DE102018113767A1

DE102018113767A1 - Verfahren und system zur diagnose der ladedruckregelung

Info

Publication number: DE102018113767A1
Application number: DE102018113767.2A
Authority: DE
Inventors: Stephen William Magner; Michiel J. Van Nieuwstadt; John Erik Mikael Hellstrom; In Kwang Yoo; Adarsh Appukuttan; Jason Ronald Smith
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-06-12
Filing date: 2018-06-08
Publication date: 2018-12-13
Also published as: US20180355814A1; CN109026416A; US10378470B2

Abstract

Es werden Verfahren und Systeme zum Bereitstellen einer passiven Ladedrucküberwachung für eine langsame Reaktion mit höherer Konfidenz bereitgestellt. Eine Reaktionszeit eines Ladedruckrückkopplungsregelkreises nach einer Ladedruckabweichung, die entweder durch Systemstörungen oder Bedienerdrehmomentbedarf ausgelöst ist, wird überwacht. Langsames Aufladungsverhalten ist mit einer Aufladungsregelverschlechterung assoziiert, die das Fahrverhalten und die Emissionen beeinträchtigt.

Description

GEBIET
Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen Verfahren und Systeme zur Diagnose einer langsamen Ladedruckregelung in einem aufgeladenen Verbrennungsmotorsystem.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK/KURZDARSTELLUNG
Verbrennungsmotorsysteme können mit Ladevorrichtungen wie etwa Turboladern ausgelegt sein, um eine aufgeladene Luftladung bereitzustellen und Spitzenleistungsabgaben zu verbessern. Turbolader beinhalten eine Turbine in dem Abgasweg des Verbrennungsmotors, die einen Teil der verfügbaren Abgasenergie verwendet, um einen verbundenen Verdichter anzutreiben, der stromaufwärts von dem Verbrennungsmotor positioniert ist, der einen höheren Strom durch den Ansaugkrümmer presst. Während die Turbine anläuft, steigt der Abgasdruck, wodurch der Ausgangsstrom aus dem Verbrennungsvorgang verringert wird, bis der Verdichter den Ansaugkrümmerdruck ausreichend erhöht, um den Gegendruck zu überwinden. Die Verwendung eines Verdichters ermöglicht es, dass ein Verbrennungsmotor mit kleinerem Hubraum genau so viel Leistung bereitstellt wie ein Verbrennungsmotor mit größerem Hubraum, jedoch mit zusätzlichen Vorteilen bezüglich der Kraftstoffeffizienz.
Der Ladedruck kann während des Betriebs des Verbrennungsmotors geregelt werden, sodass die Vorteile eines aufgeladenen Betriebs gegenüber potentiellen Problemen, die mit zu viel oder zu wenig Aufladung verbunden sind, ausgeglichen werden können. Bei einem Dieselverbrennungsmotor kann zum Beispiel eine zu geringe Aufladung zu einer übermäßigen Bildung von Partikeln (Particulate Matter - PM) und eingeschränktem Fahrverhalten führen. Als weiteres Beispiel kann eine zu starke Aufladung zu Geräuschen, Vibrationen, Rauhigkeit (Noise, Vibration Harshness - NVH) und eingeschränkter Nutzung der Abgasrückführung (AGR) aufgrund höherer Ansaugkrümmerdrücke führen, wobei die Verringerung der Inertabgasverwendung zu höheren Verbrennungstemperaturen und erhöhter NOx-Bildung im Abgas führt. In einem Beispiel kann der Ladedruck durch Einstellen der Geometrie einer Turbine mit veränderlicher Geometrie des Turboladers geregelt werden, wie etwa durch Variieren eines Schaufelwinkels einer Turbine mit veränderlicher Geometrie (Variable Geometry Turbine - VGT).
Ladedruckregelsysteme können regelmäßig diagnostiziert werden, wie etwa über die Ausführung einer On-Board-Diagnoseüberwachungseinrichtung (On-Board Diagnostic monitor - OBD-Überwachungseinrichtung). Die Überwachungseinrichtung soll einen eindeutigen Zustand Defekt/kein Defekt bereitstellen.
