-
Gebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Beschreibung bezieht sich allgemein auf Verfahren und Systeme zur Verbesserung der Ladedrucksteuerung durch Justierung eines variablen Verdichterrückführungsventils.
-
Hintergrund/Übersicht
-
Motorsysteme können mit Ladeeinrichtungen, wie Turboladern oder Aufladern ausgestaltet sein, um eine verstärkte Luftladung bereitzustellen, die dem Motoreinlasskrümmer zugeführt wird und die Spitzenleistungsabgaben verbessert. Die Verwendung eines Verdichters ermöglicht, dass ein Motor mit einem kleineren Hubraum so viel Leistung wie ein Motor mit einem größeren Hubraum bereitstellt, jedoch mit zusätzlichen Vorteilen bei der Kraftstoffeinsparung. Verdichter können jedoch anfällig für Pumpen sein. Pumpen kann zu Lärm-, Vibrations- und Rauhigkeitsproblemen (NVH, Noise, Vibration, Harshness) mit unerwünschtem Lärm aus dem Motoreinlasssystem führen. In extremen Fällen kann Pumpen zu einer Verdichterbeschädigung führen. Um Verdichter anzugehen, können Motorsysteme ein stufenlos variables Verdichterrückführungsventil (CCRV, Continuously Variable Compressor Recirculation Valve) enthalten, das über den Verdichter verbunden ist, um einen schnellen Abfall des Ladedrucks zu ermöglichen. Das CCRV kann die komprimierte Luft aus dem Verdichterauslass in den Verdichtereinlass zurückführen. In einem Beispiel kann das CCRV ähnlich wie ein Einlassdrosselventil sein, sodass es derart betätigt werden kann, dass es vollständig geöffnet oder vollständig geschlossen ist oder Positionen dazwischen einnimmt.
-
Im Lebenszyklus eines Motors können sich Ablagerungen wie Rückstände am Drosselventilgehäuse ansammeln und die effektive Luftstromrate für einen bestimmten Drosselplattenwinkel verringern. Als ein Beispiel haben die Erfinder ermittelt, dass sich Rückstände nicht nur ansammeln können, sondern dass dies den Luftstrom über einen Bereich von Drosselventilwinkeln verringern kann.
-
Andere Versuche zur Steuerung von CCRV zur Ladesteuerung beinhalten die Justierung eines Ladedruckregelventils und/oder eines anderen Einlassdrosselventils als des CCRV in Reaktion auf die Leistungsverschlechterung des CCRV. Ein Beispielansatz wird von Jankovic et al. in
US 2014/0260241 A1 aufgezeigt. Hier wird die Leistungsverschlechterung des CCRV basierend auf der Reaktion des CCRV auf einen Befehl zum Positionswechsel bestimmt, wobei die Reaktion des CCRV mit einem Positionssensor gemessen wird.
-
Die Erfinder haben hier jedoch erkannt, dass sogar das Justieren anderer Stellelemente möglicherwiese nicht ausreichend ist, um das Problem der Rückstandsansammlung im Ventilgehäuse zu behandeln. Weiterhinkönnen Rückstände die Luftstromsteuerung immer noch negativ beeinflussen, selbst wenn die CCRV-Position erfasst wird. Zum Beispiel kann das Ventil exakt an die gewünschte Position gesteuert werden, aber aufgrund der Rückstandsansammlung ist der Luftstrom an der gewünschten Position geringer, als erwartet, und damit kann sich die gesamte Luftstromsteuerung verschlechtern. Da sich darüber hinaus Rückstände allmählich am Ventilgehäuse ansammeln können, kann das CCRV immer noch betriebsfähig sein, selbst wenn die Reaktion des CCRV auf den Befehl nicht exakt ist.
-
In einem Beispiel können die oben beschriebenen Probleme durch einen Verfahren behoben werden, das Folgendes beinhaltet: Anpassen einer Position eines sich in einem Verdichterrückführungstrakt eines Motors befindenden Ventils basierend auf dem Rückführungsluftstrom, wobei der Rückführungsluftstrom auf einer Differenz zwischen dem Gesamteinlassluftstrom, der einem Auslass des Verdichterückführungstrakts nachgelagert aber einem Trakteinlass vorgelagert ist, und dem in die Motorzylinder eintretenden Gesamtmotorluftstrom basiert.
-
Auf diese Weise kann der Rückführungsluftstrom geschätzt werden, und Verdichterpumpen kann berücksichtigt werden, indem der Rückführungsluftstrom durch das CCRV exakt gesteuert wird. Darüber hinaus kann die Rückstandsansammlung am Ventilgehäuse basierend auf dem geschätzten Rückführungsluftstrom geschätzt werden.
-
Als ein Beispiel wird die Gesamteinlassluftstromrate durch einen Luftmassenmesser gemessen, der einem Auslass des Verdichterrückführungstrakts nachgelagert aber einem Trakteinlass vorgelagert angeordnet ist. Ein Rückführungsluftstrom in den Verdichterrückführungstrakt kann basierend auf einer Differenz zwischen dem gemessenen Gesamteinlassluftstrom und einem Gesamtmotorluftstrom, der in die Motorzylinder eintritt, geschätzt werden. Die Gesamtmenge der Rückstandsansammlung an einem Ventil, das im Verdichterrückführungstrakt angeordnet ist, kann basierend auf dem Rückführungsluftstrom geschätzt werden. Die Ventilposition kann dann basierend auf der geschätzten Gesamtmenge der Rückstandsansammlung angepasst werden.
-
Es versteht sich, dass die obige Übersicht dazu dient, eine vereinfachte Form einer Auswahl der Konzepte bereitzustellen, die in der detaillierten Beschreibung weiter ausgeführt werden. Sie ist nicht dazu gedacht, wesentliche oder grundlegende Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, dessen Schutzumfang eindeutig durch die Ansprüche definiert ist, die auf die detaillierte Beschreibung folgen. Weiterhin ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf die Implementierungen beschränkt, die beliebige Nachteile beheben, die oben oder in einem anderen Teil dieser Offenlegung angeführt werden.
