DE102018105806A1

DE102018105806A1 - Verfahren und system zum überwachen des luftfilterzustands

Info

Publication number: DE102018105806A1
Application number: DE102018105806.3A
Authority: DE
Inventors: Fakhreddine Landolsi; Hassene Jammoussi; Imad Hassan Makki
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-03-17
Filing date: 2018-03-13
Publication date: 2018-09-20
Also published as: CN108626041A; RU2018106542A; RU2018106542A3; CN108626041B; US20180266354A1; US10487767B2

Abstract

Bereitgestellt werden Verfahren und System zum Bestimmen des Zustands eines Luftfilters, der an einen Ansaugtrakt eines Motorsystems gekoppelt ist. In einem Beispiel kann ein Verfahren das Schätzen eines Widerstands des Luftfilters auf Grundlage eines Krümmerluftladungswerts beinhalten. Der Krümmerluftladungswert kann entweder ein Massenluftstrom oder ein Krümmerluftdruck sein.

Description

GEBIET
Die vorliegende Beschreibung betrifft allgemein Verfahren und Systeme zum Diagnostizieren des Zustands eines Luftfilters, der an einen Ansaugtrakt eines Motors gekoppelt ist.
STAND DER TECHNIK / KURZDARSTELLUNG
Luftfilter, die in einem Luftansaugsystem für einen Motor angeordnet oder Teil derselben sind, stellen gefilterte Luft für den Motor bereit. Die Luftfilter können durch die Ansammlung von Staub oder Frost verstopfen. Verstopfte Luftfilter können zu einem verminderten Krümmerluftdruck führen und Kraftstoffsparsamkeit und Fahrbarkeit verschlechtern. Das Überwachen des Luftfilterzustands kann eine frühe Anzeige der verbleibenden Lebensdauer des Luftfilters bereitstellen und dem Fahrzeuginhaber helfen, Wartung im Voraus zu planen.
Andere Versuche, Luftfilterverstopfung anzugehen, beinhalten das Bestimmen von Filterverstopfung auf Grundlage einer Druckdifferenz am Luftfilter. Ein Beispielansatz wird von Freen et al. in US 20110185895A1 gezeigt. Dabei misst ein Druckdifferenzsensor eine Druckdifferenz zwischen einem ersten Druck stromaufwärts des Luftfilters und einem zweiten Druck stromabwärts des Luftfilters. Der Filterzustand wird dann bestimmt, indem die Druckdifferenz mit einer Ausgangsdruckdifferenz verglichen wird.
Allerdings haben die Erfinder mögliche Probleme solcher Systeme festgestellt. Als ein Beispiel verlangt Freen eine batteriebetriebene Sonde zum Messen der Druckdifferenz am Luftfilter. In Saugmotoren existiert im Allgemeinen kein Druckdifferenzsensor in der Umgebung des Luftfilters. Die zusätzliche Sonde bei Freen kann die Komplexität und die Kosten des Motorsystems erhöhen. Ferner verlangt Freen eine Neukalibrierung der Basisdruckdifferenz durch einen Benutzer, wann immer ein neuer Filter installiert wird. Wird die Neukalibrierung nicht rechtzeitig durchgeführt, kann das Verfahren von Freen zu einer falschen Einschätzung des Filterzustands führen.
In einem Beispiel können die oben beschriebenen Probleme durch ein Verfahren behoben werden, umfassend: Leiten von Luft durch einen Luftfilter in einen Krümmer; Schätzen eines Luftfilterwiderstands auf Grundlage eines Luftladungswerts im Krümmer während eines stabilen Zustands, wobei der Luftfilterwiderstand umgekehrt proportional zum Quadrat eines Massenluftstroms durch den Luftfilter ist; und Anzeigen eines Luftfilterzustands auf Grundlage des Luftfilterwiderstands. Auf diese Weise kann Luftfilterverstopfung während des stabilen Zustands bestimmt werden, ohne dass ein zusätzlicher Sensor erforderlich ist.
Als ein Beispiel kann ein Beobachter dazu konstruiert sein, einen Luftfilterwiderstand eines Luftfilters zu schätzen, der an den Ansaugtrakt eines Motorsystems gekoppelt ist. Der Luftfilterzustand kann auf Grundlage des Luftfilterwiderstands bestimmt werden. Beispielsweise kann Filterverstopfung in Reaktion darauf bestimmt werden, dass der Luftfilterwiderstand höher als ein Schwellenwert ist. Der Luftfilterwiderstand kann umgekehrt proportional zum Quadrat eines Massenluftstroms durch den Luftfilter und proportional zu einer Druckdifferenz am Luftfilter sein. Auf diese Weise kann der Luftfilterwiderstand Filterverstopfung ungeachtet der Geometrie oder Materialeigenschaften des Filters charakterisieren. Mit anderen Worten, der Luftfilterzustand kann auch dann durch den Luftfilterwiderstand bestimmt werden, wenn andere Filterarten verwendet werden können. Der Luftfilterwiderstand kann auf Grundlage eines Luftladungswerts im Krümmer über den Beobachter geschätzt werden. In Anwendungen ohne Aufladung kann entweder ein Massenluftstrom(MAF - mass air flow)-Sensor stromabwärts des Luftfilters oder ein Krümmerluftdruck(MAP - manifold air druck)-Sensor stromabwärts eines Drosselelements im Motorsystem vorhanden sein, um die Luftladung zu überwachen. Während des stabilen Zustands kann der Massenluftstrom durch den Ansaugkrümmer gleich dem Massenluftstrom durch den Luftfilter und dem Massenluftstrom durch das Drosselelement sein. Auf Grundlage der Verfügbarkeit des Sensors kann der Krümmerluftladungswert während des stabilen Zustands ein MAF, gemessen durch den MAF-Sensor, oder ein MAP, gemessen durch den MAP-Sensor, sein. Wenn der Krümmerluftladungswert der MAF ist, kann der Beobachter Systemzustände einschließlich des Widerstands des Luftfilters, eines Drucks unmittelbar stromabwärts des Luftfilters und des MAP gleichzeitig schätzen. Wenn der Krümmerluftladungswert der MAP ist, kann der Beobachter Systemzustände einschließlich des Widerstands des Luftfilters und des Drucks unmittelbar stromabwärts des Luftfilters gleichzeitig schätzen. Auf diese Weise kann der Luftfilterzustand auf Grundlage des Krümmerluftladungswerts bestimmt werden, der von dem bereits im Motorsystem vorliegenden Sensor gemessen wird. Der Beobachter kann den Widerstand des Luftfilters ohne Kenntnis der Drosselelementposition schätzen. Ferner kann der Luftfilterzustand im laufenden Betrieb ohne Unterbrechung des Motorbetriebs bestimmt werden.
Es versteht sich, dass die oben stehende Kurzdarstellung in vereinfachter Weise eine Auswahl von Konzepten vorstellen soll, die in der ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben werden. Sie soll keine entscheidenden oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstands identifizieren, dessen Schutzumfang ausschließlich durch die auf die ausführliche Beschreibung folgenden Ansprüche definiert ist. Außerdem ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die oben oder in einem anderen Teil dieser Offenbarung aufgeführte Nachteile beheben.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Beispielzylinders eines Mehrzylindermotorsystems mit einem Luftfilter, der in einem Ansaugkrümmer gekoppelt ist.
2 zeigt ein Beispielverfahren zum Diagnostizieren des Luftfilterzustands mittels eines Beobachters.
3A zeigt eine erste Ausführungsform des Beobachters.