In Bezug auf Überwachungseinrichtungsverfahren ist ein beispielhafter Ansatz von Romzek in US-Patentschrift 6,457,461 gezeigt. In dieser Schrift wird eine Verschlechterung der Aufladungsregelung über eine VGT auf der Grundlage einer Differenz zwischen den Größen einer tatsächlichen AGR-Flussrate in Bezug zu einer erwarteten AGR-Flussrate während des aufgeladenen Verbrennungsmotorbetriebs gefolgert, wobei die erwartete AGR-Flussrate durch Modellierung bestimmt wird. Weitere Ansätze basieren ferner beispielsweise auf der Ausgabe eines oder mehrerer eines Ladedrucksensors, eines Krümmerdrucksensors und einer Drosselstellung.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch mögliche Probleme bei derartigen Ansätzen erkannt. Zum Beispiel basieren die Ansätze auf komplexen und rechenintensiven Modellierungen. Die erforderliche Rechenleistung kann in einem Fahrzeugsystem mit beschränkten Ressourcen nicht verfügbar sein. Als weiteres Beispiel kann die Überwachungseinrichtung intrusiv ausgeführt werden, wobei bewusst eine wesentliche Änderung des Aufladungsbedarfs erzeugt wird und dann die Größe der Aufladungsreaktion gemessen wird. Der intrusive Teststimulus kann das Fahrverhalten und die Emissionen des Fahrzeugs stören. Wird der Text nicht intrusiv ausgeführt, wobei der Fahrzeugbetrieb nicht gestört wird, kann es vorkommen, dass die Mindestbedingungen nicht erfüllt werden, die erforderlich sind, um mit hoher Konfidenz zu bestimmen, dass kein Defekt vorliegt. Insgesamt kann es schwierig sein, sowohl eine angemessene Erfassung als auch eine minimale Störung bereitzustellen. Als weiteres Beispiel können bei jedem der vorstehenden Ansätze, unabhängig davon, welcher Sensor verwendet wird, die Größe der Änderung des Sensorausgangs sowie eine Änderungsgeschwindigkeit des Sensorausgangs durch die Fahrzeugfahrbedingungen beeinflusst werden, wie etwa, ob der Fahrzeugführer das Fahrzeug leicht oder stark beschleunigt, die Anwendungshäufigkeit und das Wechseln zwischen Gaspedal- und Bremspedalverwendung usw. Infolge eines Fehlers bei der Modellierung des erwarteten Ausgangs kann es Bedingungen geben, bei denen eine wesentliche Differenz zwischen dem erwarteten und tatsächlichen Sensorausgang fälschlich einer verschlechterten Aufladungsreaktion zugeordnet wird oder eine unwesentliche Differenz fälschlich einer nicht verschlechterten Aufladungsreaktion zugeordnet wird.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben erkannt, dass die Ladedruckregelung eine Rückkopplungsschleife beinhaltet und dass die Zeit, die die Rückkopplungsschleife benötigt, um auf eine Druckabweichung zu reagieren als Überwachungseinrichtung verwendet werden kann, da die Rückkopplung ständig aufgrund von Befehlsänderungen und Störungen von außen korrigiert werden muss, wodurch die Rückkopplung sensibel für eine Verschlechterung der Aufladungsregelungsreaktion wird. Anstatt sorgfältig gesteuerte rückführungslose Steuerbefehls- und Reaktionszeittests zu verwenden, die einen intrusiven Betrieb erfordern, kann die Reaktionszeit der Rückkopplungsregelung auf nicht-intrusive Weise erhoben und zum Bewerten der Aufladungsregelung verwendet werden. Somit können in einem Beispiel die vorstehend beschriebenen Probleme durch ein Verfahren für einen aufgeladenen Verbrennungsmotor gelöst werden, umfassend, während des Betriebs eines Verbrennungsmotors mit einer Aufladungsregelung mit geschlossenem Regelkreis, das Angeben einer Verschlechterung eines Ladedruckregelsystems auf der Grundlage einer gemessenen Abweichung zwischen dem erwarteten Ladedruck und dem tatsächlichen Ladedruck, die während eines Fahrzyklus häufig auftritt, wenn die Differenz groß genug ist, dass die Regelungsreaktion stark