-
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
1 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften aufgeladenen Motorsystems.
-
2 veranschaulicht die Effekte der Rückstandsansammlung bei einem Drosselventil.
-
3 zeigt ein übergeordnetes Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens für die Verdichterpumpsteuerung.
-
4 zeigt ein Ablaufdiagramm auf einer unteren Ebene für ein beispielhaftes Verfahren zum Anpassen der CCRV-Position basierend auf der Menge der Rückstandsansammlung am Ventil.
-
Detaillierte Beschreibung
-
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Systeme und Verfahren zum Verbessern der Ladedrucksteuerung in einem aufgeladenen Motorsystem, wie das System von 1. Ein in einem Verdichterrückführungstrakt (CR, Compressor Recirculation) angeordnetes CCRV-Ventil wird zum Anpassen des Ladedrucks verwendet. Rückstände können sich am CCRV ansammeln und die Ventilleistung negativ beeinflussen. Als Beispiel wird in 2 der Effekt der Rückstandsansammlung an einem Drosselventil aufgezeigt. 3 zeigt ein übergeordnetes Ablaufdiagramm für ein Beispielverfahren für die Verdichterpumpsteuerung durch Steuerung des CCRV. Die Position des CCRV kann basierend auf der Menge der Rückstandsansammlung am Ventilgehäuse in 4 weiter angepasst werden.
-
1 stellt eine schematische Darstellung eines beispielhaften Turbolader-Motorsystems 100 mit einem Mehrzylinder-Verbrennungsmotor 10 und zwei Turboladern 120 und 130 dar. Als nicht einschränkendes Beispiel kann das Motorsystem 100 als Bestandteil eines Antriebssystems für ein Passagierfahrzeug enthalten sein. Das Motorsystem 100 kann die Einlassluft, die in den Außenlufteinlass 141 über den Einlasstrakt 140 eintritt, erhalten, wobei die Einlassluft auf Umgebungsdruckniveau sein kann. Das Abgas kann das Motorsystem 100 an die Umgebung über die Auspuffausgänge 171 und 181 verlassen, die sich am hinteren Ende der Abgastrakte 170 und 180 befinden. Der Luftstrom durch das Motorsystem 100 beginnt beim Umgebungslufteinlass 141, strömt durch das Motorsystem und endet am Auspuffausgang 171 oder 181. Insofern schließt stromauf beliebiger Komponenten des Antriebssystems nichts jenseits des Umgebungslufteinlasses 141 ein. Stromab beliebiger Komponenten im Motorsystem 100 schließt nichts jenseits der Auspuffausgänge 171 und 181 ein. Der Einlasstrakt 140 kann einen Luftfilter 156 enthalten. Das Motorsystem 100 kann ein geteilter Taktzyklusmotor (Split Engine) sein, wobei der Einlasstrakt 140 nach dem Luftfilter 156 in einen ersten und einen zweiten parallelen Einlasstrakt aufgeteilt wird, die jeweils einen Turbolader-Verdichter enthalten. In der daraus folgenden Gestaltung wird wenigstens ein Teil der Einlassluft an den Verdichter 122 des Turboladers 120 über einen ersten parallelen Einlasstrakt 142 und wenigstens ein anderer Teil der Einlassluft wird an den Verdichter 132 des Turboladers 130 über einen zweiten parallelen Einlasstrakt 144 des Einlasstrakts 140 gerichtet.
-
Der erste Teil der Gesamteinlassluft, die vom Verdichter 122 komprimiert wird, kann dem Einlasskrümmer 160 über einen ersten parallelen verzweigten Einlasstrakt 146 zugeleitet werden. Auf diese Weise bilden die Einlasstrakte 142 und 146 eine erste parallele Verzweigung des Lufteinlasssystems des Motors. Ebenso kann ein zweiter Teil der Gesamteinlassluft vom Verdichter 132 komprimiert werden, wo sie dem Einlasskrümmer 160 über einen zweiten parallelen verzweigten Einlasstrakt 148 zugeleitet wird. Auf diese Weise bilden die Einlasstrakte 144 und 148 eine zweite parallele Verzweigung des Lufteinlasssystems des Motors. Wie in 1 dargestellt, kann die Einlassluft von den Einlasstrakten 146 und 148 über einen gemeinsamen Einlasstrakt 149 wieder zusammengeführt werden, bevor der Einlasskrümmer 160 erreicht wird, bei dem die Einlassluft dem Motor zugeführt werden kann.
-
In einigen Beispielen kann der Einlasskrümmer 160 einen Einlasskrümmer-Drucksensor 182 zum Schätzen eines Krümmerdrucks (MAP, Manifold Pressure) und/oder einen Einlasskrümmer-Temperatursensor 183 zum Schätzen einer Lufttemperatur des Krümmers (MCT, Manifold Air Temperature) enthalten, die jeweils mit einer Steuereinheit 12 kommunizieren. Der Einlasstrakt 149 kann einen Luftkühler 154 und ein Lufteinlassdrosselventil 158 enthalten. Die Position des Einlassdrosselventils 158 kann durch ein Steuersystem über einen Drosselventilsteller (nicht dargestellt) angepasst werden, der zur Kommunikation mit der Steuereinheit 12 verbunden ist.