3B zeigt eine zweite Ausführungsform des Beobachters.
4 zeigt Parameterzeitleisten beim Bestimmen des Luftfilterzustands mittels der ersten Ausführungsform des Beobachters.
5 zeigt Parameterzeitleisten beim Bestimmen des Luftfilterzustands mittels der zweiten Ausführungsform des Beobachters.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die nachfolgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zum Bestimmen des Zustands eines Luftfilters, der an den Ansaugtrakt eines nicht Motorsystems ohne Aufladung wie etwa eines in 1 gezeigten Motorsystems gekoppelt ist. Der Zustand des Luftfilters kann durch einen Luftfilterwiderstand charakterisiert werden. 2 zeigt ein Beispielverfahren des Schätzens des Luftfilterwiderstands auf Grundlage eines Krümmerluftladungswerts mittels eines Beobachters während eines stabilen Zustands. Wenn ein Krümmerluftdruck(MAP)-Sensor im Motorsystem vorhanden ist, kann eine erste Ausführungsform des Beobachters Systemzustände einschließlich des Luftdrucks unmittelbar stromabwärts des Luftfilters und des Widerstands des Luftfilters auf Grundlage eines gemessenen MAP schätzen, wie in 3A gezeigt. Eine Variation von Parametern beim Bestimmen des Luftfilterzustands mittels der ersten Ausführungsform des Beobachters ist in 4 gezeigt. Wenn ein Massenluftstrom(MAF)-Sensor stromabwärts des Luftfilters im Motorsystem vorhanden ist, kann eine zweite Ausführungsform des Beobachters Systemzustände einschließlich des Luftdrucks unmittelbar stromabwärts des Luftfilters, des Widerstands des Luftfilters und des MAP auf Grundlage eines gemessenen MAF schätzen, wie in 3B gezeigt. Eine Variation von Parametern beim Bestimmen des Luftfilterzustands mittels der zweiten Ausführungsform des Beobachters ist in 5 gezeigt.
Bezug nehmend auf 1 zeigt diese eine schematische Darstellung, die einen Zylinder eines Mehrzylindermotors 10 zeigt, der in einem Antriebssystem eines Fahrzeugs enthalten ist. Der Motor 10 kann wenigstens teilweise durch ein Steuersystem, das eine Steuerung 12 beinhaltet, und durch Eingaben von einem Fahrzeugführer 132 mittels einer Eingabevorrichtung 130 gesteuert werden. In diesem Beispiel beinhaltet die Eingabevorrichtung 130 ein Gaspedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals PP. Eine Brennkammer 30 (auch als Zylinder 30 bezeichnet) des Motors 10 kann Brennkammerwände 32 mit einem darin angeordneten Kolben 36 beinhalten. Der Kolben 36 kann an eine Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, so dass eine Hin- und Herbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle übersetzt wird. Die Kurbelwelle 40 kann über ein Zwischengetriebesystem (nicht dargestellt) an wenigstens ein Triebrad eines Fahrzeugs gekoppelt sein. Ferner kann ein Anlassermotor über ein Schwungrad (nicht dargestellt) an die Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, um einen Anlassvelementg des Motors 10 zu ermöglichen.
Die Brennkammer 30 kann Ansaugluft von einem Ansaugkrümmer 44 über einen Ansaugtrakt 42 aufnehmen und über einen Abgaskrümmer 48 Verbrennungsgase ablassen. Der Ansaugkrümmer 44 und der Abgaskrümmer 48 können über ein jeweiliges Ansaugventil 52 und Auslassventil 54 selektiv mit der Brennkammer 30 in Verbindung stehen. In einigen Ausführungsformen kann die Brennkammer 30 zwei oder mehr Ansaugventile und/oder zwei oder mehr Auslassventile beinhalten. Umgebungsluft kann auf natürliche Weise über den Ansaugtrakt 42 und den Ansaugkrümmer 44 in die Brennkammer 30 angesaugt werden. Nach der Verbrennung treten Abgase über den Abgaskrümmer 48 und eine Emissionssteuervorrichtung 70 aus der Brennkammer in die Atmosphäre aus. Auf diese Weise beginnt der Gasstrom durch das Motorsystem am Ansaugtrakt 42 und endet an der Emissionssteuervorrichtung 70.
Eine Kraftstoffeinspritzdüse 66 ist im Ansaugkrümmer 44 in einer Konfiguration angeordnet gezeigt, die eine sogenannte Saugrohreinspritzung von Kraftstoff in den Ansaugkanal stromaufwärts der Brennkammer 30 bereitstellt. Die Kraftstoffeinspritzdüse 66 kann Kraftstoff proportional zur Impulsbreite eines Signals FPW einspritzen, das von der Steuerung 12 über einen Elektroniktreiber 68 empfangen wird. Kraftstoff kann durch ein Kraftstoffsystem (nicht dargestellt), das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und eine Kraftstoffschiene beinhaltet, zu der Kraftstoffeinspritzdüse 66 geleitet werden. In einigen Ausführungsformen kann die Brennkammer 30 alternativ oder zusätzlich eine Kraftstoffeinspritzdüse beinhalten, die direkt an die Brennkammer 30 gekoppelt ist, um Kraftstoff direkt in diese einzuspritzen, was als Direkteinspritzung bezeichnet wird.
Der Ansaugtrakt 42 kann einen Luftfilter 61 zum Filtern von Ansaugluft beinhalten, die durch den Ansaugtrakt strömt. Ein Drosselelement 62 mit einer Drosselklappe 64 kann stromabwärts des Luftfilters 61 an den Ansaugtrakt gekoppelt sein. In diesem bestimmten Beispiel kann die Position der Drosselklappe 64 durch die Steuerung 12 mittels eines Signals variiert werden, das an einen Elektromotor oder Aktor bereitgestellt wird, der Teil des Drosselelements 62 ist, eine Konfiguration, die im Allgemeinen als elektronische Drosselorgansteuerung (electronic throttle control - ETC) bezeichnet wird. Auf diese Weise kann das Drosselelement 62 betrieben werden, um die Ansaugluft zu variieren, die unter anderen Motorzylindern an die Brennkammer 30 bereitgestellt wird. Die Position der Drosselklappe 64 kann an die Steuerung 12 durch ein Drosselklappenpositionssignal TP bereitgestellt werden. Ein MAF-Sensor 120 kann zwischen dem Luftfilter 61 und dem Drosselelement 62 gekoppelt sein, um ein MAF-Signal an die Steuerung 12 bereitzustellen. Ein MAP-Sensor 122 kann stromabwärts des Drosselelements 62 an den Ansaugkrümmer 44 gekoppelt sein, um ein jeweiliges MAP-Signal an die Steuerung 12 bereitzustellen. Sensoren 121 können an das Ansaugsystem gekoppelt sein, um Atmosphärendruck Pa und Umgebungstemperatur Ta zu messen. In einer anderen Ausführungsform kann der Atmosphärendruck hergeleitet werden. In noch einer anderen Ausführungsform kann der Atmosphärendruck auf Grundlage von MAP-Messungen bei sehr niedrigen Motordrehzahlen bestimmt werden.
Ein Zündsystem 88 kann in ausgewählten Betriebsmodi in Reaktion auf ein Frühzündsignal SA von der Steuerung 12 über eine Zündkerze 92 einen Zündfunken an die Brennkammer 30 bereitstellen. Obwohl Funkenzündkomponenten gezeigt sind, können in einigen Ausführungsformen die Brennkammer 30 oder eine oder mehrere andere Brennkammern des Motors 10 in einem Selbstzündungsmodus mit oder ohne einen Zündfunken betrieben werden.
