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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Luftladesysteme und insbesondere auf ein Verfahren zum Erkennen von Verdichterüberspannungen, um eine modellbasierte Luftschätzung zu ermöglichen.
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HINTERGRUND
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Luftladesysteme sind turbinen-getriebene zwangsgeführte Ansaugvorrichtungen, die den Wirkungsgrad und die Leistung eines Verbrennungsmotors erhöhen, indem sie zusätzliche Luft in die Brennkammer drücken. Diese Verbesserung gegenüber der Leistung eines natürlich angesaugten Motors ist darauf zurückzuführen, dass ein Ansaugluftverdichter mehr Luft in die Brennkammer drücken kann als nur der atmosphärische Druck.
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Ein Luftladesystem kann hohe Druckleistungen des Ansaugluftverdichters und niedrige Massenströme erzeugen, die möglicherweise niedriger sind als die des Motors, wenn die Drosselklappe des Motors schnell geschlossen wird, was zu einem Druckanstieg des Verdichters oder einem Rückstrom der Luft führen kann.
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Um eine optimale Verbrennung innerhalb eines Motorzylinders zu fördern, wird ein Krümmer-Absolutdrucksensor verwendet, um einer Motorsteuerung eine Krümmerdruckinformation zum Berechnen der Luftdichte bereitzustellen, die wiederum verwendet wird, um die für eine optimale Verbrennung erforderliche Kraftstoffdosierung pro Zylinder zu bestimmen. Der Krümmer-Absolutdruck-(MAP)-Sensor ist jedoch möglicherweise nicht in der Lage, die Änderungen des Ladedrucks zu erfassen, die während des Pumpens des Verdichters auftreten und die den Motor veranlassen würden, eine Berechnung der Drehzahldichte von Luft für die Kraftstoffdosierung durchzuführen. Dementsprechend ist ein zuverlässiges Mittel zum Erkennen von Verdichterüberspannungen in einem Luftladesystem erforderlich, um eine modellbasierte Luftschätzung für die Kraftstoffdosierung zu ermöglichen.
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Weiterhin werden andere wünschenswerte Funktionen und Merkmale der vorliegenden exemplarischen Ausführungsform aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsform und den hinzugefügten Ansprüchen in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen und diesem Hintergrund offengelegt.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG
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Eine oder mehrere exemplarische Ausführungsformen befassen sich mit dem vorstehend genannten Problem durch Bereitstellen eines Verfahrens zum Erkennen von Verdichterüberspannungen, um eine modellbasierte Luftschätzung für ein Luftladesystem zu ermöglichen.
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Gemäß einem Aspekt einer exemplarischen Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zum Erkennen von Verdichterüberspannungen zur modellbasierten Luftabschätzung das Bestimmen, ob ein Verdichterdruckverhältnis innerhalb eines vorgegebenen Überdruckbereichs liegt. Noch ein weiterer Aspekt gemäß der exemplarischen Ausführungsform beinhaltet das Bestimmen von Luftströmungsdifferenzen zwischen den Luftmassenströmungs-Sensorsignalen, die zu Beginn und am Ende jeder Zählung eines vorgegebenen Stranglängenzählers gemessen werden, wenn das Verdichterdruckverhältnis innerhalb des vorgegebenen Überdruckbereichs liegt. Und ein weiterer Aspekt beinhaltet den Übergang zu einem Luftmassenschätzmodell-Ausgangssignal von einem Luftmassenstromsensorsignal, wenn die Summe der Luftstromdifferenzen größer ist als ein vorgegebener Überspannungsschwellenwert des Verdichters.
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Noch ein weiterer Aspekt der exemplarischen Ausführungsform beinhaltet die Rückführung oder Verwendung des Luftmassenstromsensorsignals, wenn das Verdichterdruckverhältnis nicht innerhalb des vorgegebenen Überspannungsbereichs des Verdichters liegt oder die Summe der Differenzen kleiner als der vorgegebene Überspannungsschwellenwert des Verdichters ist. Noch ein weiterer Aspekt, worin das Bestimmen des Verdichterdruckverhältnisses das Berechnen eines Verhältnisses zwischen Drosseleinlassluftdruck und Turboladerlufteinlassdruck beinhaltet. Ein weiterer Aspekt gemäß der exemplarischen Ausführungsform ist das Bestimmen des Verdichterdruckverhältnisses mittels eines Drosseleinlassluftdrucksensors und eines Turbolader-Einlassluftdrucksensors.