-
Ein Verdichterrückführungs-Trakt 150 (CR, Compressor Recirculation) kann zur Verdichterpumpsteuerung bereitgestellt werden. Im Besonderen, um das Verdichterpumpen zu reduzieren, indem Ladeluft von einer stromauf eines Einlassdrosselventileinlasses zu einer stromauf der Verdichtereinlässe strömt, kann der Ladedruck schnell verringert werden, was die Ladesteuerung verbessert. Der Luftstrom durch den CR-Trakt 150 kann reguliert werden, indem die Position des darin angeordneten Verdichterpumpventils 152 reguliert wird. In einem Beispiel kann das Verdichter-Rückführungsventil 152 ähnlich wie ein Einlassdrosselventil ausgebildet sein, sodass es betätigt werden kann, um vollständig geöffnet zu sein, vollständig geschlossen zu sein oder Positionen dazwischen einzunehmen. Somit kann das Rückführungsventil 152 hier auch als ein stufenlos variables Verdichterrückführungsventil oder CCRV bezeichnet werden. In einem weiteren Beispiel kann das CCRV anders gestaltet sein (zum Beispiel als Tellerventil). Es versteht sich, dass während das CCRV in 1 als für einen V-6-Doppel-Turboladermotor ausgestaltet gezeigt ist, das CCRV ebenso auf andere Motorkonfigurationen angewendet werden kann, wie angewendet auf I-3, I-4, V-8 und andere Motorkonfigurationen mit einem oder mehreren Turboladern. In einer Beispielkonfiguration kann der CR-Trakt so angeordnet sein, dass der Luftstrom von stromauf des Luftkühlers 154 an eine Position stromauf der Einlasstrakte 142 und 144 strömt.
-
Ein Luftmassenmesser 196 kann im Einlasstrakt 140 stromab des CR-Traktauslasses stromauf der ersten und zweiten parallelen Einlasstrakte 142 und 144 angeordnet sein. Der Luftmassenmesser 196 kann den Gesamteinlassluftstrom stromab des CR-Traktauslasses messen. Als Beispiel tritt die Einlassluft in den Einlasstrakt 140 über den Umgebungslufteinlass 141 ein und kann sich dem Rückführungsluftstrom aus dem CR-Trakt direkt stromauf des Luftmassenmessers 196 anschließen. Direkt nach dem Luftmassenmesser 196 teilt sich der zusammengeführte Luftstrom in den ersten und zweiten parallelen Einlasstrakt (142 und 144) auf. Der aufgeteilte Luftstrom in jedem Trakt wird vom Verdichter 122 oder 132 komprimiert und stomab des Einlasses des CR-Trakts 150 in einem gemeinsamen Einlasstrakt 149 zusammengeführt. Ein Teil des zusammengeführten Luftstromes kann vom gemeinsamen Einlasstrakt 149 über den CR-Trakt 150 weggeleitet werden, bevor er über das Einlassdrosselventil 158 in die Motorzylinder eintritt.
-
Der Motor 10 kann mehrere Zylinder 14 aufweisen. Im dargestellten Beispiel enthält der Motor 10 sechs Zylinder, die in einer V-Anordnung angeordnet sind. Im Besonderen sind die sechs Zylinder in zwei Zylinderbänken 13 und 11 angeordnet, wobei jede Zylinderbank drei Zylinder enthält. In anderen Beispielen kann der Motor 10 zwei oder mehr Zylinder enthalten, wie 4, 5, 8, 10 oder mehr Zylinder. Diese verschiedenen Zylinder können gleichmäßig aufgeteilt und in alternativen Konfigurationen angeordnet werden, wie als V, in einer Reihe, in einer Box, usw. Jeder Zylinder 14 kann mit einem Kraftstoffeinspritzer 166 konfiguriert sein. Im dargestellten Beispiel ist der Kraftstoffeinspritzer 166 ein Direkteinspritzer in den Zylinder. In anderen Beispielen kann der Kraftstoffeinspritzer 166 jedoch ein Port-basierter Kraftstoffeinspritzer sein.
-
Einlassluft, die jedem Zylinder 14 (hier auch als Verbrennungskammer 14 bezeichnet) über den gemeinsamen Einlasstrakt 149 zugeleitet wird, kann zur Kraftstoffverbrennung verwendet werden und Verbrennungsprodukte können dann über die Zylinderbankspezifischen parallelen Abgastrakte ausgestoßen werden. In dem dargestellten Beispiel kann eine erste Zylinderbank 13 von Motor 10 Verbrennungsprodukte über einen ersten parallelen Abgastrakt 17 ausstoßen und eine zweite Zylinderbank 11 kann Verbrennungsprodukte über einen zweiten parallelen Abgastrakt 19 ausstoßen. Jeder von den ersten und zweiten parallelen Abgastrakten 17 und 19 kann weiterhin eine Turboladerturbine enthalten. Im Besonderen werden Verbrennungsprodukte, die über den Abgastrakt 17 ausgestoßen werden, über eine Abgasturbine 124 des Turboladers 120 geleitet, die wiederum über eine Welle 126 mechanische Arbeit an den Verdichter 122 liefen kann, um die Einlassluft zu verdichten. Alternativ können einige oder alle der Abgase, die durch den Abgastrakt 17 strömen, die Turbine 124 über den Turbinenumgehungstrakt 123 umgehen, wobei das Umgehen über das Ladedruckregelventil 128 gesteuert wird. Ebenso werden Verbrennungsprodukte, die über den Abgastrakt 19 ausgestoßen werden, über die Abgasturbine 134 des Turboladers 130 geleitet, die wiederum über eine Welle 136 mechanische Arbeit an den Verdichter 132 liefern kann, um die Einlassluft zu verdichten, die durch die zweite Verzweigung des Motoreinlasssystems strömt. Alternativ kann ein Teil oder das gesamte Abgas, das durch den Abgastrakt 19 strömt, die Turbine 134 über den Turbinenumgehungstrakt 133 umgehen, wobei das Umgehen über das Ladedruckregelventil 138 gesteuert wird. Die Ladedruckregelventil-Stellelemente können den Ladedruck durch Steuerung des Abgasluftstroms über die entsprechenden Turbinen steuern. Im Unterschied jedoch zur Betätigung der Verdichterrückführungsventile ist der Einfluss der Ladedruckregelventil-Betätigung auf den Ladedruck aufgrund der langsameren Turboladerdynamik wesentlich langsamer.
