dann zum Antreiben des Verdichters 60 über einen Elektromotor 70 verwendet werden. Weiterhin kann ein Sensor 123 in dem Ansaugkanal 42 zum Bereitstellen eines BOOST-Signals an eine Steuerung 12 angeordnet sein.
Ferner kann der Ablasskanal 48 eine Ladedruckregelklappe 26 zum Umleiten von Abgas aus der Turbine 62 aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann die Ladedruckregelklappe 26 eine mehrstufige Ladedruckregelklappe wie eine zweistufige Ladedruckregelklappe mit einer ersten Stufe, die zum Steuern des Ladedrucks konfiguriert ist, und mit einer zweiten Stufe sein, die zum Erhöhen des Wärmestroms zu der Emissionssteuerungsvorrichtung 78 konfiguriert ist. Die Ladedruckregelklappe 26 kann von einem Aktor 150 betätigt werden, der beispielsweise ein elektrischer Aktor wie z. B. ein Elektromotor sein kann, obschon auch pneumatische Aktoren in Betracht gezogen werden. Der Ansaugkanal 42 kann eine Verdichterbypassklappe 27 aufweisen, das zum Umlenken von Ansaugluft um den Verdichter 60 konfiguriert ist. Die Ladedruckregelklappe 26 und/oder die Verdichterbypassklappe 27 können von der Steuerung 12 über Aktoren (z. B. den Aktor 150) derart gesteuert werden, dass sie öffnen, wenn beispielsweise ein geringerer Ladedruck gewünscht wird.
1 zeigt auch die Aufnahme eines Turbineneinlass-Drucksensors 82 und eines Turbinenauslass-Drucksensors 84, die jeweils zum Messen des Abgasdrucks stromaufwärts und in der Nähe eines Einlasses der Turbine 62 und des Abgasdrucks stromabwärts und in der Nähe des Ablasses der Turbine konfiguriert sind. Die Turbinendrucksensoren 82 und 84 sind als die Signale TIP bzw. TOP an die Steuerung 12 ausgebend dargestellt, die zusammenwirkend analysiert werden können, um ein Druckdifferential in der Ladedruckklappe 26 zu bestimmen – insbesondere das Druckdifferential im Ladedruckklappenventil der Ladedruckklappe. Wie unten ausführlicher beschrieben können Aspekte der Ladedruckklappe 26 basierend auf dem Druckdifferential gesteuert werden, das basierend auf der Ausgabe aus den Turbinendrucksensoren 82 und 84 bestimmt wird, einschließlich des Haltestroms, der dem Ladedruckklappen-Aktor 150 in dem Versuch zum vollständigen Geschlossenhalten des Ladedruckklappenventils zugeführt wird, aber nicht darauf beschränkt. Man wird jedoch zu schätzen wissen, dass die Stellen der Turbinendrucksensoren 82 und 84 als nicht einschränkende Beispiele bereitgestellt sind und variiert werden können, ohne den Schutzbereich dieser Offenbarung zu verlassen. Des Weiteren können in anderen Ausführungsformen die Turbinendrucksensoren 82 und 84 ausgelassen werden, in welchem Fall das Druckdifferential im Ladedruckklappenventil auf andere geeignete Weise bestimmt werden kann (z. B. basierend auf einem oder mehreren von oben beschriebenen MAF-, MAP- und BOOST-Signalen und/oder einem Ladedruckklappen-Positionssignal aus einem Positionssensor der Ladedruckklappe 26 und Motordrehzahl basierend auf dem PIP-Signal).
Der Ansaugkanal 42 kann ferner einen Ladeluftkühler (CAC) 80 (z. B. einen Interkühler) zum Verringern der Temperatur von turbogeladenen oder supergeladenen Ansauggasen aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann der Ladeluftkühler 80 ein Luft-Luft-Wärmetauscher sein. In anderen Ausführungsformen kann der Ladeluftkühler 80 ein Luft-Flüssigkeit-Wärmetauscher sein. Obschon als stromabwärts der Drosselklappe 23 angeordnet dargestellt, kann der Ladeluftkühler 80 auch stromaufwärts der Drosselklappe 23 angeordnet sein, ohne dadurch den Schutzbereich dieser Offenbarung zu verlassen.
Ferner kann in den offenbarten Ausführungsformen ein Abgasrückführungssystem (AGR-System) einen gewünschten Anteil von Abgas aus dem Ablasskanal 48 über den AGR-Kanal 140 zu dem Ansaugkanal 42 leiten. Die AGR-Menge, die dem Ansaugkanal 42 bereitgestellt wird, kann durch die Steuerung 12 über das AGR-Ventil 142 variiert werden. Ferner kann ein AGR-Sensor (nicht dargestellt) in dem AGR-Kanal angeordnet sein und eine Anzeige eines oder mehrerer von Druck, Temperatur und Abgaskonzentration bereitstellen. Alternativ kann die AGR mithilfe eines berechneten Wertes basierend auf Signalen von dem MAF-Sensor (stromaufwärts), MAP-(Ansaugkrümmer), MAT-(Krümmergastemperatur) und Kurbelwellendrehzahl-Sensor gesteuert werden. Ferner kann die AGR basierend auf einem Ablass-O2-Sensor und/oder Einlass-Sauerstoffsensor (Ansaugkrümmer) gesteuert werden. Unter bestimmten Bedingungen kann das AGR-System zum Regulieren der Temperatur des Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Verbrennungskammer verwendet werden. 1 zeigt ein Hochdruck-AGR-System, wobei die AGR stromaufwärts einer Turbine des Turboladers nach stromabwärts eines Verdichters eines Turboladers geleitet wird. In anderen Ausführungsformen kann der Motor zusätzlich oder alternativ ein Niederdruck-AGR-System aufweisen, bei dem die AGR von stromabwärts einer Turbine eines Turboladers nach stromaufwärts eines Verdichters des Turboladers geleitet wird.
Mit Bezug auf 2 ist eine beispielhafte Ladedruckregelklappen-Baugruppe 200 dargestellt. Die Ladedruckregelklappe 200 kann z. B. die Ladedruckregelklappe 26 aus 1 sein. Die Ladedruckregelklappe 200 kann von einem Aktor 202 betätigt werden, welcher der Aktor 150 aus 1 sein kann. In diesem Beispiel ist der Aktor 202 ein elektrischer Aktor wie ein Elektromotor. In einigen Beispielen kann der Aktor 202 insbesondere ein Drehaktor mit einem Element sein, das eine Drehung durchläuft, um so die Aktorposition zu verändern. Eine Ausgangswelle 201 des Aktors 202 ist mit einer Verbindung 204 und insbesondere erstem ersten Verbindungsglied 206 der Verbindung gekoppelt. Wie dargestellt, ist die Verbindung 204 in der dargestellten Ausführungsform eine Vierstangenverbindung, obschon andere Verbindungen möglich sind, wie z. B. eine lineare Stange. Die Verbindung 204 bewegt sich über zwei Gelenke mit einem ersten Gelenk 208, um das sich das erste Verbindungsglied 206 dreht, und einem zweiten Gelenk 212, um das sich ein drittes Verbindungsglied 214 und ein viertes Verbindungsglied 216 drehen. Das zweite Gelenk 210 kann z. B. Stiftverbindungsstücke an jedem Ende aufweisen. Das erste, zweite, dritte und vierte Verbindungsglied 206, 210, 214 und 216 sind miteinander gekoppelt, um die Verbindung 204 als zusammenhängendes Element zu bilden. An einem dem Aktor 202 gegenüberliegenden Ende ist die Verbindung 204 mit einem vierten Verbindungsglied 216 mit einer Ladedruckregelklappe 218 gekoppelt, die in einer vollständig geöffneten Position, einer vollständig geschlossenen Position oder irgendwo dazwischen in Bezug auf den Ventilsitz 220 angeordnet sein kann. Der Ventilsitz 220 ist als in einem Abschnitt des Ablasskanals 222 angeordnet dargestellt, wobei dies z. B. der Ablasskanal 48 von Motor 10 in 1 sein kann. Durch das Anordnen des Ladedruckregelklappen-Ventils 218 in durchgehend variabler Weise kann die Menge von Abgas, das in eine Turbine eines Turboladers gelangt (z. B. Turbine 62 aus 1), gesteuert werden. Auf diese Weise kann der Ladedruck, der einem Motor wie Motor 10 aus 1 zugeführt wird, gemäß dem gewünschten Ladedruck und anderen Betriebsbedingungen gesteuert werden. Die Position des Ladedruckregelklappen-Ventils 218 der Ladedruckregelklappe 200 kann insbesondere über die Betätigung von Aktor 202 und Anordnen seiner Ausgangswelle 201 gesteuert werden, wobei die Bewegungen davon über die Verbindung 204 zum Abgasventil übersetzt werden können.