erhöht sein sollte. Eine Dauer, während der die Abweichung bestehen bleibt, kann überwacht werden. Eine langsame Reaktion wird bestimmt, wenn die Dauer länger als eine Schwellenwertdauer ist. Die erkannte langsame Reaktion kann hier aus verschiedenen physikalischen Gründen auftreten, wie etwa Lecks im Krümmer und/oder langsame Betätigung, sodass die Erfassung nicht nur auf die Verschlechterung des Aktors begrenzt ist. Da sowohl Befehlsänderungen als auch/oder Störungen die Möglichkeit bieten, eine Regelfehlerreaktion zu beobachten, kann auf diese Weise die Aufladungsregelung passiv diagnostiziert werden, solange eine Prüfung erfolgt, um zu bestätigen, dass ein angemessener Fahrstimulus erfolgt ist, weil die Überwachungseinrichtung letztlich eine Bedingung Defekt/kein Defekt für wenigstens ein Drittel aller qualifizierten Fahrten erklären muss. Dieses Verfahren erfüllt eine definierte OBD-Anforderung, dass sich das Aufladungsregelsystem hinsichtlich der Reaktionszeit nicht verschlechtern darf, wenn der Grad der Verschlechterung die Emissionsergebnisse beeinflussen könnte und eine Fehlfunktionsanzeigeleuchte (Malfunction Indicator Lamp - MIL) einzustellen, nachdem bestimmte regulatorische Verfahren, durch das PCM-Diagnosesystem ausgeführt werden. Ferner ist der Defekt langsame Aufladungsreaktion nicht auf eine bestimmte Ursache beschränkt.
Als Beispiel kann als Reaktion auf eine Änderung des Bedienerdrehmomentbedarfs ein gewünschter Ladedruck bestimmt und durch Anwendung jeweils eines Verzögerungs- und eines Nacheilfilters, das eine Reaktionszeit auf Grundlage eines Zeitkonstanten-Parameters aufweist, verarbeitet werden. Einer oder mehrere Aufladungsaktoren, wie etwa eine Abgas-VGT oder ein Wastegate mit gleicher Kapazität können auf Grundlage des gewünschten Ladedrucks eingestellt werden. Als Reaktion auf eine Erhöhung des gewünschten Ladedrucks kann zum Beispiel die Wastegate-Öffnung verringert werden. Parallel kann eine Druckabweichung des erwarteten (gefilterten, verarbeiteten Form des gewünschten) Ladedrucks in Bezug auf den tatsächlichen Druck daraufhin geprüft werden, ob sie außerhalb eines durch Unter- und Obergrenzen definierten Bereichs liegen. Wenn außerdem qualifizierende Fahrzeugbetriebsbedingungen erfüllt sind, wie etwa wenn eine minimale Fahrzeuglaufzeit verstrichen ist, ein minimaler Krümmerdruck verfügbar ist und eine minimale Verbrennungsmotortemperatur beibehalten wird, kann eine Verbrennungsmotorsteuerung die Reaktionszeit der Ladedruckabweichung außerhalb der zulässigen Grenzen verfolgen. Das heißt, die Steuerung kann eine Dauer messen, die verstrichen ist, wenn sich der erwartete und der tatsächliche Druck genug unterscheiden, um außerhalb der Ober- oder Untergrenzen zu liegen (zum Beispiel eine Dauer, während der die Druckabweichung über einem Schwellenwertabweichungsniveau bleibt). Eine Störung, die den Ladedruck verändert hat, obwohl der Befehl fest war, führt ebenfalls zu einem Abweichungsfehler, der auf die gleiche Weise bewertet werden kann. Die qualifizierenden Fahrzeugbetriebsbedingungen sowie die Ober- und Untergrenzen der Druckabweichung können gewährleisten, dass Abweichungen von den Grenzbedingungen bestätigt werden, wenn die Reaktionszeit zuverlässig zum Bewerten der Reaktionszeit des Ladedruckregelsystems verwendet werden kann. Wenn die gemessene Reaktionszeit höher als eine Schwellenwertdauer ist, wie etwa höher als eine maximale Reaktionszeit eines bekannten Nennsystems für qualifizierte Bedingungen, kann die Steuerung eine Aufladeverschlechterung ableiten, um sowohl die erforderliche regulatorische OBD-Überwachungseinrichtung zu informieren als auch den Fahrzeugführer über den verschlechterten Betrieb zu alarmieren.