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Noch ein weiterer Aspekt der exemplarischen Ausführungsform, worin das Bestimmen weiterhin das Verwenden von Luftdruck, Einlassnockenwellenposition, Auslassnockenwellenposition und Motordrehzahl (RPM) als Eingaben in das Luftmassenschätzmodell beinhaltet. Und noch ein weiterer Aspekt gemäß der Ausführungsform, worin der Übergang weiterhin die Ausgabe von Luftmassenwerten pro Zylinder an eine Motorsteuerung aus dem Luftschätzmodell beinhaltet. Ein weiterer Aspekt gemäß der Ausführungsform, worin der Übergang weiterhin das Verwenden einer Geschwindigkeitsdichte-Luftmassenmodellberechnung beinhaltet.
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Figurenliste
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Die vorliegende exemplarische Ausführungsform wird nachfolgend in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen beschrieben, worin gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und
- 1 ist eine Darstellung eines Diagramms eines Luftladesystems für die Verwendung eines Verfahrens zum Erkennen einer Verdichterüberspannung, um eine modellbasierte Luftschätzung gemäß den Aspekten einer exemplarischen Ausführungsform zu ermöglichen; und
- 2 ist eine Darstellung eines Flussdiagramms, das ein Verfahren zum Erkennen einer Verdichterüberspannung veranschaulicht, um eine modellbasierte Luftschätzung für ein Luftladesystem gemäß den Aspekten der exemplarischen Ausführungsform zu ermöglichen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die nachfolgende ausführliche Beschreibung ist rein exemplarischer Natur und nicht als Einschränkung der Ausführungsform oder ihrer Anwendungen und Nutzungen zu verstehen. Darüber hinaus besteht keinerlei Verpflichtung zur Einschränkung auf eine der im vorstehenden Hintergrund oder in der folgenden ausführlichen Beschreibung dargestellten Theorien.
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Entsprechend der dargestellten Ausführungsform ist 1 eine Darstellung eines Systemdiagramms eines Luftladesystems 10 zum Beschreiben eines Verfahrens zum Erkennen einer Verdichterüberspannung, um eine modellbasierte Luftschätzung gemäß den Aspekten einer exemplarischen Ausführungsform zu ermöglichen. Ein Motor 12 beinhaltet einen Ansaugkrümmer 14 und einen Abgaskrümmer 16. Die Sensoren 18 sind in Verbindung mit dem Motor 12 und beinhalten, sind aber nicht beschränkt auf, einen Luftmassenstrom-(MAF)-Sensor 18a zum Ermitteln der Massenströmungsrate von Luft, die in die Einspritzzylinder eines Motors eintritt, und einen Turbolader-Einlassluftdrucksensor (TCIAP) 18b zum Messen des Absolutdrucks von Luft, die in das Luftladesystem 10 eintritt. Weitere Sensoren sind unter anderem ein Kurbelwellenpositionssensor, ein Einlassnockenwellenpositionssensor, ein Auslassnockenwellenpositionssensor und ein Raddrehzahlsensor gemäß der exemplarischen Ausführungsform.
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Eine Motorsteuerung (ECU) 20 ist in Verbindung (nicht dargestellt) mit der Motordrosselklappe 22 und dem Motor-Ansaugkrümmer 14. Die Motordrosselklappe 22 regelt den Luftstrom in den Motor-Ansaugkrümmer 14 und wird in ihrem Betrieb von der Motorsteuerung (ECU) 20 gesteuert für eine solche Regelung gemäß der exemplarischen Ausführungsform. Die Sensoren 18 stehen in Verbindung mit der Motorsteuerung (ECU) 20 und liefern Eingangssignale für verschiedene Fahrzeugparameter einschließlich Drosseleinlassluftdrucksensor, Krümmerluftdruck-(MAP)-Signal, barometrisches Drucksignal, Kurbelwellenstellungssignal sowie verschiedene andere Sensorsignale gemäß der exemplarischen Ausführungsform.