Wie dargestellt, weist die Ladedruckregelklappe 200 ferner einen Positionssensor 224 auf, der zum Messen von Veränderungen des Winkels der Ausgangswelle 201 konfiguriert sein kann, um so den Standort des Ladedruckregelklappen-Ventils 218 zu schätzen. In einigen Beispielen kann ein Drehcodierer, der zum Fühlen der Drehung einer Drehkomponente im Aktor 202 konfiguriert ist, eingesetzt werden, wobei die von diesem erzeugten Impulse an die Steuerung 12 aus 1 gesendet werden. Der Positionssensor 224 kann jedoch bei Ausführungsformen, bei denen anstelle der Vierstangenkonfiguration aus 2 eine lineare Stangenverbindung verwendet wird, angepasst werden. In jedem Fall kann eine Messung von Positionssensor 224 zum Bestimmen der Position des Ladedruckregelklappen-Ventils 218 verwendet werden. In anderen Ausführungsformen kann die Position des Ladedruckregelklappen-Ventils jedoch basierend auf einem Weichmodell bestimmt werden, das eines oder mehrere Signale (z. B. LADEDRUCK – BOOST) verwendet, wie oben mit Bezug auf 1 beschrieben, die an die Steuerung 12 gesendet wird/werden.
Man wird zu schätzen wissen, dass die Ladedruckregelklappe 200 und verschiedene Komponenten davon verändert werden können, ohne den Schutzbereich dieser Offenbarung zu verlassen. Zum Beispiel können anstelle eines zusätzlichen Positionssensors 224 ein Stromsensor und/oder ein Kraftsensor in dem Aktor 202 aufgenommen sein. Die Stromabtastung kann über einen Sensor oder eine Sonde erfolgen, oder kann in anderen Beispielen basierend auf dem Ohm'schen Gesetz (oder Gleichung) als das Verhältnis von Aktorspannung (z. B. Endgerätspannung) und Aktorwiderstand (z. B. Wicklungswiderstand) berechnet werden, wenn diese zwei Mengen bekannt sind oder gemessen oder abgeleitet werden können. Weiterhin können, wie oben beschrieben, andere Arten von Verbindungen zum Koppeln des Aktors 202 mit dem Ladedruckregelklappen-Ventil 218 bereitgestellt werden, einschließlich einer linearen Stange, aber nicht darauf beschränkt. Des Weiteren kann Vorspanner (nicht dargestellt) mit dem Ladedruckregelklappen-Ventil 218 zum Positionieren des Ventils an einer Standardposition gekoppelt werden, wenn das Ventil nicht von dem Aktor 202 betätigt wird.
Zum Anordnen des Ladedruckregelklappen-Ventils 218 an einer gewünschten Position wird eine angemessene Kraft an das Ventil angelegt, um den Kräften, die auf das Ventil einwirken und die aus der Strömung von Abgasen durch den Ablasskanal 222 entstehen, entgegenzuwirken. Wie in 2 zu sehen, wirken die Abgase auf das Ladedruckregelklappen-Ventil 218 in eine Richtung ein, die im Wesentlichen und etwa einer Richtung E entspricht, während der Aktor 202 Kräfte auf das Ventil in eine Richtung ausübt, die im Wesentlichen und etwa einer Richtung F entspricht, die im Wesentlichen antiparallel zu Richtung E verläuft, um den Abgaskräften entgegenzuwirken und das Ventil in einer gewünschten Position zum Bereitstellen des gewünschten Ladedrucks anzuordnen. Wenn ein konstanter Ladedruck gewünscht wird, ist es wünschenswert, das Ladedruckregelklappen-Ventil 218 an einer festen Position oder „Hub“ zu halten, die sich auf den Abstand zwischen einer oberen Oberfläche des Ventilsitzes 220 und einer unteren Oberfläche des Ladedruckregelklappen-Ventils wie hierin verwendet beziehen. In einem spezifischen Beispiel kann der maximale Ladedruck gewünscht werden, in welchem Fall das Ladedruckregelklappen-Ventil 218 in seiner vollständig geschlossenen Position (z. B. in Kontakt mit dem Ventilsitz 220) gehalten werden kann. Während solcher Bedingungen, in denen das Beibehalten eines festen Ladedruckregelklappen-Ventilhubs für länger als eine Schwellendauer gewünscht wird, variieren die Ablasskräfte, die auf das Ladedruckregelklappen-Ventil 218 einwirken, aufgrund des Betriebs eines zugehörigen Motors (z. B. Motor 10 aus 1) – z. B. als Ergebnis eines zyklischen Motorbetriebs und Veränderungen in der Motordrehzahl und/oder -last. In einigen Fällen können die Schwankung in der Ablasskraft, die auf das Ladedruckregelklappen-Ventil 218 einwirkt, und die Schwankung im Druckdifferential im Ladedruckregelklappen-Ventil mindestens zum Teil periodisch sein. Wie oben beschrieben, berücksichtigen einige Ansätze oben diese Variation durch Zuführen eines Gleichhaltestroms zu einem Ladedruckregelklappen-Aktor, der die Erzeugung einer Haltekraft zum Halten eines Ladedruckregelklappen-Ventils in der vollständig geschlossenen Position ermöglicht und der maximalen Ablasskraft entgegenwirkt, die möglicherweise auf das Ladedruckregelklappen-Ventil einwirken kann. Dementsprechend ist dieser Haltestrom während mindestens einiger Zeiträume des Motorbetriebs übermäßig, in denen die derzeitige Ablasskraft, die auf das Ladedruckregelklappen-Ventil einwirkt, geringer ist als die maximal mögliche Ablasskraft, was in einem übermäßigen Stromverbrauch durch den Ladedruckregelklappen-Aktor, einer übermäßigen Wärmeerzeugung in dem Aktor und einer übermäßigen Kraft resultiert, die auf das Ladedruckregelklappen-Ventil ausgeübt wird, was möglicherweise eine Verschlechterung der Ladedruckregelklappen-Anordnung verursacht.
Demgegenüber können die Halteströme und ihre resultierenden Kräfte, die auf das Ladedruckregelklappen-Ventil 218 ausgeübt werden, stattdessen basierend auf den Betriebsbedingungen der Ladedruckregelklappen-Anordnung 200 bestimmt werden. Spezifisch können die dem Aktor 202 zugeführten und von diesem verbrauchten Halteströme basierend auf einem Druckdifferential im Ladedruckregelklappen-Ventil 218 bestimmt werden. Das Druckdifferential im Ladedruckregelklappen-Ventil 218 kann z. B. basierend auf der Differenz zwischen der Ausgabe aus dem Turbineneinlass-Drucksensor 82 und dem Turbinenauslass-Drucksensor 84 bestimmt werden (beide aus 1), obgleich in anderen Ausführungsformen das Druckdifferential basierend auf einem oder mehreren von MAF-, MAP- und BOOST-Signalen aus 1 bestimmt werden kann. Auf diese Weise kann das Ladedruckregelklappen-Ventil 218 mithilfe eines ausreichenden Haltestroms in einer vollständig geschlossenen Position am Ventilsitz 220 und mit einer Haltekraft gehalten werden, um der derzeitigen Ablasskraft, die auf das Ventil einwirkt, entgegenzuwirken. Der Haltestrom und die Kraft können ferner dynamisch angepasst werden, insbesondere zum Berücksichtigen der Schwankung in der Ablasskraft aufgrund des Motorbetriebs bei verschiedenen Drehzahlen und Lasten (z. B. kann der Haltestrom erhöht werden, während die Motordrehzahl und/oder -last aufgrund der resultierenden Zunahmen des Ablassdrucks zunehmen). Auf diese Weise können sowohl der übermäßige Stromverbrauch durch den Aktor 202 als auch die übermäßige Kraft, die von dem Ladedruckregelklappen-Ventil 218 ausgeübt wird, abgeschwächt werden. Nichtsdestotrotz kann in einigen Ansätzen ein kleines Spiel (z. B. Stromzunahme) einem Haltestrom zugegeben werden, der basierend auf dem Druckdifferential im Ladedruckregelklappen-Ventil 218 bestimmt wird, um dem Ventil besser zu ermöglichen im Ventilsitz 220 zu sitzen und den gewünschten Ladedruck abzugeben.
In einigen Beispielen kann die Ladedruckanpassung auf unterschiedliche Weisen je nach Motordrehzahl (z. B. Motordrehzahl 10 aus 1) ausgeführt werden. In einem ersten Motordrehzahlbereich, der mittlere und hohe Motordrehzahlen einschließt, kann die Schwankungsfrequenz im Druckdifferential im Ladedruckregelklappen-Ventil 218 deutlich höher sein als die mechanische Bandbreite der Ladedruckregelklappe 200. Entsprechend beeinträchtigen Störungen, die aufgrund der Schwankungen verursacht werden, die Ladedruckregelklappen-Ventil-Positionierung in diesem Motordrehzahlbereich nicht bedeutend. Daher kann die Haltestromanpassung in diesem ersten Motordrehzahlbereich basierend auf einem Mittelwert des Druckdifferentials im Ladedruckregelklappen-Ventil 218 ausgeführt werden, was im Gegensatz zu Ansätzen steht, bei denen die Haltestromanpassung basierend auf dem Spitzenwert des Druckdifferentials ausgeführt wird.