Auf diese Weise kann durch Bewerten der Reaktionszeit eines Aufladungsregelsystems auf eine Druckabweichung, die nicht speziell von dem Befehl oder der Stellung der Aufladungsaktoren (wie etwa einem Wastegate) abhängen, die Ladedruckreaktionsverschlechterung von einer normalen Reaktion abgegrenzt werden, die absichtlich langsam ist. Dadurch, dass die Abweichung eine Grenze übersteigen muss, wird sichergestellt, dass eine erhöhte Regelungsreaktion auftritt, die eine schnelle Korrektur auslösen sollte (und falls sie nicht schnell erfolgt, ist wahrscheinlich ein Defekt vorhanden) und der Zweck der Verwendung definierter Ober- und Untergrenzen besteht darin, dass Differenzen der Reaktionszeit auf Ladedrucküberschreitungen gegenüber -unterschreitungen besser berücksichtigt werden können, weil das Regelsystem so feineingestellt werden kann, um auf diese jeweils anders zu reagieren, wodurch die Wahrscheinlichkeit von fehlerhaften Angaben für defekt und defektfrei verringert wird. Durch das Bestätigen qualifizierender Fahrzeugbetriebsbedingungen kann die Reaktionszeit nur bei Bedingungen verglichen werden, bei denen die Ergebnisse zuverlässig sind. Insbesondere können die Betriebsbedingungen Leerlauf und Fastleerlauf vermieden werden, wenn Reaktionszeiten unzuverlässig sind. Durch Bestätigen, dass Betriebsbedingungen mit denen eines vollständigen Testlaufs übereinstimmen, kann die Ladeüberwachungseinrichtung mit einem höheren Konfidenzfaktor verwendet werden. Durch das nicht-intrusive Ausführen des Tests kann eine angemessene Erfassung bereitgestellt werden, ohne das Fahrverhalten und die Emissionen des Fahrzeugs zu stören. Außerdem kann die Überwachungseinrichtung ausgeführt werden, ohne komplexe und rechenintensive Modellierung zu erfordern. Insgesamt kann die Aufladungsregelung besser diagnostiziert und umgehend behandelt werden, wodurch die Leistung des aufgeladenen Verbrennungsmotors verbessert wird.
Es versteht sich, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung näher beschrieben sind. Sie ist nicht dazu gedacht, wichtige oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu nennen, dessen Schutzumfang einzig durch die Patentansprüche im Anschluss an die detaillierte Beschreibung definiert ist. Zudem ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die vorstehend oder in einem beliebigen Teil der vorliegenden Offenbarung angeführte Nachteile überwinden.
Figurenliste

1 zeigt ein beispielhaftes aufgeladenes Verbrennungsmotorsystem.
2A-2B zeigen ein Ablaufdiagramm auf hoher Ebene eines beispielhaften Verfahrens zum Diagnostizieren einer Verschlechterung eines Ladedruckregelsystems auf Grundlage einer Reaktionszeit einer Rückkopplungsregelung und der Bewertung eines angemessenen Stimulus, um einen potentiellen Defekt aufzudecken.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm auf hoher Ebene eines beispielhaften Verfahrens zum Bestimmen der Druckabweichung der Ladedruckregelung.
4 zeigt relevante Ladedrucksignale, die verwendet werden, um die Druckabweichung zu bestimmen.