Ein Abgassensor 126 ist an einen Abgaskanal 58 stromaufwärts der Emissionssteuervorrichtung 70 gekoppelt gezeigt. Der Sensor 126 kann ein beliebiger geeigneter Sensor zum Bereitstellen einer Anzeige eines Abgasluft-Kraftstoffverhältnisses sein, wie etwa ein linearer Sauerstoffsensor oder UEGO(universal or wide-range exhaust gas oxygen - Universal-Abgas-Sauerstoff)-, Zweizustandssauerstoffsensor oder EGO, ein HEGO(erwärmter EGO)-, ein NOx-, HC- oder CO-Sensor. Die Emissionssteuervorrichtung 70 ist am Abgaskanal 58 stromabwärts des Abgassensors 126 angeordnet gezeigt. Bei der Vorrichtung 70 kann es sich um einen Dreiwegekatalysator (three way catalyst - TWC), eine NOx-Falle, verschiedene andere Emissionssteuervorrichtungen oder Kombinationen davon handeln. In einigen Ausführungsformen kann die Emissionssteuervorrichtung 70 während des Betriebs des Motors 10 regelmäßig durch Betreiben wenigstens eines Zylinders des Motors mit einem bestimmten Luft/Kraftstoff-Verhältnis zurückgesetzt werden. Ein Vollvolumenabgassensor 76 ist an einen Abgaskanal 58 stromabwärts der Emissionssteuervorrichtung 70 gekoppelt gezeigt. Andere Sensoren 72 wie etwa ein Luftmassenstrom(air mass flow - AM)- und/oder ein Temperatursensor können stromaufwärts der Emissionssteuervorrichtung 70 angeordnet sein, um AM und Temperatur des Abgases zu überwachen, das in die Emissionssteuervorrichtung eintritt.
Die Steuerung 12 ist in 1 als ein Mikrocomputer gezeigt, der eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingangs-/Ausgangsanschlüsse 104, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrationswerte, das in diesem bestimmten Beispiel als Nurlesespeicher 106 gezeigt ist, einen Direktzugriffspeicher 108, einen Keep-Alive-Speicher 110 und einen Datenbus beinhaltet. Die Steuerung 12 kann zusätzlich zu den zuvor erörterten Signalen verschiedene Signale von Sensoren empfangen, die an den Motor 10 gekoppelt sind, darunter eine Messung des induzierten Massenluftstroms (MAF) von dem Massenluftstromsensor 120; der Motorkühlmitteltemperatur (engine coolant temperature - ECT) von dem Temperatursensor 112, der an eine Kühlhülse 114 gekoppelt ist; eines Zündungsprofilaufnehmer(profile ignition pickup - PIP)-Signals von einem Hall-Sensor 118 (oder anderer Typ), der an die Kurbelwelle 40 gekoppelt ist; einer Drosselklappenposition (TP) von einem Drosselklappenpositionssensor; der Luftmasse und/oder Temperatur des Abgases, das in den Katalysator eintritt, von dem Sensor 72; des Abgasluft-Kraftstoff-Verhältnisses nach dem Katalysator von dem Sensor 76; und eines Signals des absoluten Krümmerdrucks MAP von einem Sensor 122. Das Motordrehzahlsignal, RPM, kann von der Steuerung 12 aus dem Signal PIP erzeugt werden. Das Krümmerdrucksignal MAP von einem Krümmerdrucksensor kann zum Bereitstellen einer Anzeige für Vakuum oder Druck im Ansaugkrümmer verwendet werden. Es sei angemerkt, dass verschiedene Kombinationen der vorstehenden Sensoren verwendet werden können, wie etwa ein MAF-Sensor ohne einen MAP-Sensor oder umgekehrt. Im stöchiometrischen Betrieb kann der MAP-Sensor eine Anzeige zum Motordrehmoment liefern. Ferner kann dieser Sensor zusammen mit der erfassten Motordrehzahl eine Schätzung der in den Zylinder eingebrachten Ladung (einschließlich Luft) bereitstellen. In einem Beispiel kann der Sensor 118, der auch als ein Motordrehzahlsensor verwendet wird, eine vorgegebene Anzahl gleichmäßig beabstandeter Impulse für jede Umdrehung der Kurbelwelle erzeugen. Außerdem kann die Steuerung 12 mit einer Anzeigegruppenvorrichtung kommunizieren, beispielsweise um den Fahrer über Fehler im Motor oder im Abgasnachbehandlungssystem zu unterrichten.
Die Steuerung 12 empfängt Signale von den verschiedenen Sensoren aus 1 und benutzt die verschiedenen Aktoren aus 1, um den Motorbetrieb auf Grundlage der empfangenen Signale und Anweisungen einzustellen, die in einem Speicher der Steuerung gespeichert sind. Beispielsweise beinhaltet das Einstellen der Motorluftansaugung das Einstellen eines Aktors des Drosselelements 62, um den Winkel der Drosselklappe 64 einzustellen.
2 zeigt ein Beispielverfahren des Schätzens des Luftfilterzustands auf Grundlage eines Krümmerluftladungswerts während eines stabilen Zustands. Der Krümmerluftladungswert kann ein MAF stromabwärts des Luftfilters oder ein MAP sein. Je nach Art des Sensors, der im Motorsystem vorliegt, können unterschiedliche Beobachter zum Schätzen des Luftfilterwiderstands konstruiert werden. Wenn ein MAP-Sensor verfügbar ist, kann der Beobachter zwei Systemzustände schätzen, nämlich Luftfilterwiderstand und Luftdruck unmittelbar stromabwärts des Luftfilters. Wenn ein MAF-Sensor verfügbar ist, kann der Beobachter drei Systemzustände schätzen, nämlich den Luftfilterwiderstand, den Luftdruck unmittelbar stromabwärts des Luftfilters und den MAP.
Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens 200 und der übrigen hierin enthaltenen Verfahren können von einer Steuerung auf Grundlage von Anweisungen ausgeführt werden, die in einem Speicher der Steuerung gespeichert sind, und in Verbindung mit Signalen von den Sensoren des Motorsystems, wie etwa den oben unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Sensoren. Die Steuerung kann Motoraktoren des Motorsystems benutzen, um den Motorbetrieb gemäß den unten beschriebenen Verfahrenen einzustellen.
Bei 201 können Motorbetriebszustände von einer Steuerung (wie etwa der Steuerung 12 aus 1) bestimmt werden. Die Steuerung erfasst Messungen von verschiedenen Sensoren im Motorsystem und schätzt Betriebszustände, darunter Atmosphärendruck, Umgebungstemperatur, Motordrehzahl und Motorlast. Die Steuerung kann auch das Motorverdrängungsvolumen und den volumetrischen Wirkungsgrad auf Grundlage von Eingängen von den Sensoren schätzen. Wenn ein MAF-Sensor an den Ansaugtrakt stromabwärts des Luftfilters und stromaufwärts des Drosselelements gekoppelt ist, kann die Steuerung MAF überwachen. Wenn ein MAP-Sensor an den Ansaugkrümmer gekoppelt ist, kann die Steuerung MAP überwachen.