Die Haltestromanpassung kann für einen zweiten Motordrehzahlbereich mit geringen Motordrehzahlen anders sein. In einigen Beispielen kann der zweite Motordrehzahlbereich vollständig außerhalb des ersten Motordrehzahlbereichs fallen, in welchem Fall der erste Motordrehzahlbereich größer als der zweite Motordrehzahlbereich sein kann. In anderen Beispielen können sich der erste und der zweite Drehzahlbereich überschneiden. In dem zweiten Motordrehzahlbereich kann die Frequenz der Ladedruckregelklappen-Druckdifferentialschwankung mit der mechanischen Bandbreite der Ladedruckregelklappe 200 vergleichbar sein. Daher kann die Haltestromanpassung in dem zweiten Motordrehzahlbereich einen oder zwei Ansätze annehmen: im ersten wird ein Haltestrom bestimmt, sodass eine Kraft auf das Ventil ausgeübt wird, die ausreicht, um der derzeitigen Ablasskraft, die auf das Ladedruckregelklappen-Ventil 218 einwirkt, entgegenzuwirken. Die Gegenkraft kann so genau wie möglich entgegengesetzt zu der derzeitigen Ablasskraft sein. Des Weiteren wird man zu schätzen wissen, dass die Frequenz, mit der die derzeitigen Kräfte und entsprechenden Gegenkräfte bestimmt werden, verschiedene geeignete Werte annehmen und basierend auf der Frequenz der Druckdifferentialmessung und der Ladedruckregelklappen-Ventil-Positionierungsdynamik ausgewählt werden können. Im zweiten Ansatz kann die Haltestromanpassung das Bestimmen eines gewichteten Druckdifferentialmittelwertes durch Gewichten der mittleren und Spitzendruckdifferentiale im Ladedruckregelklappen-Ventil 218 einschließen. Die Gewichtungen in Bezug auf die mittleren und Spitzendruckdifferentiale können basierend auf der Motordrehzahl dynamisch während des Betriebs eingestellt werden – z. B. kann in einem niedrigeren Drehzahlbereich (z. B. dem zweiten Drehzahlbereich) das Spitzendruckdifferential größer als das mittlere Druckdifferential gewichtet werden, während in einem höheren Motordrehzahlbereich das mittlere Druckdifferential größer als das Spitzendruckdifferential gewichtet werden kann. Daher können in einigen Beispielen nichtschwingende Ströme sogar dann ausgewählt werden, wenn die Frequenz der Druckdifferentialschwankung mit der mechanischen Ladedruckklappen-Bandbreite vergleichbar ist. Man wird zu schätzen wissen, dass der Übergang zwischen solchen Gewichtungen in einigen Beispielen diskret sein kann, während er in anderen durchgehend sein kann (z. B. wird das mittlere Druckdifferential zunehmend mehr auf lineare Weise gewichtet als das Spitzendruckdifferential, wenn die Motordrehzahl zunimmt). Ferner können Gewichtungen basierend auf der Rückkopplungssteuerung eingestellt werden, die weiter unten ausführlicher beschrieben wird.
In einigen Beispielen können die Halteströme gemäß der folgenden Gleichung bestimmt werden: I_Haltestrom = K(U/min)·I_Spitze(U/min, ∆P) + (1 – K)·I_mittel(U/min, ∆P), worin I_Haltestrom der Haltestrom ist, K eine Konstante ist, I_Spitze der Spitzenhaltestrom in einem geeigneten Zeitintervall und I_mittel der mittlere Haltestrom in dem Zeitintervall ist. Diese Gleichung ermöglicht somit die Bestimmung von Halteströmen durch Gewichten von Spitzen- und mittleren Halteströmen gemäß der Motordrehzahl und dem Druckdifferential über das Ladedruckregelklappen-Ventil 218, wobei der Spitzenhaltestrom zunehmend größer gewichtet wird als der mittlere Haltestrom, während die Motordrehzahl zunimmt.
In einigen Beispielen kann der zyklische Motorbetrieb eine Druckdifferentialschwankung im Ladedruckregelklappen-Ventil 218 mindestens teilweise periodisch herbeiführen.
Die Haltestromanpassung in diesem Beispiel kann daher durch Überschneiden einer oder mehrerer periodischer Funktionen mit Ladedruckklappen-Steuersignalen ausgeführt werden, die zum Einleiten des Ladedruckklappen-Haltens und zum Senden an den Aktor 202 erzeugt werden, wodurch eine periodische Variation im Haltestrom, der dem Aktor zugeführt wird, bewirkt wird. Die periodischen Funktionen können in einigen Beispielen mindestens zum Teil sinusförmig sein und können verschiedene Parameter (z. B. Amplitude, Frequenz, Phase usw.) aufweisen, die dynamisch auf die Druckdifferentialschwankung angepasst werden können – z. B. kann der Zeitraum einer periodischen Funktion mit dem gemessenen oder abgeleiteten Zeitraum der Druckdifferentialschwankung gleichgestellt werden. Die Auswahl der Phase kann die Abgasströmung und Ladedruckregelklappen-Dynamik berücksichtigen und spezifisch die Verzögerung zwischen der Druckdifferentialbestimmung und der Haltestrombestimmung und -anwendung. In einigen Beispielen kann die Auswahl der Phase (und/oder andere periodische Funktionsparameter) das Wiederherstellen der Phasen aus einer Nachschlagetabelle (z. B. durch Zuführen der Druckdifferential-Schwankungsfrequenz als eine Eingabe in die Nachschlagetabelle) einschließen. Die schwingenden Halteströme können auf diese Weise gemäß der Verzögerung und der Reaktionsfähigkeit der Ladedruckregelklappe 200 und der Frequenz der Druckdifferentialschwankung im Ladedruckregelklappen-Ventil 218 ausgewählt werden; in einigen Fällen können die schwingenden Ströme nicht ausgewählt werden, wenn die Reaktionsfähigkeit der Ladedruckregelklappe nicht mit der Frequenz der Druckdifferentialschwankung vergleichbar ist und in noch anderen Fällen können die schwingenden Ströme nicht ausgewählt werden, sogar dann nicht, wenn die Ladedruckregelklappen-Reaktionsfähigkeit mit der Druckdifferential-Schwankungsfrequenz vergleichbar ist. Die zum Ausführen der adaptiven Haltestrombestimmung eingesetzten Routinen auf die oben beschriebene Weise kann auch eine Rückkopplungssteuerung einschließen. Insbesondere kann die Position des Ladedruckregelklappen-Ventils 218 (die z. B. durch den Positionssensor 224 angezeigt wird) von dem Positionssensor 224 an ein Rückkopplungsmodul rückgekoppelt werden, wobei die rückgekoppelte Position und die vollständig geschlossene Position verglichen werden, um Abweichungen von der vollständig geschlossenen Position zu erkennen. Die erkannten Abweichungen können dann in ein Vorwärtsschubmodul eingespeist werden, das zum Bestimmen eines oder mehrerer Parameter (z. B. Strom, der dem Aktor 202 zugeführt werden soll), welche die Platzierung des Ladedruckregelklappen-Ventils 218 antreiben, konfiguriert ist, sodass eine nachfolgende Abweichung abgeschwächt werden kann. Als nicht einschränkendes Beispiel können Abweichungen, die in das Vorwärtsschubmodul eingespeist werden, zum Aktualisieren einer Nachschlagetabelle verwendet werden, auf die das Vorwärtsschubmodul zugreift, das den einen oder die mehreren Parameter ausgibt. Alternativ oder zusätzlich kann das Rückkopplungsmodul Abweichungen analysieren, um den einen oder die mehreren Parameter, die von dem Vorwärtsschubmodul ausgegeben werden, nach der Bestimmung davon am Vorwärtsschubmodul auszugeben, wobei in einigen Beispielen die Ausgabe eine Korrektur eines Summationsblock beinhalten kann, der den einen oder die mehreren Parameter erhält, wodurch der eine oder die mehreren Parameter mithilfe der Korrektur verändert werden können. 3 zeigt ein beispielhaftes Steuersystem, das die hierin beschriebene Rückkopplungs- und Vorwärtsschubsteuerung implementieren kann.
Bei Ausführungsformen, bei denen eine oder mehrere periodische Funktionen im Verlauf der Haltestromanpassung eingesetzt werden, können ein oder mehrere Parameter (z. B. Amplitude, Frequenz, Phase usw.) der periodischen Funktionen gemäß z. B. den rückgekoppelten Abweichungen eingestellt werden. Auf diese Weise können das Beibehalten einer vollständig geschlossenen Position bereitgestellt werden und eine ungewünschte Ventilabweichung (z. B. Öffnung) schnell korrigiert werden.
In einigen Beispielen kann die erkannte Abweichung von der vollständig geschlossenen Position als eine Anzeige der Verschlechterung der Ladedruckregelklappen-Steuerung verwendet werden – z. B. kann die Abweichung als Verschlechterung des Betriebs von Aktor 202 ausgelegt werden (z. B. spezifisch, dass der Aktor weniger Drehmoment als erwartet für einen vorgegebenen Strom bereitstellt) und/oder als Verschlechterung der Druckbestimmung (z. B. spezifisch, dass sich der Betrieb eines oder beider Sensoren 82 und 84 verschlechtert hat). Als nicht einschränkendes Beispiel kann das Anlegen einer Gegenkraft an das Ladedruckregelklappen-Ventil 218, die als ausreichend zum Entgegenwirken der derzeitigen Ablasskraft und zum Halten des Ventils im Ventilsitz 220 bestimmt wurde, die zu keinem nachhaltigen Kontakt mit dem Ventilsitz führt, als Verschlechterung der Ladedruckregelklappen-Steuerung ausgelegt werden. In einigen Ausführungsformen kann die Erkennung der Verschlechterung für einen Fahrzeugbediener über z. B. eine oder mehrere Armaturenanzeigen übermittelt werden. Alternativ oder zusätzlich können einer oder mehrere Diagnosecodes als Reaktion auf die Erkennung der Verschlechterung gesetzt werden. Wie oben beschrieben, kann das Anlegen der Gewichtungen an mittlere und Spitzendruckdifferentiale als Reaktion auf die Erkennung der Verschlechterung eingestellt werden; zum Beispiel kann die Erkennung der Verschlechterung als eine Anzeige ausgelegt werden, dass eines von mittlerem und Spitzendruckdifferential größer als das andere gewichtet werden sollte.