-
In einigen Beispielen können die Abgasturbinen 124 und 134 als Turbinen mit variabler Geometrie ausgestaltet sein, wobei die Steuereinheit 12 die Position der Laufradschaufeln der Turbine (oder Schaufeln) anpassen kann, um das Energieniveau zu variieren, das aus dem Abgasluftstrom erhalten wird und auf den entsprechenden Verdichter übertragen wird. Alternativ können die Abgasturbinen 124 und 134 als Turbinen mit variablen Düsen ausgestaltet sein, wobei die Steuereinheit 12 die Position der Turbinendüse anpassen kann, um das Energieniveau zu variieren, das aus dem Abgasluftstrom erhalten wird und auf den entsprechenden Verdichter übertragen wird. Zum Beispiel kann das Steuersystem dazu ausgestaltet sein, die Schaufel- oder Düsenposition der Abgasturbinen 124 und 134 über die entsprechenden Stellelemente in unabhängiger Weise zu variieren.
-
Abgase im ersten parallelen Abgastrakt 17 können über den verzweigten parallelen Abgastrakt 170 an die Atmosphäre weitergeleitet werden, während Abgase im zweiten parallelen Abgastrakt 19 über den verzweigten parallelen Abgastrakt 180 an die Atmosphäre weitergeleitet werden können. Die Abgastrakte 170 und 180 können eine oder mehrere Abgasnachverarbeitungseinrichtungen (129 und 127), wie einen Katalysator und einen oder mehrere Abgassensoren enthalten.
-
In einigen Ausführungsformen kann der Motor 10 weiterhin einen oder mehrere Abgasrückführungs-Trakte (EGR-Trakte, Exhaust Gas Recirculation) zur Rückführung von wenigstens einem Teil des Abgases aus den ersten und zweiten parallelen Abgastrakten 17 und 19 und/oder den ersten und zweiten parallelen verzweigten Abgastrakten 170 und 180 an Positionen stromauf des Lufteinlassdrosselventils 158 aufweisen. Diese können Hochdruck-EGR-Schleifen zum Bereitstellen von Hochdruck-EGR (HP-EGR) und Niedrigdruck-EGR-Schleifen zum Bereitstellen von Niedrigdruck-EGR (LP-EGR) enthalten. Wenn enthalten, kann die HP-EGR bei Abwesenheit der von den Turboladern 120, 130 bereitgestellten Ladung vorgesehen werden, während die LP-EGR bei Vorhandensein der Turboladerladung und/oder wenn die Abgastemperatur über einem Grenzwert liegt, vorgesehen werden kann. In noch weiteren Beispielen können HP-EGR und LP-EGR gleichzeitig bereitgestellt werden. Die HP-EGR-Schleifen (nicht dargestellt) können wenigstens etwas Abgas von jedem der verzweigten parallelen Abgastrakte 170 und 180 stromab der Abgasturbine 124 und 134 parallel zu den verzweigten Einlasstrakten 146 und 148 oder dem Einlasskrümmer 160 rückführen. Der EGR-Luftstrom durch die HP-EGR-Schleifen kann über entsprechende HP-EGR-Ventile und HP-EGR-Ladeluftkühler gesteuert werden. In einer Ausführungsform können die LP-EGR-Schleifen 197 und 195 wenigstens etwas Abgas von jedem der verzweigten parallelen Abgastrakte 170 und 180 stromab der Abgasturbinen 124 und 134 an den ersten und zweiten parallelen Einlasstrakt 142 und 144 stromauf des Verdichters und stromab des CR-Traktauslasses, rückführen, wie durch die durchgezogenen Linien in 1 dargestellt. In einer anderen Ausführungsform können die LP-EGR-Schleifen 197 und 195 wenigstens etwas Abgas an den Einlasstrakt 140 an einer Position stromauf des CR-Traktauslasses rückführen, wie durch die gestrichelten Linien in 1 dargestellt ist. Jede der LP-EGR-Schleifen 197 und 195 kann zugehörige LP-EGR-Ventile 121 und 119 zum Steuern des Abgasluftstroms durch die LP-EGR-Schleife aufweisen, wie auch entsprechende Ladeluftkühler 113 und 111 zum Absenken einer Temperatur des Abgases, das in den Motoreinlass zurückgeführt wird.
-
Die Position der Einlass- und Auslassventile eines jeden Zylinders 14 können über hydraulisch betätigte Stößel reguliert werden, die mit den Ventil-Stößelstangen verbunden sind, oder über einen Nockenprofil-Umstellmechanismus, in dem Nocken verwendet werden. In diesem Beispiel können wenigstens die Einlassventile eines jeden Zylinders 14 durch eine Nockenbetätigung unter Verwendung eines Nockenbetätigungssystems gesteuert werden. Im Besonderen kann das Einlassventil-Nockenbetätigungssystem 25 einen oder mehrere Nocken enthalten und kann eine variable Nocken-Zeitsteuerung oder einen variable Nockenhub für die Einlass- und/oder Auslassventile nutzen. In alternativen Ausführungsformen können die Einlassventile durch eine elektrische Ventilbetätigung gesteuert werden. Ebenso können die Auslassventile durch Nockenbetätigungssysteme oder eine elektrische Ventilbetätigung gesteuert werden.