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Das Luftladesystem 10 beinhaltet eine Ladeluft-Abgasturbine 24 in mechanischer Verbindung über eine Welle zu einem Ladeluftkompressor 26, um den volumetrischen Wirkungsgrad des Motors durch Erhöhung der Dichte der Ansaugluft zu verbessern. Der Ladeluftverdichter 26 saugt Umgebungsluft vom Lufteinlass 28 an und verdichtet die angesaugte Luft vor Eintritt in einen Ladeluftkühler 30. Der Ladeluftverdichter 26 heizt die in das Luftladesystem 30 angesaugte Luft auf eine Temperatur, die reduziert werden muss, bevor sie mit erhöhtem Druck zum Motor-Ansaugkrümmer 14 geleitet werden kann. Ein Drosseleinlassluftdruck(TIAP)-Sensor 32 erfasst den Druck der Ansaugluft am Ausgang des Ladeluftkühlers 30, bevor sie durch die Motor-Drosselklappe 22 in den Motor-Ansaugkrümmer 14 gesaugt wird.
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Ein Luftladesystem 10 kann hohe Ausgangsdrücke des Ladeluftverdichters 26 und niedrige Massenströme erzeugen, wenn die Motor-Drosselklappe 22 schnell geschlossen wird, was zu einer Verdichterüberspannung oder einem Rückstrom der Luft führen kann. Diese Rückströmung von Luft (oder Luftpulsationen) kann dazu führen, dass das Ausgangssignal des MAF-Sensors 18a Schwingungen aufweist, die eine genaue Messung des Massendurchsatzes durch die Motorsteuerung (ECU) 20 erschweren. Daher muss sich die Motorsteuerung (ECU) 20 auf die modellbasierte Luftschätzung stützen, insbesondere gemäß der exemplarischen Ausführungsform, ein auf der Berechnung der Geschwindigkeitsdichte basierendes Luftmassenschätzmodell, und nicht auf den MAF-Sensor 18a-Ausgang zur Gewährleistung einer genaueren Luftmenge pro Zylinder, um eine effiziente Verbrennung zu ermöglichen. Es ist anzumerken, dass auch andere modellbasierte Luftschätzmodelle verwendet werden können, um den ordnungsgemäßen Betrieb eines Luftladesystems zu erleichtern, wobei jedoch nicht vorgesehen ist, dass der Einsatz derartiger Luftschätzmodelle den Geltungsbereich der exemplarischen Verkörperung überschreitet
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Unter Bezugnahme auf 2 wird nun ein Flussdiagramm 100 vorgestellt, das ein Verfahren zur Überspannungserkennung des Luftladeverdichters 26 zur modellbasierten Luftschätzung für ein Luftladesystem 10 gemäß den Aspekten der exemplarischen Ausführungsform veranschaulicht. Bei Block 110 beginnt das Verfahren mit dem Berechnen und Bestimmen, ob das Druckverhältnis des Ladeluftverdichters 26 innerhalb eines vorgegebenen Überdruckbereichs liegt, um zu bestimmen, ob der Motor während des Teillastbetriebs in einem stationären Zustand ist. Das Ladeluftverdichterverhältnis wird durch das Berechnen eines Verhältnisses zwischen dem Drosseleinlassluftdruck und dem Turboladereinlassdruck bestimmt.
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Anschließend, bei Block 112, wenn das Druckverhältnis des Ladeluftverdichters innerhalb des vorgegebenen Überdruckbereichs liegt, wird das Verfahren mit Block 114 fortgesetzt. Wenn das Druckverhältnis des Ladeluftverdichters nicht innerhalb des vorgegebenen Überdruckbereichs liegt, wird das Verfahren bei Block 120 fortgesetzt, wobei das ECU weiterhin das Signal des Luftmassenstromsensors verwendet oder wiederverwendet, um den zum Berechnen der Kraftstoffmasse erforderlichen Luft/Zylinderwert zu berechnen. Es ist zu beachten, dass das ECU die Kraftstoffmasse zum Teil basierend auf dem vom MAF-Sensor empfangenen Signal oder dem Ausgang der modellbasierten Luftschätzung bestimmt und anschließend die Einspritzdüsen anweist, eine entsprechende Menge an Kraftstoff in die Motorzylinder gemäß dem verwendeten Luft-pro-Zylinder(APC)-Wert einzuspritzen.