Bei 202 bestimmt das Verfahren 200, ob sich der Motor in einem stabilen Betriebszustand befindet. In einer Ausführungsform kann der stabile Zustand auf Grundlage der Motordrehzahl und der Motorlast bestimmt werden. Beispielsweise kann der stabile Betriebszustand bestimmt werden, wenn die Variation der Motordrehzahl für eine vorgegebene Dauer innerhalb eines ersten Schwellenwerts liegt und die Variation der Motorlast innerhalb eines zweiten Schwellenwerts liegt. In einer anderen Ausführungsform kann der stabile Zustand auf Grundlage von entweder der Motordrehzahl oder der Motorlast bestimmt werden. In einer anderen Ausführungsform kann der stabile Zustand auf Grundlage des MAF bestimmt werden, wenn der MAF-Sensor verfügbar ist (etwa dem von Sensor 120 aus 1 gemessene MAF). Beispielsweise kann der stabile Betriebszustand bestimmt werden, wenn die Variation des MAF für eine vorgegebene Dauer innerhalb eines Schwellenwerts liegt. In noch einem anderen Beispiel kann der stabile Zustand durch Einstellen geeigneter Schwellenwerte auf Grundlage von Drosselklappenwinkelvariationen beurteilt werden. Wenn sich der Motor in einem stabilen Betriebszustand befindet, fährt das Verfahren 200 mit 204 fort. Anderenfalls fährt das Verfahren 200 mit 203 fort und setzt die Überwachung der Motorbetriebszustände fort.
Bei 204 bestimmt das Verfahren 200, ob das Motorsystem einen MAP-Sensor beinhaltet. Wenn der MAP-Sensor im System vorhanden ist, fährt das Verfahren 200 mit 205 fort. Wenn der Krümmerluftdrucksensor nicht im System vorhanden ist, fährt das Verfahren 200 mit 206 fort.
Bei 205 bestimmt das Verfahren 200, ob der Luftfilterwiderstand durch einen Beobachter bestimmt werden kann. Wenn die Motordrehzahl höher als ein vorgegebener Schwellenwert ist, fährt das Verfahren 200 mit 208 fort und schätzt den Luftfilterwiderstand auf Grundlage des MAP. Anderenfalls fährt das Verfahren 200 mit 207 fort und setzt die Überwachung der Motorbetriebszustände fort. Alternativ kann die Motorlast oder eine Kombination der Motordrehzahl und der Motorlast verwendet werden, um zu bestimmen, ob der Luftfilterwiderstand durch den Beobachter geschätzt werden kann.
Bei 208 wird der Luftfilterwiderstand mittels eines Beobachters auf Grundlage des MAP geschätzt. 3A stellt eine Ausführungsform des Beobachters dar. Der Ansaugluftweg 310 beinhaltet den Luftfilter 61, das Drosselelement 62 und den Ansaugkrümmer 44. Durchgezogene Pfeile geben die Luftströmungsrichtung an. Jede Komponente des Ansaugluftwegs 310 kann durch Massenstrom, Druck und Temperatur der Luft charakterisiert werden, die durch die Komponente strömt. Auf diese Weise können unterschiedliche Komponenten des Ansaugluftwegs als Steuervolumina modelliert werden, die auf den Druck und die Temperatur der strömenden Luft einwirken.
Als ein Beispiel wirkt der Luftfilter 61 als eine Beschränkung der strömenden Luft, von der angenommen wird, dass sie ein nicht verdichtbares Fluid ist. Luft, die in den Luftfilter 61 eintritt, liegt bei Atmosphärendruck P_a und Umgebungstemperatur T_a. Luft, die aus dem Luftfilter 61 austritt, liegt bei einem Druck P_af und einer Temperatur T_a. Es wird davon ausgegangen, dass der Filter die Temperatur der durch ihn hindurchtretenden Luft nicht beeinflusst (d. h. Eingangs- und Ausgangslufttemperatur sind beide T_a). Unter Annahme einer konstanten Reynolds-Zahl für den Luftstrom kann der Druckabfall am Luftfilter Δp als eine Funktion des Massenstroms und der Lufttemperatur in den Luftfilter hinein beschrieben werden: $Δ p = γ \frac{T_{a}}{P_{a}} W_{a f}^{2}$
wobei der Druckabfall die Differenz zwischen Eingangs- und Ausgangsdruck des Luftfilters ist (d. h. Δp = P_a - P_af); γ den Luftfilterwiderstand darstellt; und W_af den MAF durch den Filter darstellt. Die Einheit des Luftfilterwiderstands γ ist $[\frac{P_{a}^{2} s^{2}}{K k g^{2}}] .$
Der Luftfilterwiderstand schließt das Material und die geometrischen Eigenschaften des Filters ein. Auf diese Weise kann die Verfassung des Luftfilters durch den Luftfilterwiderstand charakterisiert werden. Beispielsweise weist ein erhöhter Luftfilterwiderstand auf Filterverstopfung und reduzierte Luftfilterlebensdauer hin.
Mit dem bekannten Druckabfall Δp und der bekannten Temperatur vor der Einschränkung durch den Luftfilter kann der Massenstrom W_af durch Umkehren von Gleichung 1 bestimmt werden. Bei einem geringen Druckabfall kann W_af linearisiert werden, um die entsprechende Ableitung ∂W/∂Δp zu reduzieren. In einem Bereich, in dem sich Δp null annähert, kann W_af somit eine lineare Erweiterung aufweisen, was sicherstellt, dass das Modell Lipschitzkontinuierlich ist. Die Erweiterung modelliert den Übergang vom laminaren zum turbulenten Zustand. Auf Grundlage der oben stehenden Annahmen kann W_af in Abhängigkeit von Druckabfall und Luftfilterwiderstand präsentiert werden: $W_{a f} = {\begin{matrix} \sqrt{p_{a} \frac{Δ p}{γ T_{a}}} & w e n n Δ p > p_{l i n} \\ \sqrt{\frac{p_{a}}{γ T_{a}}} \frac{Δ p}{\sqrt{p_{l i n}}} & f ü r 0 \leq Δ p \leq p_{l i n} \\ 0 & f ü r Δ p < 0 \end{matrix}$
wobei p_lin einen vorgegebenen kritischen Druck bezeichnet.
Der Beobachter 320 kann den Luftfilterwiderstand auf Grundlage des gemessenen MAP 324 schätzen, der vom Drucksensor 122 erfasst wird. In einem Beispiel gibt der Beobachter den geschätzten Luftdruck P̂_af unmittelbar stromabwärts des Luftfilters und den Luftfilterwiderstand γ auf Grundlage von Eingängen aus, zu denen Atmosphärendruck, Umgebungstemperatur und MAP zählen. Der optimale Beobachter kann folgende Zustandsraumform aufweisen: ${\begin{cases} x_{k} = f (x_{k - 1}) + w_{k} \\ z_{k} = h (x_{k}) + v_{k} \end{cases}$
wobei die Funktion f(·) den Systemzustand x zum Zeitpunkt k auf Grundlage des Zustands zu einem vorherigen Zeitpunkt k - 1 vorhersagt; die Funktion h(·) die Messung z auf Grundlage des Systemzustands x berechnet; w_k und v_k jeweils Prozess- und Beobachtungsrauschen am Zeitpunkt k sind.