-
Das Motorsystem 100 kann wenigstens teilweise durch ein Steuersystem 15 mit einer Steuereinheit 12 und durch Eingabe von einem Fahrzeugbediener über ein Eingabegerät (nicht dargestellt) gesteuert werden. Das Steuersystem 15 wird ist dargestellt, dass es Informationen von einer Vielzahl von Sensoren 16 (verschiedene Beispiele davon werden hier beschrieben) empfängt und Steuersignale an eine Vielzahl von Stellelementen 81 sendet. Als ein Beispiel können die Sensoren 16 einen Feuchtigkeitssensor, einen MAP-Sensor 182 und einen MCT-Sensor 183 einschließen. In einigen Beispielen kann der gemeinsame Einlasstrakt 149 einen Drosselventileinlassdruck-Sensor 232 (TIP-Sensor, Throttle Inlet Pressure) zum Schätzen eines Drosselventileinlassdrucks einschließen, der auch als Ladedruck bezeichnet wird, und/oder einen Drosselventileinlass-Temperatursensor zum Schätzen einer Drosselventil-Lufttemperatur (TCT, Throttle Air Temperature). In anderen Beispielen kann einer oder können mehrere der EGR-Trakte Druck-, Temperatur- und Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren zur Bestimmung der EGR-Strömungseigenschaften einschließen. Als weiteres Beispiel können die Stellelemente 81 einen Kraftstoffeinspritzer 166, HP-EGR-Ventile (nicht dargestellt), LP-EGR-Ventile 121 und 119, Drosselventil 158, CCRV 152 und Ladedruckregelventile 128, 138 einschließen. Andere Stellelemente, wie eine Vielzahl von weiteren Ventilen und Drosselventilen können an verschiedenen Positionen im Motorsystem 100 angekoppelt sein. Die Steuereinheit 12 kann Eingabedaten von verschiedenen Sensoren erhalten, die Eingabedaten verarbeiten und die Stellelemente in Reaktion auf die verarbeiteten Eingabedaten basierend auf einer Anweisung oder darin programmiertem Code, der einer oder mehreren Routinen entspricht, ansteuern. Die Steuereinheit 12 kann auch ein elektronisches Speichermedium zum Speichern von Kalibrierungswerten und Routinen enthalten.
-
Es wird nun auf 2 Bezug genommen. 2 veranschaulicht, wie die Rückstandsansammlung an einem Drosselventilgehäuse den effektiven Luftstrom durch das Ventil verringern kann. Der Öffnungswinkel der Drosselventile und die zugehörige Luftstromrate durch ein neues Ventil und ein altes Ventil werden jeweils in 202 und 204 dargestellt. Der Luftstrom durch beide Ventile steigt mit höherer Drosselventilöffnung. Wenn jedoch das Ventil altert, sinkt der effektive Luftstrom durch das alte Ventil, wenn der Drosselventil-Öffnungswinkel derselbe wie der eines neuen Ventils ist. Der verringerte effektive Luftstrom kann durch eine Rückstandsansammlung am Ventilgehäuse verursacht sein. Um den gleichen effektiven Luftstrom zu erzielen, kann es für das ältere Ventil erforderlich sein, den Öffnungswinkel zu vergrößern. Weiterhin kann eine Menge der Rückstandsansammlung am Gehäuse des alten Teiles basierend auf der Menge des verringerten effektiven Luftstroms geschätzt werden.
-
Beispielhafte Steuerroutinen für die Verdichterpumpsteuerung und das Ausgleichen der Rückstände werden in 3 bis 4 beschrieben. Die Steuereinheit 12 kann einen Zielrückführungsluftstrom basierend auf den Fahrzeug- und/oder Motorbetriebsbedingungen bestimmen. Ein zugehöriger CCRV-Öffnungswinkel kann dann basierend auf einem Kalibrierungsverfahren und dem Zielrückführungsluftstrom berechnet werden. Aufgrund der Ansammlung der Rückstände über dem CCRV-Gehäuse kann der Zielrückführungsluftstrom bei dem berechneten CCRV-Öffnungswinkel nicht erzielt werden. Unter solchen Bedingungen kann der CCRV-Öffnungswinkel durch eine Positionskorrektur korrigiert werden, um den effektiven Luftstrom zu erhöhen. Das Kalibrierungsverfahren kann auch basierend auf der Menge der Rückstandsansammlung aktualisiert werden.
-
Es wird nun auf 3 Bezug genommen. Die Routine 300 zeigt ein Beispielverfahren zur Behandlung von Verdichterpumpen. Die Routine enthält die Justierung einer CCRV-Position basierend auf einer gewünschten Gesamtmotorluftstromrate, die in die Motorzylinder eintritt, und einer entsprechenden gewünschten Verdichterluftstromrate. Wenn die tatsächliche Gesamtmotorluftstromrate nicht die Anforderung einer CCRV-Justierung erfüllt, korrigiert die Routine weiterhin die CCRV-Position, um die am Ventilgehäuse angesammelten Rückstände zu berücksichtigen. Es versteht sich, dass die Schätzung der gewünschten Gesamtmotorluftstromrate, die in die Motorzylinder eintritt, und der gewünschten Verdichterluftstromrate während aller Motorbetriebsbedingungen einschließlich während eines stabilen Zustands und Übergangszuständen durchgeführt werden kann. Durch fortlaufende Schätzung der Motorluftstromrate, die in die Motorzylinder eintritt, und durch Justieren des CCRV zur Beibehaltung der Verdichterluftstromrate auf oder über der gewünschten Verdichterluftstromrate, kann der Verdichterzustand außerhalb von (im Besonderen rechts von) einer harten Pump- und einer weichen Pumpgrenze beibehalten werden.
-
In 302 weist die Routine 300 das Schätzen und/oder Messen der Motorbetriebsbedingungen auf. Die geschätzten Bedingungen können zum Beispiel die Motordrehzahl (Ne), den Drehmomentbedarf, den Ladedruck, MAP, die Motortemperatur, das Luft-Kraftstoffverhältnis bei der Verbrennung (AFR, Air-fuel Ratio), die Temperatur des Abgaskatalysators, Umgebungsbedingungen (zum Beispiel Barometerdruck BP (barometric pressure)) usw. beinhalten.
-
In 304 schätzt die Routine einen gewünschten Gesamtmotorluftstrom, der in die Motorzylinder eintritt (oder eine Massenluftstromrate des Einlassdrosselventils des Motors) basierend auf den Betriebsbedingungen. Darüber hinaus kann ein gewünschter Verdichterluftstrom zur Vermeidung von Pumpen basierend auf dem gewünschten Gesamtmotorluftstrom und einer Verdichter-Pumpgrenze geschätzt werden. Dergestalt kann der gewünschte Verdichterluftstrom ein Verdichterluftstrom sein, bei dem das Pumpen beschränkt ist, der auf einer harten Pumpgrenze des Verdichters basiert. Basierend auf dem gewünschten Gesamtmotorluftstrom und dem gewünschten Verdichterluftstrom kann ein erster Rückführungsluftstrom geschätzt werden. Der erste Rückführungsluftstrom ist ein gewünschter Rückführungsluftstrom zur Erzielung des gewünschten Gesamtmotorluftstroms. In einem Beispiel kann die erste Rückführungsluftstromrate basierend auf der Differenz zwischen der gewünschten Verdichterluftstromrate und der gewünschten Gesamtmotorluftstromrate geschätzt werden. In einem weiteren Beispiel kann die erste Rückführungsluftstromrate basierend auf der gewünschten Verdichterluftstromrate, der gewünschten Motorluftstromrate und der EGR-Luftstromrate geschätzt werden.