Obschon mit Bezug auf die vollständig geschlossenen Positionen beschrieben, wird man zu schätzen wissen, dass in einigen Fällen die Haltestrombestimmung als Reaktion auf ein derzeitiges Druckdifferential und auf die Schwankung in dem oben beschriebenen Druckdifferential ausgeführt werden kann, wenn das Halten des Ladedruckregelklappen-Ventils 218 in einer nicht vollständig geschlossenen Position gewünscht ist. In noch anderen Beispielen kann die Positionierung des Ladedruckregelklappen-Ventils 218 auf die Druckdifferential-Dynamik angepasst werden – d. h., das Ladedruckregelklappen-Ventil kann gemäß einer solchen Dynamik gesteuert werden, wenn es eine Bewegung durchläuft (z. B. als Ergebnis einer Veränderung in dem gewünschten Ladedruck), wobei diese alternativ oder zusätzlich zu einer oder beiden von Haltestrombestimmung in vollständig geschlossener und nicht vollständig geschlossener Position wie oben beschrieben eingesetzt werden kann. In diesem Beispiel kann der an den Aktor 202 zugeführte Strom zur Antriebsbewegung im Ladedruckregelklappen-Ventil 218 gemäß der Druckdifferentialschwankung im Ventil variiert werden. In einigen Fällen kann eine solche Variation durch Überlagern einer oder mehrerer periodischer Funktionen über die Ladedruckregelklappen-Signale, die an den Aktor 202 gesendet werden, erreicht werden, wobei die Eigenschaften der Funktionen (z. B. Amplitude, Frequenz, Phase usw.) gemäß der Druckdifferentialschwankung bestimmt werden, wie oben beschrieben. In jedem Fall wird dieser Wert, der das Ventil an nicht vollständig geschlossenen Positionen hält und das Ventil während der Bewegung positioniert, gemäß der Druckdifferentialschwankung angepasst, wobei die Anpassung Differenzen der Auswirkungen, die von den Ablasskräften erzeugt werden, wenn das Ladedruckregelklappen-Ventil 218 in einer teilweise (oder vollständig) geöffneten Position angeordnet wird, und im Vergleich zu der vollständig geschlossenen Position berücksichtigt; zum Beispiel kann die Anpassung die Streuung der Druckwellen berücksichtigen, die aus der Abgasströmung in die Öffnung im Ablasskanal 222 resultieren, die von der teilweise (oder vollständigen) Ventilöffnung erzeugt wird.
Mit Bezug auf 3 ist ein beispielhaftes Steuersystem 300 zum Betätigen einer Ladedruckregelklappe dargestellt. Mit Bezug auf 2 kann das Steuersystem 300 z. B. zum Betätigen der Ladedruckregelklappe 200 eingesetzt werden und kann zum Halten des Ladedruckregelklappen-Ventils 218 in der vollständig geschlossenen Position (z. B. in Kontakt mit dem Ventilsitz 220 über Zwischenkomponenten wie den Aktor 202) mit einem Haltestrom konfiguriert sein, der basierend auf dem Druckdifferential im Ladedruckregelklappen-Ventil und Schwankungen im Druckdifferential bestimmt wird. In einigen Beispielen kann das Steuersystem 300 die Halteströme bestimmen, die auf das Ladedruckregelklappen-Ventil-Druckdifferential für nicht vollständig geschlossene Positionen reagieren (z. B. mindestens teilweise offene Hübe) und/oder kann die Ventilpositionierung anpassen, wenn diese eine Bewegung zu Schwankungen im Ladedruckregelklappen-Ventil-Druckdifferential durchläuft.
Das Steuersystem 300 weist zunächst eine Motorsteuerungseinheit (ECU) 302 auf, wie z. B. die Steuerung 12 aus 1. Die ECU 302 erhält mehrere Signale aus den verschiedenen Sensoren und kann zum Betätigen (z. B. elektrischen) mehrerer Komponenten betrieben werden. Insbesondere erhält die ECU 302 eine Anzeige des Druckdifferentials (∆P) im Ladedruckregelklappen-Ventil aus einem Turboladersystem 304, das z. B. basierend auf der Differenz zwischen zugehörigen Auslesungspaaren (z. B. TIP-, TOP-Signale) von dem Turbineneinlass-Drucksensor 82 und dem Turbinenauslass-Sensor 84 aus 1 bestimmt werden kann. Das Druckdifferential kann an die ECU 302 als einzelnes Signal gesendet werden, während in anderen Ausführungsformen Paare von gemessenen oder geschätzten Turbineneinlass- und -auslassdrücken an die ECU gesendet werden können, mit der das Druckdifferential bestimmt werden kann. Ein Turboladersystem 304 kann ferner eine Anzeige des tatsächlichen Ladedrucks (aBOOST) senden, der einem Ansaugkrümmer (oder einer anderen Stelle) der ECU 302 zugeführt werden kann, z. B. das BOOST-Signal aus 1, das von dem Sensor 123 gemessen wird.
Die ECU 302 kann andere Signale zusätzlich zu den oben beschriebenen empfangen, einschließlich einer Anzeige der Motordrehzahl (SPEED), die basierend auf PIP-Signalen, die von Sensor 118 aus 1 bereitgestellt werden können, basieren, und des gewünschten Ladedrucks (dBOOST), der zum Teil auf dem PP-Signal aus 1 basieren kann, das z. B. von dem Pedalpositionssensor 134 bereitgestellt wird. dBOOST, aBOOST, ∆P und SPEED sowie möglicherweise andere Parameter (z. B. eine Anzeige der Motorlast) können von der ECU 302 zu einem Vorwärtsschubmodul 306 gesendet werden, die zum Bestimmen eines oder mehrerer Parameter konfiguriert ist, welche die Anordnung des Ladedruckregelklappen-Ventils antreiben. Der eine oder die mehreren Parameter können einen Haltestrom einschließen, der einem Ladedruckregelklapppen-Aktor 307 zugeführt wird, der über den Erhalt des Haltestroms das Ladedruckregelklappen-Ventil in der vollständig geschlossenen Position hält. Während das Vorwärtsschubmodul 306 ∆P erhält, können die Halteströme dynamisch auf das derzeitige Druckpotential im Ladedruckregelklappen-Ventil, die derzeitige Motordrehzahl und/oder -last und/oder Schwankungen im Druckdifferential angepasst werden, wobei ein übermäßiger Stromverbrauch durch den Ladedruckregelklappen-Aktor 307 und die Wärmeerzeugung darin sowie eine übermäßige mechanische Beanspruchung der Ladedruckregelklappen-Anordnung abgeschwächt werden. In einigen Beispielen kann das Vorwärtschubmodul 306 eine Stromspanne zu einem bestimmten Haltestrom zum Bereitstellen des Ventilsitzkontaktes zugeben.
Das Vorwärtschubmodul 306 kann einen oder mehrere Parameter vor dem Bestimmen eines Haltestroms bestimmen, wie z. B. eine gewünschte Ladedruckregelklappen-Ventilposition (z. B. die vollständig geschlossene Position), eine gewünschte Ladedruckregelklappen-Aktorposition (z. B. Drehausrichtung), aber nicht darauf beschränkt, um die gewünschte Ladedruckregelklappen-Ventilposition und eine gewünschte Ladedruckregelklappen-Betätigungskraft (oder Drehmoment) zu erreichen, auf denen der Haltestrom basieren kann. Das Bestimmen eines oder mehrerer dieser Parameter kann das Aufzeichnen eines oder mehrerer der Parameter in einem Ladedruckregelklappen-Arbeitszyklus mithilfe einer oder mehrerer Nachschlagetabellen oder einer oder mehreren anderen Datenstrukturen beinhalten. Der Arbeitszyklus kann dann am Vorwärtsschubmodul 306 oder anderswo erzeugt werden und an den Ladedruckregelklappen-Aktor 307 zum Erreichen des einen oder der mehreren Parameter gesendet werden. Ein Ladedruckregelklappen-Steuersignal (WGC-Signal) kann den Arbeitszyklus z. B. über Pulsweitenmodulation implementieren.
Obgleich nicht dargestellt, kann die ECU 302 auch eine Anzeige des derzeitigen Standorts des Endanschlags (z. B. Ventilsitz 220) des Ladedruckregelklappen-Ventils dem Vorwärtsschubmodul 306 anzeigen, da diese Stelle, die der vollständig geschlossenen Position des Ventils entspricht, während des Motorbetriebs aufgrund z. B. der Wärmeverformung aufgrund einer heißen Abgasströmung und mechanischen Beanspruchung, die auf das Ventil und auf die Ladedruckregelklappen-Anordnung ausgeübt werden, variieren kann. Diese Stelle des Endanschlags kann während des Motorbetriebs zu verschiedenen geeigneten Zeitpunkten basierend auf bekannten Beziehungen aktualisiert werden, welche die Veränderung der Stelle des Endanschlags in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern (z. B. Temperatur, Abgasströmung, usw.) und/oder der derzeitigen Messung des Endanschlagstandorts quantifizieren.