Wenn W_af höher als der vorgegebene kritische Druck ist, kann die Systemgleichung für Steuerungsblock 310 ausgedrückt werden als: ${\begin{matrix} W_{a f} = \sqrt{P_{a} \frac{Δ p}{γ T_{a}}} \\ W_{t} = \frac{P_{a f}}{\sqrt{R T_{a}}} C_{d} A (α) Ψ (Π) \end{matrix}$
wobei W_t den MAF durch das Drosselelement bezeichnet; R die Gaskonstante bezeichnet; C_d den Entladungskoeffizienten bezeichnet; A(·) die Funktion zum Berechnen der effektiven Fläche der Drosselklappe auf Grundlage des Drosselklappenwinkels a bezeichnet; und Π als das Verhältnis zwischen Ausgangs- und Eingangsdruck des Drosselelementgs definiert ist $(d . h . \prod = \frac{P_{i}}{P_{af}}) .$
Die Strömungscharakteristikfunktion ist definiert als: $Ψ (\cdot) = {\begin{matrix} Π^{1 / κ} \sqrt{\frac{2 κ}{κ - 1} (1 - Π^{κ - 1 / κ})} & w e n n Π \leq 0,528 \\ κ^{1 / 2} {(\frac{2}{κ + 1})}^{(κ + 1) / 2 (κ - 1)} & a n d e r e n f a l l s \end{matrix}$
wobei κ den Luftkompressionsmodul bezeichnet. Im stabilen Zustand ist der MAF durch den Luftfilter gleich dem MAF durch das Drosselelement (d. h. W_af = W_t).
Die Systemgleichung (Gleichung 4) kann in die Zustandsraumform umgewandelt werden, wie in Gleichung 3 gezeigt, wobei die Systemzustände den Luftfilterwiderstand und den Luftdruck unmittelbar stromabwärts des Luftfilters beinhalten. Auf diese Weise können Systemzustand und Messungsvektor jeweils als x = [γ P_af]^T und z = [W_af W_t]^T dargestellt werden.
Ein standardmäßiges erweitertes Kalman-Filter kann dann zum Schätzen der Systemzustände verwendet werden. Die entsprechenden Vorhersage- und Aktualisierungsgleichungen weisen folgende Form auf: ${\begin{cases} {\hat{x}}_{k | k - 1} = f ({\hat{x}}_{k - 1 | k - 1}, u_{k - 1}) \\ P_{k | k - 1} = F_{k - 1} P_{k - 1 | k - 1} F_{k - 1}^{T} + Q_{k - 1} \end{cases}$
${\begin{cases} {\hat{y}}_{k} = z_{k} - h ({\hat{x}}_{k | k - 1}) \\ S_{k} = H_{k} P_{k | k - 1} H_{k}^{T} + R_{k} \\ K_{k} = P_{k | k - 1} H_{k}^{T} S_{k}^{- 1} \\ {\hat{x}}_{k | k} = {\hat{x}}_{k | k - 1} + K_{k} {\tilde{y}}_{k} \\ P_{k | k} = (I - K_{k} H_{k}) P_{k | k - 1} \end{cases}$
wobei u Steuereingänge bezeichnet; Q die Kovarianzmatrix des Prozessrauschens bezeichnet; und F_k-1 und H_k Zustandsübergangs- und Übergangs-Jakobi-Determinanten sind: $\begin{array}{l} F_{k - 1} = {\frac{\partial f}{\partial x} |}_{{\hat{x}}_{k - 1 | k - 1,} u_{k - 1}} \\ H_{k} = {\frac{\partial h}{\partial x} |}_{{\hat{x}}_{k | k - 1}} \end{array}$
4 stellt die Variation von Parametern im Zeitverlauf bei Verwendung des Beobachters aus 3A zum Schätzen des Luftfilterwiderstands dar.
Erneut Bezug nehmend auf 2 bestimmt das Verfahren 200 bei 206, ob der vom MAF-Sensor stromabwärts des Luftfilters gemessene MAF höher als ein vorgegebener Schwellenwert ist. Wenn die Antwort „Ja“ lautet, fährt das Verfahren 200 mit 209 fort und schätzt den Luftfilterwiderstand auf Grundlage des MAF. Wenn die Antwort „Nein“ lautet, fährt das Verfahren 200 mit 203 fort und setzt die Überwachung der Motorbetriebszustände fort.
Bei 209 wird der Luftfilterwiderstand mittels eines Beobachters auf Grundlage des MAF stromabwärts des Luftfilters geschätzt. Eine Ausführungsform des Beobachters 330 ist in 3B gezeigt. Der Ansaugluftweg 340 beinhaltet anstelle eines MAP-Sensors stromabwärts des Luftfilters (wie in 3A gezeigt) einen MAF-Sensor 120, der zwischen dem Luftfilter 61 und dem Drosselelement 62 gekoppelt ist. Der Beobachter 330 gibt den geschätzten Luftdruck P̂_af unmittelbar stromabwärts des Luftfilters, den Luftfilterwiderstand γ und den geschätzten MAP P̂_i auf Grundlage von Eingängen aus, zu denen Atmosphärendruck P_a, Umgebungstemperatur T_a, MAF 322, Motordrehzahl N, Verdrängungsvolumen V_d, und volumetrischer Wirkungsgrad η_vol gehören. Der Beobachter 330 kann die gleiche Zustandsraumform (Gleichung 3) wie der Beobachter 320 aus 3A aufweisen. Die Systemgleichungen für den Ansaugluftweg 340 können wie folgt gezeigt werden: ${\begin{matrix} W_{a f} = \sqrt{P_{a} \frac{Δ p}{γ T_{a}}} \\ W_{t} = \frac{P_{a f}}{\sqrt{R T_{a}}} C_{d} A (α) Ψ (Π) \\ W_{e} = \frac{P_{a} V_{d} N}{120 R T_{a}} η_{v o l} \end{matrix}$
wobei W_e den MAF durch den Ansaugkrümmer bezeichnet; V_d das Verdrängungsvolumen bezeichnet; und η_vol den volumetrischen Wirkungsgrad bezeichnet. Während eines stabilen Zustands sind der MAF durch den Luftfilter, das Drosselelement und den Krümmer gleich wie der vom Sensor 120 gemessene MAF 322 (d. h. W_af = W_t = W_e = W). Da der MAP nicht gemessen wird, erfordern die Systemgleichungen des Ansaugluftwegs 340 eine zusätzliche Ansaugkrümmergleichung (die dritte Gleichung in Gleichung 8) im Vergleich zu Gleichung 4. Die Systemzustände des Beobachters 330 sind x = [γ P_af P_i]^T, und der Messungsvektor ergibt sich durch z = [W_af W_t W_e]^T . Ähnlich wie bei dem Beobachter 320 aus FIG. 3A können die Systemzustände des Beobachters 330 als ein standardmäßiges erweitertes Kalman-Filter geschätzt werden. 5 zeigt Variationen von Parametern im Zeitverlauf bei Schätzung des Luftfilterwiderstands mit dem Beobachter 330.
Erneut Bezug nehmend auf 2 vergleicht das Verfahren 200 bei 210 den geschätzten Luftfilterwiderstand mit einem vorgegebenen Schwellenwert. Wenn der Luftfilterwiderstand höher als der Schwellenwert ist, fährt das Verfahren 200 mit 212 fort, um eine Filterdiagnose anzugeben. Wenn der Luftfilterwiderstand nicht höher als der Schwellenwert ist, fährt das Verfahren 200 mit 211 fort, um eine Filterprognose anzugeben.
Bei 211 kann die Filterprognose auf Grundlage des Luftfilterwiderstandmaßes bestimmt werden. Die Filterprognose kann ferner vom Verlauf des Luftfilterwiderstands und von Fahrstatistikwerten abhängen. Beispielsweise kann der Verlauf des Luftfilterwiderstands die Filterlebensdauer für dieselbe Art von Filter in derselben Art von Motorsystem sein. Die Fahrstatistikwerte können vorherige und künftige Motorbetriebsparameter (wie etwa Motordrehzahl und Motorlast), Straßenzustände (wie etwa Straßengefälle) und Umgebungszustände (wie etwa Wetter und Höhe) beinhalten. Die Filterprognose kann die Zeit bis zum Wechsel des Luftfilters, Strecke bis zum Wechsel des Filters und/oder Filterrestlebensdauer beinhalten.