-
In 306 kann eine Öffnung des Lufteinlassdrosselventils 158 basierend auf der geschätzten gewünschten Gesamtmotorluftstromrate angepasst werden.
-
In 308 enthält die Routine 300 die Berechnung einer CCRV-Position basierend auf einer CCRV-Kalibrierung und dem ersten in 304 bestimmten Rückführungsluftstrom, und das Einstellen von CCRV auf die berechnete Position. Als Beispiel kann die CCRV-Kalibrierung eine Nachschlagtabelle oder eine Gleichung sein, die in der Steuereinheit 12 gespeichert ist, wobei die Steuereinheit einen Grad der CCRV-Öffnung basierend auf einer bestimmten Luftstromrate berechnen kann. Als weiteres Beispiel können die in der Steuereinheit 12 gespeicherte Nachschlagtabelle oder Gleichung basierend auf einer Düsengleichung generiert werden. Als wiederum anderes Beispiel können die in der Steuereinheit 12 gespeicherte Nachschlagtabelle oder Gleichung basierend auf der Menge der Rückstandsansammlung am Ventilgehäuse modifiziert werden.
-
In 310 kann ein erster gesamter Motorluftstrom, der in die Motorzylinder eintritt, berechnet werden. Der erste Gesamtmotorluftstrom kann der tatsächliche Gesamtmotorluftstrom sein, der in die Motorzylinder nach Anpassung der CCRV basierend auf der CCRV-Kalibrierung in 308 eintritt. In einem Beispiel kann der erste Gesamtmotorluftstrom basierend auf dem Krümmerdruck und der Motorgeschwindigkeit (Geschwindigkeitsdichte) bestimmt werden. In einem anderen Beispiel kann der erste Gesamtmotorluftstrom basierend auf dem Drosselventileinlassdruck und der Motorgeschwindigkeit (Geschwindigkeitsdichte) bestimmt werden. In wiederum einem anderen Beispiel kann ein Luftmassenmesser optional in Kombination mit anderen Sensordaten den ersten Gesamtmotorluftstrom bestimmen.
-
In 312 kann der erste Gesamtmotorluftstrom, der in die Motorzylinder eintritt, mit dem gewünschten Gesamtmotorluftstrom verglichen werden, der in 304 geschätzt wird, um zu bestimmen, ob eine weitere CCRV-Anpassung erforderlich ist. Wenn die erste Gesamtmotorluftstromrate in einem zufriedenstellenden Bereich um den gewünschten Gesamtmotorluftstrom liegt, geht die Routine 300 zu 314 weiter, wo die aktuellen Betriebsparameter beibehalten werden. Die aktuellen Betriebsparameter können eine aktuelle CCRV-Kalibrierung und Kalibrierungen für andere Ventile, wie das Einlassdrosselventil und EGR-Ventile beinhalten. Darüber hinaus werden in 314 alle CCRV-Verschlechterungs-Flags gelöscht und der Fahrer wird nicht darüber benachrichtigt. Wenn der erste Gesamtmotorluftstrom außerhalb des zufriedenstellenden Bereichs um den gewünschten Gesamtmotorluftstrom liegt, geht die Routine 300 zu 316 weiter und die CCRV-Position wird weiterhin basierend auf der Diagnose der CCRV-Leistung angepasst.
-
In 316 bestimmt die Routine 300 einen zweiten Gesamtmotorluftstrom, der in die Motorzylinder eintritt, und schätzt einen zweiten Rückführungsluftstrom, wenn kein Einlass- oder Auslassluftstrom zwischen der Position stromab des CR-Traktauslasses und stromauf des CR-Trakteinlasses vorliegt. Der zweite Rückführungsluftstrom kann ein gewünschter Rückführungsluftstrom sein, der unter der Annahme geschätzt wird, dass die aktuelle CCRV-Kalibrierung korrekt ist. Darüber hinaus kann ein gesamter Einlassluftstrom stromab des CR-Traktauslasses aber stromauf des CR-Trakteinlasses durch einen Luftmassenmesser gemessen werden. Es ist zu beachten, dass, wenn keine Einlass- oder Auslassluftströme an einer Position stromab des CR-Traktauslasses und stromauf des CR-Trakteinlasses vorliegen, der gesamte Einlassluftstrom gleich dem Verdichterluftstrom sein kann.
-
In einem Beispiel, wenn EGR-Luftströme bereits in 310 angehalten sind, oder wenn das Motorsystem 100 das EGR-System nicht enthält, dann kann der zweite Gesamtmotorluftstrom der gleiche sein wie der erste Gesamtmotorluftstrom, und der zweite Rückführungsluftstrom kann der gleiche sein wie der erste Rückführungsluftstrom.