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Bei Block 114 fährt das Verfahren mit dem Bestimmen der Luftströmungsunterschiede zwischen den Signalen des Luftmassenstromsensors fort, die zu Beginn und am Ende jeder Zählung eines vorbestimmten Stringlängenzählers gemessen werden, wenn das Druckverhältnis des Ladeluftverdichters innerhalb des vorgegebenen Überdruckbereichs liegt. Ein Stringlängenzähler ist ein Mechanismus zum Zählen einer Reihe (String) oder einer vorgegebenen Länge (Anzahl) von gleichen Zeiträumen, in denen ein bestimmtes Ereignis eintritt. In diesem Fall kann der Stringlängenzähler beispielsweise eine Länge von zehn (10) gleichen Perioden von 15ms aufweisen und am Anfang und am Ende jeder 15ms-Periode wird eine Messung des Luftmassensensorsignals durch das ECU ausgelesen. Das ECU berechnet dann für jede 15ms-Periode den Unterschied der Signalwerte des Luftmassenstromsensors (Anfang und Ende) und speichert diese Werte.
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Bei Block 116 fährt das Verfahren mit dem Bestimmen einer Summe der vom MAF-Sensor gemessenen und aus jeder Zählung des vorgegebenen Stringlängenzählers gespeicherten Luftströmungsunterschiede fort. Bei Block 118, wenn die Summe der vom MAF-Sensor während des Stringlängenzählers gemessenen Unterschiede nicht größer als ein vorbestimmter Überspannungsschwellenwert des Verdichters ist, wird das Verfahren bei Block 120 fortgesetzt, wobei das ECU weiterhin das Signal des Luftmassenstromsensors nutzt oder wieder verwendet, wenn das Verdichterdruckverhältnis nicht innerhalb des vorbestimmten Überspannungsbereichs des Verdichters liegt oder die Summe der Unterschiede kleiner als der vorbestimmte Überspannungsschwellenwert des Verdichters ist.
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Mit Rückbezug auf Block 118, wenn die Summe der vom MAF-Sensor während des Stringlängenzählers gemessenen Unterschiede größer ist als ein vorbestimmter Überspannungsschwellenwert des Verdichters, wird das Verfahren bei Block 122 fortgesetzt, wobei das Luftladesystem von der Verwendung des MAF-Sensorausgangssignals zur Verwendung des modellbasierten Luftschätzungsausgangssignals übergeht, um den Luft-Pro-Zylinder-(APC)-Wert , der vom ECU zum Bestimmen der richtigen Menge an Kraftstoff pro Zylinder verwendet wird, zu berechnen.
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Anschließend fährt das Verfahren bei Block 124 mit dem Bestimmen fort, ob der Motor noch eingeschaltet ist. Wenn dies der Fall ist, kehrt das Verfahren zu Block 110 zurück, um das Verfahren fortzusetzen. Wenn dies nicht der Fall ist, endet das Verfahren und beginnt mit dem nächsten Zündzyklus.
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Die ausführliche Beschreibung stellt dem Fachmann eine bequeme Roadmap zum Implementieren der exemplarischen Ausführungsform oder exemplarischen Ausführungsformen zur Verfügung. Viele Modifikationen und Variationen sind für den Fachmann offensichtlich, ohne vom Umfang und dem Erfindungsgedanken abzuweichen. Während mindestens eine exemplarische Ausführungsform in der vorstehenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung dargestellt worden ist, sollte darauf hingewiesen werden, dass eine große Anzahl an Variationen existiert. Es versteht sich weiterhin, dass die exemplarische Ausführungsform bzw. die exemplarischen Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der Erfindung in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird die vorstehende ausführliche Beschreibung den Fachleuten eine bequeme Roadmap zur Implementierung einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung zur Verfügung stellen. Es versteht sich, dass verschiedene Änderungen an der Funktion und der Anordnung von Elementen vorgenommen werden können, die in einer exemplarischen Ausführungsform beschrieben sind, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, wie in den beigefügten Ansprüchen dargelegt.