Bei 212 kann der Filterzustand bestimmt und dem Fahrer angezeigt werden. Beispielsweise kann eine Anzeige an der Anzeigevorrichtung aufleuchten. Ferner kann der Luftfilter in Reaktion auf einen hohen Luftfilterwiderstand ersetzt werden.
Bei 213 bestimmt das Verfahren 200, ob der Filter ersetzt wurde. Wenn die Antwort „Ja“ lautet, kann die Steuerung bei 215 den Luftfilterwiderstand zurücksetzen und alle gesetzten Anzeigen löschen. Anderenfalls kann die Steuerung den aktuellen geschätzten Luftfilterwiderstand bei 214 im Speicher speichern.
4 zeigt die Variation von Parametern im Zeitverlauf bei Verwendung des Beobachters 320 aus 3A zum Schätzen des Luftfilterwiderstands auf Grundlage eines erfassten MAP. Parameter, zu denen Atmosphärendruck 401, Umgebungstemperatur 402, Motordrehzahl 403, Motorlast 404, MAP 405, Luftdruck stromabwärts des Luftfilters 406 und Luftfilterwiderstand 407 gehören, sind in der Figur gezeigt. Die x-Achsen zeigen die Zeit und den Anstieg an, wie durch den Pfeil angezeigt. Der Beobachter kann bestimmen, ob sich der Motor in einem stabilen Betriebszustand befindet und zur Filterwiderstandschätzung auf Grundlage der geschätzten Motordrehzahl und/oder geschätzten Motorlast geeignet ist. Der Beobachter kann durch eine Steuerung implementiert sein, wie etwa die Steuerung 12 aus 1.
Bei T₁ übersteigt die Motordrehzahl 403 einen Schwellenwert 410 und die Motorlast 404 übersteigt einen Schwellenwert 420. Zwischen T₁ und T₂ ist die Variation der Motordrehzahl geringer als ein vorgegebener Schwellenwert ΔN, und die Variation der Motorlast ist geringer als ein vorgegebener Schwellenwert ΔL. Bei T₂ nehmen Motordrehzahl und Motorlast ab. Da die Zeitdauer von T₁ bis T₂ geringer als ein vorgegebener Schwellenwert Δd ist, bestimmt die Steuerung, dass sich der Motor nicht im stabilen Betriebszustand befindet, und der Beobachter kann nicht arbeiten. Somit ist der Luftdruck stromabwärts des Luftfilters 406 nicht verfügbar, und der Luftfilterwiderstand 407 ist null.
Von T₃ bis T₄ sind die Motordrehzahl und die Motorlast jeweils höher als der Schwellenwert 410 und 420. Da ferner die Variation der Motordrehzahl und der Motorlast für eine Dauer von Δd unterhalb ihrer jeweiligen Schwellenwerte (ΔN und ΔL) liegen, bestimmt die Steuerung bei T₄, dass Anfangsbedingungen zum Betreiben des Beobachters erfüllt sind, und beginnt, den Luftdruck 406 und den Luftfilterwiderstand 407 auf Grundlage des MAP 405, des Atmosphärendrucks 401 und der Umgebungstemperatur 402 zu schätzen. Da der geschätzte Luftfilterwiderstand 407 niedriger als der Schwellenwert 430 ist, kann die Steuerung eine Prognose für den Filter (wie etwa Filterrestlebensdauer) auf Grundlage des Maßes des Luftfilterwiderstands schätzen und anzeigen.
Bei T₅ hält die Steuerung in Reaktion auf einen Anstieg der Variation der Motordrehzahl und der Motorlast die Ausführung des Beobachters an. Daher wird der Luftfilterwiderstand nicht mehr aktualisiert.
Von T₆ bis T₇ sind die Motordrehzahl und die Motorlast für eine Dauer von Δd höher als die vorgegebenen Schwellenwerte, und ihre Variationen sind niedrig. Daher nimmt der Beobachter seinen Betrieb wieder auf und beginnt, den Luftdruck 406 und den Luftfilterwiderstand 407 zu schätzen.
Bei T₇ kann die Steuerung in Reaktion auf einen geschätzten Luftfilterwiderstand über dem Schwellenwert 430 Filterverstopfung anzeigen und fordert den Fahrer auf, den Luftfilter auszuwechseln. Aufgrund der erhöhten Filterverstopfung nimmt der geschätzte Luftdruck unmittelbar stromabwärts des Luftfilters im Vergleich zum Zeitraum zwischen T₄ und T₅ ab. Wenn der Filter ersetzt wird, kann die Steuerung den Luftfilterwiderstand auf null zurücksetzen.
5 zeigt die Variation von Parametern im Zeitverlauf bei Verwendung des Beobachters 330 aus 3B zum Schätzen des Luftfilterwiderstands auf Grundlage eines erfassten MAF. Zu den Parametern gehören Atmosphärendruck 501, Umgebungstemperatur 502, MAF 503 stromabwärts des Filters, Luftdruck 504 stromabwärts des Filters, MAP 505 und Luftfilterwiderstand 506. Die x-Achsen zeigen die Zeit und den Anstieg an, wie durch den Pfeil angezeigt. Der Beobachter kann bestimmen, ob sich der Motor in einem stabilen Betriebszustand befindet und zur Schätzung des Filterwiderstands auf Grundlage des über einen Sensor (wie etwa den Sensor 120 aus 1) erfassten MAF geeignet ist. Der Beobachter kann durch eine Steuerung implementiert sein (wie etwa die Steuerung 12 aus 1).
Von T₁ bis T₂ ist der MAF 503 höher als ein Schwellenwert 510, und die Variation des MAF ist geringer als ein vorgegebener Schwellenwert ΔW. Bei T₂ nimmt der MAF ab und die Variation des MAF übersteigt den Schwellenwert ΔW. Da die Dauer von T₁ bis T₂ geringer als eine vorgegebene Zeitdauer Δd ist, befindet sich der Motor nicht im stabilen Zustand. Daher kann der Beobachter 330 nicht arbeiten. Es findet keine Schätzung des Luftdrucks 504 stromabwärts des Luftfilters oder des MAP 505 statt. Der Luftfilterwiderstand 506 ist null.
Von T₃ bis T₄ ist der MAF 503 höher als der Schwellenwert 510, und seine Variation liegt unterhalb des Schwellenwerts ΔW. Daher bestimmt die Steuerung bei T₄, dass sich der Motor in einem stabilen Betriebszustand befindet. In Reaktion auf den stabilen Zustand schätzt der Beobachter 330 den Luftdruck 504 stromabwärts des Luftfilters, den MAP 505 und den Luftfilterwiderstand 506 auf Grundlage von Eingängen, zu denen der Atmosphärendruck, die Umgebungstemperatur, die Motordrehzahl, das Verdrängungsvolumen und der volumetrische Wirkungsgrad gehören. Da der Luftfilterwiderstand niedriger als der Schwellenwert 520 ist, kann die Steuerung eine Filterprognose wie etwa die Filterrestlebensdauer anzeigen.