-
In einem anderen Beispiel besteht, wenn die EGR-Luftströme nicht in 310 angehalten sind, die Möglichkeit, dass die Steuereinheit 12 den EGR-Luftstrom erst dann anhält (zum Beispiel eine oder mehrere Hochdruck-EGR-Luftströme und Niedrigdruck-EGR-Luftströme auf null reduzieren), wenn zu 316 übergegangen wird, falls ein Einlass- oder Auslassluftstrom zwischen einer Position stromab des CR-Traktauslasses und stromauf des CR-Trakteinlasses besteht. In einer Ausführungsform kann die Steuereinheit 12 den LP-EGR anhalten, wenn der LP-EGR wenigstens etwas Abgas in die ersten und zweiten parallelen Einlasstrakte 142 und 144 stromauf des Verdichters und stromab des CR-Traktauslasses zurückführt. In einer anderen Ausführungsform muss der LPG-EGR-Luftstrom möglicherweise nicht angehalten werden, wenn der LP-EGR wenigstens etwas Abgas in den Einlasstrakt 140 an einer Position stromauf des CR-Traktauslasses zurückführt. In wiederum einer anderen Ausführungsform kann die Steuereinheit die HP-EGR anhalten, wenn die HP-EGR wenigstens etwas Abgas in die parallel verzweigten Einlasstrakte 146 und 148 zurückführt. In wiederum einer anderen Ausführungsform muss der HG-EGR möglicherweise nicht angehalten werden, wenn die HP-EGR wenigstens etwas Abgas in den Einlasstrakt 160 an einer Position stromab des CR-Trakteinlasses zurückführt,. In diesem Beispiel kann der zweite Gesamtmotorluftstrom, der in die Motorzylinder eintritt, auf die gleiche Weise bestimmt werden, wie in 310 beschrieben. Der zweite Rückführungsluftstrom kann basierend auf dem zweiten Gesamtmotorluftstrom, der in die Motorzylinder eintritt, dem EGR-Luftstrom und der CCRV-Kalibrierung geschätzt werden. Nach der Bestimmung des zweiten Rückführungsluftstromes und des Gesamteinlassluftstromes kann die Steuereinheit 12 alle EGR-Luftströme am Ende von 316 wiederherstellen.
-
In 318 kann der tatsächliche Rückführungsluftstrom basierend auf einer Differenz zwischen dem zweiten Gesamtmotorluftstrom, der in die Motorzylinder eintritt, und dem gesamten Einlassluftstrom berechnet werden.
-
In 320 kann der tatsächliche Rückführungsluftstrom mit dem zweiten Rückführungsluftstrom verglichen werden, der in 316 bestimmt wurde. Wenn die tatsächliche Rückführung außerhalb eines zufriedenstellenden Bereichs über dem zweiten Rückführungsluftstrom liegt, geht die Routine 300 zu 324 weiter. Wenn der tatsächliche Rückführungsluftstrom in einem zufriedenstellenden Bereich um den zweiten Rückführungsluftstrom liegt, kann der CCRV korrekt arbeiten und der nicht zufriedenstellende erste Gesamtmotorluftstrom in 312 kann auf Faktoren zurückzuführen sein, die nicht mit CCRV in Bezug stehen. Zum Beispiel können sich Rückstände am Lufteinlassdrosselventil 158 ansammeln und zu Justierungsfehlern des Drosselventilluftstroms führen. Dann werden in 322 weitere Betriebsparameter angepasst und/oder der Fahrer wird über eine Verschlechterung der Drosselventiljustierung benachrichtigt, zum Beispiel über eine Anzeige im Fahrzeug. Darüber hinaus kann ein Diagnosecode festgelegt werden, der über einen Diagnoseport gelesen oder anderweitig über das Steuersystem kommuniziert werden kann, zum Beispiel an einen Techniker über ein Diagnosetool. Es wird wieder auf 322 zurückgegangen, wo in einem Beispiel das Lufteinlassdrosselventil 158 durch die Steuereinheit neu kalibriert werden kann, um die Ansammlung von Rückständen zu berücksichtigen. In einem anderen Beispiel können das HP-EGR-Ventil und das Ladedruckregelventil durch die Steuereinheit justiert werden, um den gewünschten Gesamtmotorluftstrom und Ladedruck zu erzielen.
-
In 324 bestimmt die Routine 300, ob die CCRV-Position basierend auf der Routine 400 justiert wurde. Ist die Antwort in 328 JA, kann ein CCRV-Verschlechterungs-Flag gesetzt werden und/oder der Fahrer über die CCRV-Verschlechterung benachrichtigt werden. Darüber hinaus können weitere Betriebsparameter angepasst werden. Zum Beispiel können das HP-EGR-Ventil und das Ladedruckregelventil angepasst werden, um den gewünschten Gesamtmotorluftstrom und Ladedruck zu erzielen. Wenn die CCRV-Position nicht basierend auf der Routine 400 (4) angepasst wurde, dann wird in 326 die CCRV-Position basierend auf der Menge der Rückstandsansammlung am Ventil eingestellt. Als Nächstes geht die Routine 300 zu 310 zurück, um den Gesamtmotorluftstrom, der in die Motorzylinder eintritt, wieder zu schätzen.
-
Es wird nun auf 4 eingegangen. Die Routine 400 ist eine Routine einer unteren Ebene zum Anpassen der CCRV-Position basierend auf einer Menge der Rückstandsansammlung am Ventil. Darüber hinaus kann die CCRV-Kalibrierung basierend auf der Menge der Rückstandsansammlung aktualisiert werden.
-
In 402 bestimmt die Routine 400 eine Positionskorrektur der CCRV-Öffnung basierend auf der Differenz zwischen dem tatsächlichen Rückführungsluftstrom und dem zweiten Rückführungsluftstrom, um die am Ventil angesammelten Rückstände zu berücksichtigen. Als Beispiel kann die Positionskorrektur basierend auf der Differenz und einer aktuellen CCRV-Kalibrierung bestimmt werden. Als weiteres Beispiel kann die Positionskorrektur eine Regelschleifenkorrektur sein, die durch Eingabe der Differenz in eine Feedback-Steuereinheit generiert wird. Die Feedback-Steuereinheit kann eine P-, PI- oder PID-Steuereinheit sein. Als wiederum anderes Beispiel kann die Positionskorrektur eine kleine Erhöhung der CCRV-Öffnung sein, die durch eine modellbasierte Steuereinheit (Feed Forward-Steuereinheit) generiert wird.