Wie oben beschrieben, kann das Druckdifferential im Ladedruckregelklappen-Ventil aufgrund des zyklischen Motorbetriebs mindestens teilweise periodisch schwanken. Das Ladedruckregelklappen-Ventil kann gemäß dieser periodischen Schwankung betätigt werden, die über die Druckdifferentialerfassung auf die oben beschriebenen Arten und/oder basierend auf der vorbestimmten Kenntnis des Motorbetriebs (z. B. Offline-Beurteilung der Abgasdruckschwankung in Abhängigkeit von verschiedenen Motorbetriebsparametern) quantifiziert werden. Die Ladedruckregelklappen-Ventilbetätigung gemäß periodischer Druckdiffrentialschwankung kann das Überlagern einer oder mehrerer periodischer Funktionen über das WGC beinhalten, was durch Einstellen des Arbeitszyklus ausgeführt werden kann. Wie oben beschrieben, können die eine oder die mehreren periodischen Funktionen in einigen Beispielen mindestens zum Teil sinusförmig sein und können verschiedene Parameter (z. B. Amplitude, Frequenz, Phase usw.) aufweisen, die dynamisch auf die Druckdifferentialschwankung angepasst werden können. Die Auswahl der Phase kann die Abgasströmung und Ladedruckregelklappen-Dynamik berücksichtigen und spezifisch die Verzögerung zwischen der Druckdifferentialbestimmung und der Haltestrombestimmung und -anwendung. In einigen Beispielen kann die Auswahl der Phase (und/oder andere periodische Funktionsparameter) das Wiederherstellen der Phasen aus einer Nachschlagetabelle (z. B. durch Zuführen der Druckdifferential-Schwankungsfrequenz als eine Eingabe in die Nachschlagetabelle) einschließen.
Wie oben beschrieben, kann die Haltestromanpassung je nach Motordrehzahl, die von dem SPEED-Signal angezeigt wird, variieren; für einen ersten Motordrehzahlbereich mit mittleren und hohen Motordrehzahlen kann der Haltestrom basierend auf dem mittleren Druckdifferential (das für einen geeigneten Zeitraum berechnet wird) bestimmt werden, während für einen Motordrehzahlbereich mit niedrigen Motordrehzahlen der Haltestrom basierend auf dem gewichteten mittleren Druckdifferential und dem gewichteten Spitzendruckdifferential bestimmt werden kann, wobei das Spitzendruckdifferential als größer als das mittlere Druckdifferential in diesem Motordrehzahlbereich gewichtet wird. In einigen Beispielen können nicht schwingende Halteströme für den ersten und den zweiten Motordrehzahlbereich ausgewählt werden.
Das Steuersystem 300 weist ferner ein Rückkopplungsmodul 308 auf, das betrieben werden kann, um Ladedruckregelklappen-Ventilpositionsabweichungen von der vollständig geschlossenen Position zu erkennen, sodass solche Abweichungen korrigiert werden können und das Ladedruckregelklappen-Ventil in der vollständig geschlossenen Position gehalten wird. Das Rückkopplungsmodul 308 kann auch die Anzeige der Ladedruckregelklappen-Steuerungsverschlechterung als Reaktion auf die Erkennung von Ladedruckregelklappen-Ventilpositionsabweichungen in der vollständig geschlossenen Position auf die oben beschriebene Weise ermöglichen, in welchem Fall das Rückkopplungsmodul die Anzeigen der Schwankungen an die ECU 302 übermitteln kann. Wie dargestellt, erhält das Rückkopplungsmodul 308 eine Anzeige der gewünschten Ladedruckregelklappen-Ventilposition (dPOS) von der ECU 302 und eine Anzeige der tatsächlichen Ladedruckregelklappen-Ventilposition (aPOS) von dem Ladedruckregelklappen-Aktor 307, die spezifisch von dem Positionssensor 224 aus 2 bereitgestellt werden können. Das Rückkopplungsmodul 308 kann eine Differenz zwischen der gewünschten und der tatsächlichen Ladedruckregelklappen-Ventilposition (∆POS) bestimmen und diese Differenz zum Vorwärtsschubmodul 306 übermitteln, sodass danach die gewünschten Ladedruckregelklappen-Ventilpositionen basierend auf der Differenz korrigiert werden können. Insbesondere kann die Differenz eine Einstellung in dem einen oder den mehreren Parametern bewirken, die von dem Vorwärtsschubmodul 306 bestimmt wird, z. B. als Haltestrom. In diesem Beispiel kann der Haltestrom basierend auf der Abweichung von der gewünschten Ladedruckregelklappen-Ventilposition modifiziert werden. Ferner kann die Differenz eine Einstellung einer oder mehrerer Datenstrukturen (z. B. Nachschlagetabelle) bewirken, die von den Vorwärtsschubmodul 306-Parametern (z. B. Amplitude, Frequenz, Phase usw.) der einen oder mehreren periodischen Funktionen, wenn eingesetzt, und/oder den mittleren und den oben beschriebenen Spitzendruckdifferentialgewichtungen eingesetzt werden. Das Rückkopplungsmodul 308 kann auch eine Anzeige der Ladedruckregelklappen-Ventilpositionsabweichung an einen Summationsblock 310 übermitteln, der auch die Ausgabe von dem Vorwärtsschubmodul 306 erhält. In dem dargestellten Beispiel gibt das Vorwärtsschubmodul 306 einen Haltestrom (I) an den Summationsblock 310 aus, während das Rückkopplungsmodul 308 eine Haltestromdifferenz (∆I) an den Summationsblock ausgibt, sodass der Haltetstrom basierend auf der Haltestromdifferenz korrigiert werden kann. Ein korrigierter Haltestrom (cI) kann dann aus dem Summationsblock 310 an den Ladedruckregelklappen-Aktor 307 ausgegeben werden, damit dieser das Ladedruckregelklappen-Ventil in der vollständig geschlossenen Position hält.
Man wird zu schätzen wissen, dass die Art von Ausgabe, die dem Summationsblock 310 vom Rückkopplungsmodul 308 eingespeist wird, von der Art Ausgabe abhängen kann, die dem Summationsblock aus dem Vorwärtsschubmodul 306 eingespeist wird – nämlich, dass die zwei Typen einander entsprechen, um eine Korrektur der Ausgabe aus dem Vorwärtsschubmodul am Summationsblock zu ermöglichen. Für Ausführungsformen, bei denen das Rückkopplungsmodul 308 eine Haltestromdifferenz ausgibt, kann das Rückkopplungsmodul eine Nachschlagetabelle zum Übersetzen einer Differenz z. B. zwischen der tatsächlichen und gewünschten Ladedruckregelklappen-Ventilposition für eine Haltestromdifferenz benutzen. Des Weiteren können andere Parameter alternativ oder zusätzlich zum Haltestrom dem Ladedruckregelklappen-Aktor 307 zugeführt werden, wie z. B. die Haltekraft. Allgemein können die als von den Modulen des Steuersystems 300 erhaltenen und übermittelten gezeigten Parameter modifiziert werden, ohne den Schutzbereich dieser Offenbarung zu verlassen. Weiter können einige Elemente des Steuersystems 300 während bestimmter ausgewählter Betriebsbedingungen nicht eingesetzt werden – z. B. Rückkopplungsmodul 308 wird nicht eingesetzt, wenn das Halten des Ladedruckregelklappen-Ventils in der vollständig geschlossenen Position nicht gewünscht wird.
4A und 4B zeigen ein Flussdiagramm, das ein Verfahren 400 zum Steuern eines Turboladers über eine Ladedruckregelklappe darstellt. Das Verfahren 400 kann als maschinenlesbare Anweisungen gespeichert sein, das von einer Motorsteuerung (z. B. Steuerung 12 aus 1, ECU 302 aus 3) ausführbar und z. B. von dem Steuersystem 300 aus 3 zum Steuern der Ladedruckregelklappe 200 auf 2 implementiert werden kann. In einem Beispiel kann ein Verfahren zum Steuern des Turboladers über die Ladedruckregelklappe das Bestimmen eines gewünschten Ladedrucks und eines derzeitigen Ladedrucks umfassen. Die Ladedruckregelklappe kann gemäß einem Unterschied zwischen dem gewünschten Ladedruck und dem derzeitigen Ladedruck eingestellt werden, zusammen mit anderen unten beschriebenen Parametern.
Bei 402 des Verfahrens beinhaltet das Verfahren das Bestimmen eines gewünschten Ladedrucks gemäß Fahreranforderung und Motorbetriebsbedingungen. Die bewerteten Bedingungen können direkt mit Sensoren gemessen werden, wie z. B. den Sensoren 112, 118, 120, 122, 123 und 134 und/oder die Bedingungen können von anderen Motorbetriebsbedingungen geschätzt werden. Die bewerteten Bedingungen können die Motorkühlmitteltemperatur, Motoröltemperatur, Massenluftstrom (MAF), Krümmerdruck (MAP), Ladedruck (z. B. BOOST-Druck aus Sensor 123), Motordrehzahl, Leerlaufdrehzahl, Luftdruck, vom Fahrer angefordertes Drehmoment (basierend z. B. auf einer Ausgabe des Pedalpositionssensors 134), Lufttemperatur, Fahrzeuggeschwindigkeit usw. einschließen.