Bei T₅ stellt der Beobachter 330 in Reaktion darauf, dass die Variation des MAF 503 höher als der Schwellenwert ΔW ist, den Betrieb ein. Daher sind der Luftdruck stromabwärts des Luftfilters und der MAP zwischen T₅ und T₇ nicht verfügbar. Der Luftfilterwiderstand 506 bleibt von T₅ bis T₇ bei dem geschätzten Wert.
Bei T₇ beginnt der Beobachter 330 in Reaktion darauf, dass für eine Dauer von Δd der MAF 503 höher als der Schwellenwert 510 ist und die Variation geringer als ΔW ist, den Luftfilterwiderstand 506 zu aktualisieren. Der geschätzte Luftfilterwiderstand ist höher als die vorherige Schätzung von T₄ bis T₅. Der geschätzte Luftdruck 504 hat aufgrund des erhöhten Filterverstopfungsmaßes ebenfalls abgenommen. In Reaktion auf einen Luftfilterwiderstand 506 über dem Schwellenwert 520 kann die Steuerung dem Fahrer eine Filterverstopfung anzeigen. Wenn der Filter ausgewechselt wurde, kann der Luftfilterwiderstand auf null zurückgesetzt werden.
Auf diese Weise kann der Luftfilterwiderstand durch einen Beobachter auf Grundlage einer einzelnen Messung des Krümmerluftladungswert während des stabilen Motorbetriebs geschätzt werden. Der Luftfilterwiderstand ist einer der Systemzustände des Beobachters. Der Filterwiderstand ist umgekehrt proportional zum Quadrat eines Massenluftstroms durch den Luftfilter und proportional zu einer Druckdifferenz am Luftfilter definiert. Die technische Wirkung des Schätzens des Filterwiderstands mittels eines Beobachters liegt darin, dass die Schätzung während des laufenden Motorbetriebs mit minimaler Unterbrechung des Motorbetriebs implementiert werden kann. Die technische Wirkung des Schätzens des Luftfilterwiderstands auf Grundlage einer einzelnen Messung des Krümmerluftladungswerts liegt darin, dass nur ein Sensor im Ansaugluftweg des Motorsystems erforderlich ist. Da insbesondere bei einem Saugmotor entweder ein MAF-Sensor oder ein MAP-Sensor vorliegt, ist keine zusätzliche Sensorinstallation zum Schätzen des Luftfilterzustands bei diesen Motoren erforderlich. Die technische Wirkung des Verwendens des Filterwiderstands zum Definieren der Luftfiltercharakteristiken liegt darin, dass der Filterwiderstand hinsichtlich der Filtergeometrie oder des Filtermaterials nicht empfindlich ist.
Als eine Ausführungsform umfasst ein Verfahren: Leiten von Luft durch einen Luftfilter in einen Krümmer; Schätzen eines Luftfilterwiderstands auf Grundlage eines Luftladungswerts im Krümmer während eines stabilen Zustands, wobei der Luftfilterwiderstand umgekehrt proportional zum Quadrat eines Massenluftstroms durch den Luftfilter ist; und Anzeigen eines Luftfilterzustands auf Grundlage des Luftfilterwiderstands. In einem ersten Beispiel des Verfahrens umfasst das Verfahren ferner Schätzen eines Luftdrucks unmittelbar stromabwärts des Luftfilters. Ein zweites Beispiel des Verfahrens beinhaltet wahlweise das erste Beispiel und beinhaltet ferner, wobei der Krümmerluftladungswert ein Krümmerluftdruck ist. Ein drittes Beispiel des Verfahren beinhaltet wahlweise eines oder mehrere von dem ersten und zweiten Beispiel und beinhaltet ferner Bestimmen eines stabilen Zustands auf Grundlage einer Motordrehzahl und einer Motorlast. Ein viertes Beispiel des Verfahrens beinhaltet wahlweise eines oder mehrere von dem ersten bis dritten Beispiel und beinhaltet ferner, wobei die Schätzung nicht auf einem Massenluftstrom stromabwärts des Luftfilters beruht. Ein fünftes Beispiel des Verfahrens beinhaltet wahlweise eines oder mehrere von dem ersten bis vierten Beispiel und beinhaltet ferner, wobei die Schätzung nicht auf einem Winkel eines Drosselelements beruht, das zwischen dem Luftfilter und dem Krümmer angeordnet ist. Ein sechstes Beispiel des Verfahrens beinhaltet wahlweise eines oder mehrere von dem ersten bis fünften Beispiel und beinhaltet ferner, wobei der Luftfilterwiderstand und der Druck unmittelbar stromabwärts des Luftfilters mittels eines erweiterten Kalman-Filters geschätzt werden und die Schätzung ferner auf einem Atmosphärendruck und einer Umgebungstemperatur beruht. Ein siebtes Beispiel des Verfahren beinhaltet wahlweise eines oder mehrere von dem ersten bis sechsten Beispiel und beinhaltet ferner Ersetzen des Luftfilters in Reaktion darauf, dass der Luftfilterwiderstand höher als ein Schwellenwert ist. Ein achtes Beispiel des Verfahrens beinhaltet wahlweise eines oder mehrere von dem ersten bis siebten Beispiel und beinhaltet ferner, wobei der Luftfilterzustand eine Luftfilterrestlebensdauer beinhaltet. Ein neuntes Beispiel des Verfahrens beinhaltet wahlweise eines oder mehrere von dem ersten bis achten Beispiel und beinhaltet ferner, wobei der Luftfilterwiderstand proportional zu einer Druckdifferenz am Luftfilter ist.
Als eine andere Ausführungsform umfasst ein Verfahren Erfassen eines Luftladungswerts in einem Krümmer, der an einen Motor gekoppelt ist, wobei der Krümmer Luft durch einen Luftfilter aufnimmt; Schätzen eines Luftfilterwiderstands und eines Luftdrucks unmittelbar stromabwärts des Luftfilters auf Grundlage des erfassten Krümmerluftladungswerts mittels eines Beobachters während eines stabilen Zustands, wobei der Luftfilterwiderstand und der Luftdruck unmittelbar stromabwärts des Luftfilters Systemzustände des Beobachters sind, wobei der Widerstand des Luftfilters umgekehrt proportional zu einem Quadrat eines Massenluftstroms durch des Luftfilters ist; und Anzeigen des Luftfilterzustand auf Grundlage des Widerstands des Luftfilters. In einem ersten Beispiel des Verfahrens ist der Krümmerluftladungswert ein Massenluftstrom stromabwärts des Luftfilters. Ein zweites Beispiel des Verfahrens beinhaltet wahlweise das erste Beispiel und beinhaltet ferner das Bestimmen des stabilen Zustands auf Grundlage des Massenluftstroms. Ein drittes Beispiel des Verfahren beinhaltet wahlweise eines oder mehrere von dem ersten und zweiten Beispiel und beinhaltet ferner, wobei der Beobachter ein erweitertes Kalman-Filter ist und Systemzustände des Beobachters ferner einen Krümmerluftdruck beinhalten. Ein viertes Beispiel des Verfahrens beinhaltet wahlweise eines oder mehrere von dem ersten bis dritten Beispiel und beinhaltet ferner, wobei die Schätzung auf einem Atmosphärendruck, einer Umgebungstemperatur, einer Motordrehzahl, einem Verdrängungsvolumen und einem volumetrischen Wirkungsgrad beruht.