-
In 404 wird die Gesamtmenge der Rückstandsansammlung am CCRV geschätzt. Als Beispiel kann die Gesamtmenge des Rückstands basierend auf einer Differenz zwischen der aktuellen CCRV-Öffnung und einer idealen Öffnung bestimmt werden. Die ideale CCRV-Öffnung kann basierend auf dem tatsächlichen Rückführungsluftstrom und der Düsengleichung berechnet werden, unter der Annahme, dass keine Rückstandsansammlung an dem Ventilgehäuse vorliegt. Als anderes Beispiel kann die Gesamtmenge des Rückstands basierend auf der Differenz zwischen dem tatsächlichen Rückführungsluftstrom und einem gewünschten Rückführungsluftstrom ohne Rückstandsansammlung am CCRV geschätzt werden. Der gewünschte Rückführungsluftstrom ohne Rückstandsansammlung kann basierend auf der aktuellen CCRV-Öffnung und der Düsengleichung berechnet werden. Als wiederum anderes Beispiel kann die Gesamtmenge der Rückstandsansammlung basierend auf einer Aufsummierung der vorhergehenden CCRV-Positionskorrekturen geschätzt werden.
-
In 406 wird das CCRV auf eine neue Position eingestellt. In einem Beispiel kann die CCRV-Position basierend auf der in 402 bestimmten Positionskorrektur eingestellt werden. In einem anderen Beispiel kann die CCRV-Position basierend auf der Gesamtmenge der bestimmten Rückstandsansammlung am Ventil angepasst werden. Darüber hinaus kann in 406 die CCRV-Kalibrierungstabelle aktualisiert werden, indem ein Offset auf die ursprüngliche Kalibrierung angewendet wird. Zum Beispiel kann der Offset basierend auf der Positionskorrektur der CCRV-Öffnung bestimmt werden. Weiterhin kann das Beispiel eine Kalibrierungstabelle beinhalten, die an einer Vielzahl von Punkten als Funktion von einer oder mehreren Eingabevariablen mit Daten gefüllt ist, wobei die Ausgabe der Tabelle basierend auf der Eingabevariablen um die gelernte Korrektur der Rückstandsansammlung versetzt ist. Die aktualisierte CCRV-Kalibrierung kann dann im Speicher der Steuereinheit 12 gespeichert werden.
-
In 408 vergleicht die Routine 400 die Gesamtmenge der Rückstandsansammlung an dem CCRV mit einem Grenzwert. Wenn die Gesamtmenge der Rückstandsansammlung unter dem Grenzwert liegt, beendet die Steuereinheit 12 die Routine 400. Wenn die Gesamtmenge der Rückstandsansammlung über dem Grenzwert liegt, dann geht die Routine 400 zu 410 weiter. In 410 kann ein Diagnosesignal generiert werden, das den Betrag der Rückstandsansammlung angibt. Darüber hinaus kann das CCRV-Verschlechterungs-Flag gesetzt werden.
-
Auf diese Weise kann der Verdichterrückführungsluftstrom mit einem Luftmassenmesser überwacht werden, der stromab eines Verdichterrückführungstraktauslasses aber stromauf des Trakteinlasses angeordnet ist. Der Rückführungsluftstrom kann exakt gesteuert werden, indem die CCRV-Position basierend auf der Rückstandsansammlung an dem Ventil angepasst wird, um den technischen Effekt einer exakteren Motorladesteuerung und geringes Pumpen zu erzielen. Der Luftmassenmesser kann ebenso zur Überwachung des Gesamteinlassluftstroms in das Motorsystem 100 verwendet werden, wenn der Verdichterrückführungstrakt nicht verwendet wird.
-
Es ist zu beachten, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuerungs- und Schätzungsroutinen für verschiedene Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier offengelegten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen im nicht flüchtigen Speicher gespeichert werden und können durch das Steuersystem einschließlich der Steuereinheit in Kombination mit verschiedenen Sensoren, Stellelementen und anderer Motor-Hardware durchgeführt werden. Die speziellen hier beschriebenen Routinen können eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien darstellen, wie ereignisgesteuert, Interrupt-gesteuert, Multitasking, Multithreading und ähnliches. Dergestalt können verschiedene dargestellte Aktionen, Operationen und/oder Funktionen in der dargestellten Folge, parallel ausgeführt oder in manchen Fällen auch weggelassen werden. Ebenso ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht unbedingt erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erzielen, sondern ist zur besseren Veranschaulichung und Beschreibung angegeben. Eine oder mehrere der dargestellten Aktionen, Operationen und/oder Funktionen können in Abhängigkeit von der jeweiligen verwendeten Strategie wiederholt durchgeführt werden. Weiterhin können die beschriebenen Aktionen, Operationen und/oder Funktionen grafisch Code darstellen, der im nicht flüchtigen Speicher eines computerlesbaren Speichermediums im Motorsteuerungssystem programmiert ist, wobei die oben beschriebenen Aktionen durch Ausführung von Anweisungen in einem System durchgeführt werden, das verschiedene Motor-Hardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuereinheit enthält.
-
Es versteht sich, dass die hier offengelegten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind, und dass diese speziellen Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinne zu verstehen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Zum Beispiel kann die obige Technologie auf V-6, I-4, I-6, V-12, Vierzylinder-Gegenkolben und auf andere Motortypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenlegung enthält alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und untergeordneten Kombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen sowie andere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hier offengelegt wurden.
-
Die folgenden Ansprüche weisen im Besonderen auf bestimmte Kombinationen und untergeordnete Kombinationen hin, die als neu und nicht offensichtlich betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder eine Entsprechung davon beziehen. Diese Ansprüche sollten so verstanden werden, dass sie die Aufnahme von einem oder mehreren solcher Elemente beinhalten, wobei zwei oder mehrere solche Elemente weder erforderlich noch ausgeschlossen sind. Andere Kombinationen und untergeordnete Kombinationen der offen gelegten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch die Ergänzung der vorliegenden Ansprüche oder durch die Darlegung neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anwendung beansprucht werden. Solche Ansprüche, unabhängig davon, ob sie im Umfang breiter, enger, gleich oder verschieden von dem Schutzumfang der ursprünglichen Ansprüchen sind, werden ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenlegung liegend betrachtet.
-
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 2014/0260241 A1 [0004]