Danach wird bei 404 des Verfahrens der derzeitige Ladedruck bestimmt. Der derzeitige Ladedruck kann direkt mit einem Sensor gemessen werden, wie z. B. Sensor 123. Die Messung kann zu einer Steuerung 12 über das BOOST-Signal gesendet und in einem computerlesbaren Speichermedium (z. B. ROM 106, RAM 108 und/oder KAM 110 der Steuerung 12 aus 1) gespeichert werden. In einer alternativen Ausführungsform kann der tatsächliche Ladedruck basierend auf anderen Betriebsparametern geschätzt werden, z. B. basierend auf MAP und U/min (oder SPEED).
Danach wird bei 406 des Verfahrens der Luftdruck bestimmt. Zum Beispiel kann der Luftdruck aus einem MAP-Sensor bei Motorstart gemessen werden und/oder basierend auf den Betriebsbedingungen des Motors geschätzt werden, z. B. MAF, MAP, Drosselklappenposition usw. Die Messung kann zu der Motorsteuerung gesendet werden und in dem computerlesbaren Speichermedium gespeichert werden. In einer alternativen Ausführungsform kann der Luftdruck basierend auf anderen Betriebsparametern geschätzt werden.
Danach wird bei 408 des Verfahrens der Unterschied zwischen dem derzeitigen und dem gewünschten Ladedruck bestimmt. Zum Beispiel kann die Motorsteuerung den Unterschied bestimmen. In einigen Beispielen kann der Unterschied durch Subtrahieren des gewünschten Ladedrucks von dem derzeitigen Ladedruck bestimmt werden.
Danach wird bei 410 des Verfahrens ein Ladedruckregelklappen-Ventilhub bestimmt, um den Unterschied zwischen dem derzeitigen und gewünschten, bei 408 bestimmten Ladedruck zu reduzieren. In einigen Beispielen wird der Unterschied zwischen dem derzeitigen und dem gewünschten Ladedruck zusätzlich zu dem derzeitigen Ladedruckregelklappen-Ventilhub (der z. B. vom Positionssensor 224 aus 2 gemessen wird) einem geeigneten Steuerungsmechanismus eingegeben, der zum Bestimmen eines Ladedruckregelklappen-Ventilhubs zum Reduzieren dieses Unterschieds konfiguriert ist. Der Ladedruckregelklappen-Ventilhub kann z. B. als eine Eingabe in die Ladedruckregelklappen-Dynamik verwendet werden. Bei einigen Aktoren bestimmt die Ladedruckregelklappen-Steuerung ein Tastverhältnis basierend auf dem Unterschied zwischen der gewünschten und der derzeitigen Ladedruckregelklappen-Position. Ein Ladedruckregelklappen-Steuerungssignal (WGC-Signal) kann eine Pulsweitenmodulation über das Ladedruckregelklappen-Tastverhältnis einschließen, um die Ladedruckregelklappe einzustellen. Der Ladedruckregelklappen-Ventilhub kann z. B. durch Vorsteuerung, Regelsteuerung und/oder andere Steueralgorithmen erreicht werden.
Ein Kompensator kann Verzögerungen des Ladedruckregelklappen-Aktors ausgleichen. Außerdem kann der Kompensator ferner Einstellungen basierend auf der Bewegung der unabhängigen Zwillingsnocken aufweisen, die den Ladedruck beeinflussen können. Zum Beispiel kann, wenn der Ansaugnocken auf eine Weise bewegt wird, die den Ladedruck in Bezug auf den Luftdruck erhöhen würde, die Stärke des Kompensators verringert werden. Auf die gleiche Weise kann, wenn der Ansaugnocken auf eine Weise bewegt wird, die den Ladedruck in Bezug auf den Luftdruck verringern würde, die Stärke des Kompensators erhöht werden.
Danach wird bei 412 des Verfahrens eine gewünschte Aktorposition zum Erreichen des bei 410 bestimmten Ladedruckregelklappen-Ventilhubs bestimmt. Die gewünschte Aktorposition kann als eine Eingabe in verschiedene geeignete Steuermechanismen eingegeben werden, einschließlich der oben beschriebenen. In einigen Ausführungsformen kann eine gewünschte Aktorausrichtung alternativ bestimmt werden, wie z. B. die Drehausrichtung einer Drehkomponente in dem Aktor.
Mit Bezug auf 4B geht das Verfahren zu 414, wo ein gewünschter Aktorstrom bestimmt wird, um den gewünschten Ladedruckregelklappen-Ventilhub zu erreichen. Der gewünschte Aktorstrom kann basierend auf der Differenz zwischen der derzeitigen Aktorposition und der gewünschten Aktorposition bestimmt werden, sowie aus den Ablasskräften, die auf das Ladedruckregelklappen-Ventil einwirken.
Danach wird bei 416 des Verfahrens der gewünschte Aktorstrom an den Ladedruckregelklappen-Aktor angelegt, um die gewünschte Aktorposition zu erreichen. Ein geeigneter Spannung-Strom-Umwandlungsmechanismus kann eine Spannung, die von der Motorsteuerung erzeugt wird, zum Erzeugen des Stroms umwandeln.
Danach wird bei 418 des Verfahrens bestimmt, ob die Aktorposition die gewünschte Aktorposition ist. Hier kann die erfasste Aktorposition mit der gewünschten Aktorposition verglichen werden. In einigen Beispielen kann, wenn die gewünschte Ladedruckregelklappen-Ventilposition die vollständig geschlossene Position ist, eine Aktorposition, die der derzeitigen vollständig geschlossenen Ventilposition entspricht, wiederhergestellt werden (z. B. von der Motorsteuerung), um die Variation an der Stelle des Ladedruckregelklappen-Ventilendanschlags aufgrund der Wärmeverformung und/oder mechanischen Beanspruchung wie oben beschrieben auszugleichen, die mit der vollständig geschlossenen Position übereinstimmt. Wenn die Aktorposition nicht die gewünschte Aktorposition ist (NEIN), kehrt das Verfahren zu 414 zurück. Wenn die Aktorposition die gewünschte Aktorposition ist (JA), geht das Verfahren zu 420.
Bei 420 des Verfahrens wird ein Haltestrom über Anlegen an den Ladedruckregelklappen-Aktor, mit dem der Aktor an der gewünschten Aktorposition gehalten werden kann, basierend auf dem Druckdifferential in dem Ladedruckregelklappen-Ventil bestimmt. Die Bestimmung des Haltestroms kann z. B. mittels des Vorwärtsschubmoduls 306 aus 3 ausgeführt werden. Die Beibehaltung des gewünschten Aktors über den Haltestrom ermöglicht wiederum, dass die gewünschte Ladedruckregelklappen-Ventilposition (z. B. die bei 410 bestimmte Position) beibehalten werden kann. Wie oben beschrieben, kann in einigen Beispielen das Druckdifferential im Ladedruckregelklappen-Ventil basierend auf einer Differenz zwischen der Ausgabe aus einem Turbineneinlass-Drucksensor und der Ausgabe aus einem Turbinenauslass-Drucksensor bestimmt werden. Die Bestimmung des Haltestroms 420 kann bei 422 das Bestimmen einer Gegenkraft, die auf das Ladedruckregelklappen-Ventil ausgeübt werden kann, um der Ablasskraft, die auf das Ventil einwirkt, beinhalten. Die Gegenkraft kann so genau wie möglich entgegengesetzt zu der derzeitigen Ablasskraft sein. Die Bestimmung des Haltestroms bei 420 kann bei 424 das Gewichten eines mittleren Druckdifferentials als größer als ein Spitzendruckdifferential für einen ersten Motordrehzahlbereich mit mittleren bis hohen Motordrehzahlen beinhalten. Die Bestimmung des Haltestroms bei 420 kann bei 426 weiterhin das Gewichten eines Spitzendruckdifferentials als größer als ein mittleres Druckdifferential für einen zweiten Motordrehzahlbereich mit geringen Motordrehzahlen beinhalten. Die mittleren und Spitzendruckdifferentiale können in jedem geeigneten Zeitraum bestimmt werden, der z. B. basierend auf der Ladedruckregelklappen- und Abgasdynamik und/oder verschiedenen anderen Motorbetriebsbedingungen ausgewählt werden kann. Man wird zu schätzen wissen, dass die Einstellungen zu mittleren und Spitzendruckdifferentialgewichtungen in einigen Ausführungsformen diskret und in anderen durchgehend sein können. Weiter können bei einigen Motordrehzahlen eine oder mehrere mittlere und Spitzendruckdifferentialgewichtungen gleich Null sein.