Als eine andere Ausführungsform umfasst ein Motorsystem einen Zylinder; ein Drosselelement stromaufwärts des Zylinders; einen Luftfilter, der an einen Ansaugtrakt stromaufwärts des Drosselelements gekoppelt ist; einen Sensor stromabwärts des Luftfilters zum Erfassen eines Luftladungswerts in einem Krümmer, der zwischen dem Drosselelement und dem Zylinder angeordnet ist; und eine Steuerung, die mit computerlesbaren Anweisungen konfiguriert ist, die auf einem nicht transitorischen Speicher gespeichert sind, zum: Schätzen eines jeden von einem Luftfilterwiderstand und einem Luftdruck unmittelbar stromabwärts des Luftfilters auf Grundlage des erfassten Krümmerluftladungswerts während eines stabilen Motorbetriebs, wobei der Widerstand des Luftfilters umgekehrt proportional zum Quadrat eines Massenluftstroms durch den Luftfilter ist; und Anzeigen des Luftfilterzustands auf Grundlage des Widerstands des Luftfilters. In einem ersten Beispiel des Systems ist der Krümmerluftladungswert ein Krümmerluftdruck. Ein zweites Beispiel des Systems beinhaltet wahlweise das erste Beispiel und beinhaltet ferner, wobei der Krümmerluftladungswert ein Massenluftstrom stromabwärts des Luftfilters und stromaufwärts des Drosselelements ist. Ein drittes Beispiel des Systems beinhaltet wahlweise eines oder mehrere von dem ersten und zweiten Beispiel und beinhaltet ferner, wobei während des stabilen Motorbetriebs ein Massenluftstrom durch den Luftfilter der gleiche wie der Massenluftstrom durch das Drosselelement, ein Massenluftstrom durch einen Ansaugkrümmer und der Massenluftstrom stromabwärts des Luftfilters und stromaufwärts des Drosselelements ist. Ein viertes Beispiel des Systems beinhaltet wahlweise eines oder mehrere von dem ersten bis dritten Beispiel und beinhaltet ferner, wobei das Motorsystem keinen Sensor zum Messen des Luftdrucks unmittelbar stromabwärts des Luftfilters beinhaltet.
Es sei angemerkt, dass die hierin enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzungsroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen auf nicht transitorischem Speicher gespeichert sein und können von dem Steuersystem, das die Steuerung beinhaltet, in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und anderer Motorhardware ausgeführt werden. Die spezifischen hier beschriebenen Routinen können eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen darstellen. Auf diese Weise können verschiedene Aktionen, Vorgänge und/oder Funktionen in der dargestellten Abfolge oder parallel durchgeführt werden oder in einigen Fällen wegfallen. Ebenso ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht unbedingt erforderlich, um die hier beschriebenen Merkmale und Vorteile der Ausführungsbeispiele zu erzielen, sondern wird zur leichteren Darstellung und Beschreibung bereitgestellt. Eine/einer oder mehrere der Aktionen, Vorgänge und/oder Funktionen können abhängig von der jeweils verwendeten Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Aktionen, Vorgänge und/oder Funktionen in grafischer Weise Code repräsentieren, der in einen nicht transitorischen Speicher des computerlesbaren Speichermediums im Motorsteuersystem programmiert wird, wobei die beschriebenen Aktionen durch Ausführen der Anweisungen in einem System ausgeführt werden, das die verschiedenen Motorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung beinhaltet.
Es versteht sich, dass die hierin offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Art sind und diese spezifischen Ausführungsformen nicht als einschränkend zu betrachten sind, da zahlreiche Abwandlungen möglich sind. Beispielsweise kann die vorstehende Technik auf V6-, I4-, I6-, V12-, 4-Zylinder-Boxer- und andere Motorarten angewandt werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung schließt alle neuartigen und nicht auf der Hand liegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und anderen Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften ein, die hierin offenbart wurden.
Die folgenden Ansprüche zeigen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen auf, die als neuartig und nicht auf der Hand liegend betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder dessen Äquivalent beziehen. Solche Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie die Einbeziehung von einem oder mehreren dieser Elemente beinhalten und zwei oder mehr dieser Elemente weder verlangen noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch die Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Diese Ansprüche, seien sie weiter oder enger gefasst, von gleichem oder anderem Umfang wie die ursprünglichen Ansprüche, gelten ebenfalls als in den Gegenstand der vorliegenden Offenbarung einbezogen.
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 20110185895 A1 [0003]

Claims

Verfahren, umfassend: Leiten von Luft durch einen Luftfilter in einen Krümmer; Schätzen eines Luftfilterwiderstands auf Grundlage eines Luftladungswerts im Krümmer während eines stabilen Zustands, wobei der Luftfilterwiderstand umgekehrt proportional zum Quadrat eines Massenluftstroms durch den Luftfilter ist; und Anzeigen des Luftfilterzustands auf Grundlage des Luftfilterwiderstands.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Schätzen eines Luftdrucks unmittelbar stromabwärts des Luftfilters.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Krümmerluftladungswert ein Krümmerluftdruck ist.
Verfahren nach Anspruch 3, ferner umfassend Bestimmen des stabilen Zustands auf Grundlage einer Motordrehzahl und einer Motorlast.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Schätzung nicht auf einem Massenluftstrom stromabwärts des Luftfilters beruht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schätzung nicht auf einem Winkel eines Drosselelements beruht, das zwischen dem Luftfilter und dem Krümmer angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Luftfilterwiderstand und der Druck unmittelbar stromabwärts des Luftfilters mittels eines erweiterten Kalman-Filters geschätzt werden und die Schätzung ferner auf einem Atmosphärendruck und einer Umgebungstemperatur beruht.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Ersetzen des Luftfilters in Reaktion darauf, dass der Luftfilterwiderstand höher als ein Schwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Luftfilterzustand eine Luftfilterrestlebensdauer beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Luftfilterwiderstand proportional zu einer Druckdifferenz am Luftfilter ist.
Motorsystem, umfassend: einen Zylinder; ein Drosselelement stromaufwärts des Zylinders; einen Luftfilter, der an einen Ansaugtrakt stromaufwärts des Drosselelements gekoppelt ist; einen Sensor stromabwärts des Luftfilters zum Erfassen eines Luftladungswerts in einem Krümmer, der zwischen dem Drosselelement und dem Zylinder angeordnet ist; und eine Steuerung, die mit computerlesbaren Anweisungen konfiguriert ist, die auf einem nicht transitorischen Speicher gespeichert sind, zum: Schätzen eines jeden von einem Luftfilterwiderstand und einem Luftdruck unmittelbar stromabwärts des Luftfilters auf Grundlage des erfassten Krümmerluftladungswerts während eines stabilen Motorbetriebs, wobei der Widerstand des Luftfilters umgekehrt proportional zum Quadrat eines Massenluftstroms durch den Luftfilter ist; und Anzeigen des Luftfilterzustands auf Grundlage des Widerstands des Luftfilters.
System nach Anspruch 11, wobei der Krümmerluftladungswert ein Krümmerluftdruck ist.
System nach Anspruch 12, wobei das Motorsystem keinen Sensor zum Messen des Luftdrucks unmittelbar stromabwärts des Luftfilters beinhaltet.
System nach Anspruch 12, wobei der Krümmerluftladungswert ein Massenluftstrom stromabwärts des Luftfilters und stromaufwärts des Drosselelements ist.
System nach Anspruch 14, wobei während des stabilen Motorbetriebs ein Massenluftstrom durch den Luftfilter der gleiche wie der Massenluftstrom durch das Drosselelement, ein Massenluftstrom durch einen Ansaugkrümmer und der Massenluftstrom stromabwärts des Luftfilters und stromaufwärts des Drosselelements ist.