In einigen Beispielen können die Gegenkräfte bei 422 für den zweiten Motordrehzahlbereich geringerer Motordrehzahlen bei einer Frequenz bestimmt werden, die etwa der Frequenz der Druckdifferentialschwankung entspricht, da die mechanische Bandbreite der Ladedruckregelklappen-Anordnung mit der Druckdifferential-Schwankungsfrequenz vergleichbar ist. In diesem Drehzahlbereich kann die Frequenz der Haltestromschwankung etwa der Druckdifferential-Schwankungsfrequenz zum Maximieren der Anpassung der Haltestromfrequenz entsprechen. Andere Parameter des Haltestroms können als Reaktion auf die Druckdifferentialschwankung eingestellt werden, sodass in einigen Beispielen eine Größe und Phase eines schwingenden Haltestroms eingestellt wird, während die Ladedruckregelklappe in einer vollständig geschlossenen Position basierend auf einem schwingenden Druckdifferential im Ladedruckregelklappen-Ventil gehalten wird In einigen Ausführungsformen können die Größe und Phase eines schwingenden Betätigungsstroms eingestellt werden, während die Ladedruckregelklappe in einer nicht vollständig geschlossenen Position basierend auf dem schwingenden Druckdifferential im Ladedruckregelklappen-Ventil gehalten wird. Die Ladedruckregelklappen-Steuerung kann auf diese Weise jedoch für den ersten Motordrehzahlbereich gemieden werden, da die Druckdifferential-Schwankungsfrequenz die mechanische Ladedruckregelklappen-Bandbreite überschreitet. Daher können in diesem Drehzahlbereich die Gegenkräfte und Halteströme mehr den linearen Funktionen basierend auf einer bevorzugten Gewichtung des Spitzendruckdifferentials entsprechen. In einigen Beispielen können die Gegenkraft- und Haltestrombestimmung einige periodische Variation in dem ersten Drehzahlbereich und/oder einem Bereich zwischen dem ersten und dem zweiten Drehzahlbereich einschließen, obgleich in anderen Beispielen eine solche Bestimmung die periodische Variation ggf. nicht einschließt. In anderen Beispielen können nicht schwingende Halteströme für den ersten und den zweiten Motordrehzahlbereich ausgewählt werden.
Danach wird bei 428 des Verfahrens der Haltestrom, der bei 420 bestimmt wurde, an den Ladedruckregelklappen-Aktor angelegt, um das Ladedruckregelklappen-Ventil in der gewünschten Ladedruckregelklappen-Ventilposition zu halten.
Danach kann bei 430 des Verfahrens eine Stromspanne wahlweise zum Haltestrom zugegeben werden, der bei 420 bestimmt wurde, wenn die vollständig geschlossene Ladedruckregelklappen-Ventilposition gewünscht wurde. Außerdem kann die Stromspanne besser das Halten des Ladedruckregelklappen-Ventils in seinem Ventilsitz ermöglichen.
Danach wird bei 432 des Verfahrens bestimmt, ob die Abweichung von der vollständig geschlossenen Ladedruckregelklappen-Ventilposition erkannt wurde, wenn die vollständig geschlossene Position die gewünschte Ladedruckregelklappen-Ventilposition war. Die Abweichung von der vollständig geschlossenen Position kann z. B. durch Überwachen der Ausgabe von Positionssensor 224 aus 2 erkannt werden. Wenn bestimmt wird, dass die Abweichung von der vollständig geschlossenen Position erkannt wurde (JA), geht das Verfahren zu 434. Wenn bestimmt wird, dass die Abweichung von der vollständig geschlossenen Position nicht erkannt wurde (NEIN), geht das Verfahren zu 438.
Bei 434 des Verfahrens wird eine Ladedruckregelklappen-Steuerungsstörung angezeigt. Wie oben beschrieben, kann die Abweichung von der vollständig geschlossenen Ladedruckregelklappen-Ventilposition die Verschlechterung der Ladedruckregelklappen-Ventilpositionierung und/oder Druckdifferentialmessung/erfassung anzeigen. Die Anzeige der Störung kann z. B. das Übermitteln der Anzeige an einen Fahrzeugbediener über eine oder mehrere Armaturenbrettanzeigen und/oder Setzen eines Diagnosecodes einschließen.
Danach wird bei 436 des Verfahrens die Abweichung von der vollständig geschlossenen Ladedruckregelklappen-Ventilposition rückgekoppelt. Wie oben beschrieben, kann die Abweichung zu einem Mechanismus rückgekoppelt werden, der zum Bestimmen des Haltestroms konfiguriert ist – z. B. mit Bezug auf 3 kann die Abweichung bei Rückkopplungsmodul 308 durch Vergleichen der gewünschten und der tatsächlichen Ladedruckregelklappen-Ventilposition bestimmt werden (oder alternativ der Aktorposition) und in das Vorwärtsschubmodul 306 eingespeist werden, das die Abweichung zum Informieren über die nachfolgende Erzeugung von Halteströmen (und möglicherweise anderen Parametern) verwenden kann. Dies kann die Aktualisierung einer oder mehrerer Datenstrukturen (z. B. Nachschlagetabelle) und/oder periodischer Funktionen wie oben beschrieben einschließen. Alternativ oder zusätzlich kann die Abweichung einem Summationsblock (z. B. Block 310 aus 3) eingespeist werden, der die Ausgabe vom Haltestrombestimmungsmechanismus (z. B. Vorwärtsschubmodul 306) erhält, um die Ausgabe aus dem Haltestrombestimmungsmechanismus zu korrigieren. Nach 436 endet das Verfahren.
Danach kann, wie gezeigt und beschrieben, der übermäßige Ladedruckregelklappen-Aktorstromverbrauch, die Wärmeerzeugung und übermäßige mechanische Beanspruchung, die von dem Aktor auf ein Ladedruckregelklappen-Ventil ausgeübt werden, und möglicherweise auf andere Komponenten der Ladedruckregelklappen-Anordnung durch Bestimmen der Ladedruckregelklappen-Ventil-Halteströme basierend auf dem Druckdifferential in dem Ventil abgeschwächt werden. In einigen Beispielen kann der Haltestrom zum Halten des Ladedruckregelklappen-Ventils im Ventilsitz eingesetzt werden. Alternativ oder zusätzlich können die Halteströme für teilweise oder vollständig offene Hübe bestimmt werden. Weiterhin kann die Ladedruckregelklappen-Ventilbewegung auf Schwankungen im Druckdifferential angepasst werden. Man wird zu schätzen wissen, dass verschiedene Modifizierungen an den in 1 bis 3 gezeigten Systemen und dem Verfahren 400 vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich dieser Offenbarung zu verlassen. Zum Beispiel können die Parameter, auf die das Steuersystem 300 aus 3 und das Verfahren 400 zugreifen, modifiziert werden. Außerdem können mindestens einige der Ansätze, die hierin beschrieben werden, auf nicht elektrische Ladedruckregelklappen angewandt werden; zum Beispiel kann die Ladedruckregelklappen-Ventilpositionierung in einer pneumatischen Ladedruckregelklappe auf die Motordrehzahl und insbesondere die mittlere und Spitzendruck-Differentialgewichtungseinstellung gemäß einer solchen Motordrehzahl angepasst werden.
Mit Bezug auf 5 ist eine Aufzeichnung 500 eines beispielhaften Arbeitszyklus dargestellt. Wie bei 502 angezeigt, weist der Verlauf 500 eine Aufzeichnung der Motordrehzahl auf, die in einer ersten Zeitdauer t₁ eine Drehzahl annimmt, die innerhalb eines Sekundenbereichs geringerer Motordrehzahlen liegt. In dieser ersten Zeitdauer während t₁ schwankt das Druckdifferential im Ladedruckregelklappen-Ventil wie bei 504 gezeigt periodisch entsprechend der Motorfeuerungsereignisse im relativ geringen Druckbereich. Ein Haltestrom, der auf die oben beschriebene Weise bestimmt wird und über Zuführen zu einem Ladedruckregelklappen-Ventilaktor zum Halten des Ladedruckregelklappen-Ventils in der vollständig geschlossenen Position dient, variiert entsprechend auf eine ähnliche periodische Weise, sodass der Haltestrom auf das Druckdifferential im zweiten Drehzahlbereich angepasst wird, wie bei 506 angezeigt. 5 zeigt auch die möglicherweise alternative Auswahl eines nicht schwingenden Haltestroms in dem zweiten Drehzahlbereich, der durch die gepunkteten Linien repräsentiert wird. Während dieses Antriebszyklus bleibt das Ladedruckregelklappen-Ventil in der vollständig geschlossenen Position (FC in 5), wie bei 508 angezeigt. Die Motordrehzahl geht dann, wie bei 510 angezeigt, zu einer Drehzahl, die in einen ersten Motordrehzahlbereich fällt, der relativ höher als der zweite Motordrehzahlbereich ist, wo er für den Rest des Arbeitszyklus während einer zweiten Dauer t₂ bleibt. Die Halteströme in diesem Beispiel werden basierend auf einem gewichteten Mittelwert des mittleren und Spitzendruckdifferentials bestimmt. Wie durch die gestrichelte Linie bei 504 dargestellt, wird das mittlere Druckdifferential als größer als das Spitzendruckdifferential während der ersten Dauer t₁ gewichtet, während das Spitzendruckdifferential größer als das mittlere Druckdifferential während der zweiten Dauer t₂ gewichtet wird. In diesem ist der Übergang zwischen Gewichtungen relativ durchgehend, kann aber in anderen Beispielen diskreter sein. Wie bei 506 angezeigt, wechselt die Haltestrombestimmung mit dem Übergang zum zweiten Drehzahlbereich ebenfalls; in dem bei 510 angezeigten Übergangsbereich zwischen t₁ und t₂ geht die Haltestrombestimmung von periodisch als Reaktion auf die Druckdifferentialschwankung zu einem nicht schwingenden Wert über, der vorzugsweise basierend auf einem Spitzendruckdifferential bestimmt wird, das in dem zweiten Drehzahlbereich die Frequenz der Druckdifferentialspannung die mechanische Bandbreite der Ladedruckregelklappen-Ventilbetätigung überschreitet. In diesem Übergangsbereich nehmen der Abgasdruck und der Haltestrom beide zu. Während die Haltestrombestimmung eine mindestens teilweise periodische Qualität im Übergangsbereich zeigt, können in anderen Beispielen das Schalten zwischen der Periodizität und einem nicht schwingenden Wert diskret sein. Der Haltestrom kann alternativ im Übergangsbereich nicht schwingend sein. Ferner können, obschon nicht dargestellt, die Halteströme in einigen Ausführungsformen einige Periodizität und/oder Aperiodizität in dem zweiten Drehzahlbereich zeigen. Wie in der ersten Dauer gesehen, besteht eine Phasendifferenz zwischen der Druckdifferentialschwankung und der Haltestrombestimmung aufgrund der Abgasströmung und der Ladedruckregelklappen-Dynamik. Man wird jedoch zu schätzen wissen, dass der hierin dargestellte Bereich 500 und die Aufzeichnungen als Beispiele bereitgestellt sind und nicht einschränkend zu verstehen sind.
Allgemein kann die Haltestrombestimmung in einigen Beispielen für einen geringeren Motordrehzahlenbereich das periodische Schwingen des Haltestroms entsprechend der periodischen Schwankung des Druckdifferentials und für einen höheren Motordrehzahlbereich das Auswählen eines nicht schwingenden Haltestroms basierend auf dem Druckdifferential beinhalten. In anderen Beispielen kann jedoch ein nicht schwingender Strom für den niedrigeren Motordrehzahlbereich ausgewählt werden.
Es sei darauf verwiesen, dass die hierin enthaltenen beispielhaften Steuerungs- und Schätzungsroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hierin offenbarten Steuerverfahren und Routinen können als ausführbare Anweisungen in einem nicht transitorischen Speicher gespeichert werden. Die hierin beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere verschiedene Verarbeitungsstrategien repräsentieren, wie zum Beispiel ereignisgesteuerte, unterbrechungsgesteuerte, Multitasking, Multithreading und dergleichen. An sich können die verschiedenen dargelegten Vorgänge, Betriebsabläufe und/oder Funktionen in der dargestellten Abfolge oder parallel durchgeführt oder in einigen Fällen ausgelassen werden. Auf die gleiche Weise ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht unbedingt erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der beispielhaften hierin beschriebenen Ausführungsformen zu erreichen, wird jedoch für die leichtere Darstellung und Beschreibung bereitgestellt. Eine oder mehrere dargestellten Aktionen, Betriebsabläufe und/oder Funktionen können wiederholt durchgeführt werden, je nach der bestimmten verwendeten Strategie. Ferner können die beschriebenen Aktionen, Betriebsabläufe und/oder Funktionen grafisch zu programmierenden Code in einem nicht transitorischen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Motorsteuersystem repräsentieren.
Man wird zu schätzen wissen, dass die hierin offenbarten Konfigurationen und Verfahren beispielhaften Charakter haben und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht als einschränkend betrachtet werden dürfen, da zahlreiche Variationen möglich sind. Zum Beispiel kann die oben genannte Technologie auf V-6, I-4-, I-6-, V-12-, Boxer-4- und andere Motortyen angewandt werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung schließt alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und andere hierin offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften ein.
Die folgenden Ansprüche heben bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen, die als neu und nicht offensichtlich betrachtet werden, hervor. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder ein Äquivalent davon beziehen. Solche Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie die Aufnahme eines oder mehrerer solcher Elemente beinhalten und zwei oder mehrere solcher Elemente weder erforderlich machen noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch das Verändern der vorliegenden Ansprüche oder durch Präsentieren neuer Ansprüche in dieser oder einer zugehörigen Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche, egal ob weiter, enger, gleich oder anders als der Schutzbereich der Originalansprüche werden auch als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten angesehen.

Claims

Verfahren zum Betätigen einer Ladedruckregelklappe, umfassend: Einstellen eines Haltestroms, mit dem ein Ladedruckregelklappen-Ventil in einer gewünschten Position gehalten wird, wobei der Haltestrom auf einem Druckdifferential im Ladedruckregelklappen-Ventil basiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die gewünschte Position eine vollständig geschlossene Position ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Druckdifferential basierend auf dem Turbineneinlassdruck und dem Turbinenauslassdruck bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Turbineneinlassdruck bzw. der Turbinenauslassdruck von einem Turbineneinlassdrucksensor und einem Turbinenauslassdrucksensor gemessen werden, die stromaufwärts eines Turbineneinlasses bzw. stromabwärts eines Turbinenauslasses angeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Einstellen des Haltestroms beinhaltet: für einen ersten Motordrehzahlbereich, Gewichten eines mittleren Druckdifferentials der Ladedruckklappe als größer als ein Spitzendruckdifferential im Ladedruckregelklappen-Ventil; und für einen zweiten Motordrehzahlbereich, Gewichten des Spitzendruckdifferentials als größer als das mittlere Druckdifferential, wobei der erste Motordrehzahlbereich größer als der zweite Motordrehzahlbereich ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die gewünschte Position einem mindestens teilweise offenen Ladedruckklappen-Ventilhub entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner umfassend, als Reaktion auf eine angeforderte Ladedruckregelklappen-Ventilbewegung, Bewegen des Ladedruckregelklappen-Ventils gemäß Schwankungen des Druckdifferentials.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Haltestrom basierend auf einem oder beidem von Motordrehzahl und -last eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner umfassend das Einstellen des Haltestroms gemäß Schwankungen des Druckdifferentials.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Einstellen des Haltestroms das zunehmende Gewichten eines Spitzenhaltestroms als größer als ein mittlerer Haltestrom beinhaltet, wenn die Motordrehzahl zunimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner umfassend: Erkennen einer Abweichung von der gewünschten Position; und Modifizieren des Haltestroms basierend auf der Abweichung.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Haltestrom weiter basierend auf einem gewichteten Mittelwert eines mittleren Druckdifferentials im Ladedruckregelklappen-Ventil und eines Spitzendruckdifferentials im Ladedruckregelklappen-Ventil eingestellt wird, wobei das Verfahren weiterhin das Einstellen der jeweiligen Gewichtungen der mittleren und Spitzendruckdifferentiale basierend auf der Abweichung umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Einstellen des Haltestroms beinhaltet: für einen niedrigeren Motordrehzahlbereich, periodisches Schwingen des Haltestroms gemäß der periodischen Schwankung des Druckdifferentials; und für einen höheren Motordrehzahlbereich, Auswählen eines nichtschwingenden Stroms basierend auf dem Druckdifferential.
Ladedruckregelklappen-Steuersystem, umfassend: eine Ladedruckregelklappen-Betätigungsvorrichtung, die mit einem Ladedruckregelklappen-Ventil gekoppelt ist; und ein Vorwärtsschubmodul, das zum Bestimmen eines Haltestroms zum Zuführen in die Ladedruckregelklappen-Betätigungsvorrichtung zum Halten des Ladedruckregelklappen-Ventils in einer bestimmten Position, wobei der Haltestrom basierend auf einem Druckdifferential des Ladedruckregelklappen-Ventils bestimmt wird.
Ladedruckregelklappen-Steuersystem nach Anspruch 14, wobei das Druckdifferential basierend auf einer Differenz zwischen Ausgaben aus einem Turbineneinlass-Drucksensor und einem Turbinenauslass-Drucksensor bestimmt wird.
Ladedruckregelklappen-Steuersystem nach Anspruch 14 oder Anspruch 15, ferner umfassend ein Rückkopplungsmodul, das zum Bestimmen einer Abweichung von der gewünschten Position durch Empfangen der gewünschten Position aus einer Motorsteuereinheit und einer tatsächlichen Position aus einem Ladedruckregelklappensensor bestimmt wird.
Ladedruckregelklappen-Steuersystem nach Anspruch 16, wobei das Rückkopplungsmodul ferner zum Eingeben der Abweichung in das Vorwärtsschubmodul zum Ermöglichen der Berichtigung von nachfolgend bestimmten Halteströmen konfiguriert ist.
Ladedruckregelklappen-Steuersystem nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei der Haltestrom weiter basierend auf einem gewichteten Mittelwert eines mittleren Druckdifferentials im Ladedruckregelklappen-Ventil und eines Spitzendruckdifferentials im Ladedruckregelklappen-Ventil bestimmt wird, wobei das Vorwärtsschubmodul weiter zum Einstellen der jeweiligen Gewichtungen der mittleren und Spitzendruckdifferentiale basierend auf der Motordrehzahl konfiguriert ist.
Verfahren zum Betätigen einer Ladedruckregelklappe, umfassend: Einstellen einer Größe und Phase eines schwingenden Haltestroms, während die Ladedruckregelklappe in einer vollständig geschlossenen Position basierend auf einem schwingenden Druckpotential im Ladedruckregelklappen-Ventil gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 19, ferner umfassend das Auswählen eines nichtschwingenden Haltestroms und nicht des schwingenden Haltestroms während ausgewählter Betriebsbedingungen.