5 und 6 zeigen Beispiele einer defektfrei und defekt lautenden Ladedruckregelungsdiagnose auf Grundlage der Reaktionszeit der Rückkopplungsregelung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zum Diagnostizieren eines Aufladungsregelsystems in einem aufgeladenen Verbrennungsmotorsystem, wie etwa dem Verbrennungsmotorsystem aus 1. Eine Verbrennungsmotorsteuerung kann dazu konfiguriert sein, eine Steuerroutine, wie etwa die beispielhafte Routine aus 2A-2B auszuführen, um Aufladungsregelfähigkeiten auf Grundlage der Rückkopplungsreaktionszeit auf eine Ladedruckabweichung zu diagnostizieren. Die Reaktionszeit kann überwacht werden, nachdem bestätigt wurde, dass qualifizierende Betriebsbedingungen vorliegen, wie sie etwa in 3 ausgeführt sind, um Reaktionszeitabweichungen, die aus Drucküberschreitungen, -unterschreitungen oder Leerlaufbedingungen des Verbrennungsmotors entstehen, besser zu berücksichtigen. Eine beispielhafte Variation des gewünschten, erwarteten und tatsächlichen Ladedrucks bei einem defektfreien aufgeladenen Verbrennungsmotorsystem, ist in 4 gezeigt. Ein voraussichtliches Beispiel einer Ladedruckdiagnose ist unter Bezugnahme auf 5 und 6 gezeigt. Auf diese Weise wird die Leistung eines aufgeladenen Verbrennungsmotors überwacht und ein Systemausfall der Aufladungsreaktionsregelung kann diagnostiziert werden.
1 zeigt ein Beispiel für eine Brennkammer oder einen Zylinder eines Verbrennungsmotors 10, der in einem Fahrzeug 5 gekoppelt ist. In einigen Beispielen kann das Fahrzeug 5 ein Hybridfahrzeug mit mehreren Drehmomentquellen sein, die einem oder mehreren Fahrzeugrädern 55 zur Verfügung stehen. In anderen Beispielen ist das Fahrzeug 5 ein herkömmliches Fahrzeug nur mit einem Verbrennungsmotor oder ein Elektrofahrzeug nur mit (einer) elektrischen Maschine(n). In dem dargestellten Beispiel beinhaltet das Fahrzeug 5 einen Verbrennungsmotor 10 und eine elektrische Maschine 52. Bei der elektrischen Maschine 52 kann es sich um einen Elektromotor oder einen Elektromotor/Generator handeln. Die Kurbelwelle 140 des Verbrennungsmotors 10 und die elektrische Maschine 52 sind über ein Getriebe 54 mit den Fahrzeugrädern 55 verbunden, wenn eine oder mehrere Kupplungen 56 eingekuppelt sind. In dem dargestellten Beispiel ist eine erste Kupplung 56 zwischen der Kurbelwelle 140 und der elektrischen Maschine 52 bereitgestellt und ist eine zweite Kupplung 56 zwischen der elektrischen Maschine 52 und dem Getriebe 54 bereitgestellt. Die Steuerung 12 kann ein Signal an einen Aktor jeder Kupplung 56 senden, um die Kupplung einzukuppeln oder auszukuppeln, um so die Kurbelwelle 140 mit bzw. von der elektrischen Maschine 52 und den damit verbundenen Komponenten zu verbinden oder zu trennen und/oder um die elektrische Maschine 52 mit bzw. von dem Getriebe 54 und den damit verbundenen Komponenten zu verbinden oder zu trennen. Das Getriebe 54 kann ein Schaltgetriebe, ein Planetenradsystem oder eine andere Getriebeart sein. Der Antriebsstrang kann auf verschiedene Weisen ausgelegt sein, darunter als ein Parallel-, Serien- oder Serien-Parallel-Hybridfahrzeug.
Die elektrische Maschine 52 nimmt elektrische Leistung von einer Traktionsbatterie 58 auf, um den Fahrzeugrädern 55 Drehmoment bereitzustellen. Die elektrische Maschine 52 kann auch als Generator betrieben werden, um beispielsweise während eines Bremsbetriebs elektrische Leistung zum Aufladen der Batterie 58 bereitzustellen.
Der Verbrennungsmotor 10 kann zumindest teilweise durch ein Steuersystem, das eine Steuerung 12 beinhaltet, und durch Eingaben von einem Fahrzeugbediener 130 über eine Eingabevorrichtung 132 gesteuert werden. In diesem Beispiel beinhaltet die Eingabevorrichtung 132 ein Gaspedal und einen Pedalstellungssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalstellungssignals PP. Der Zylinder (hier auch „Brennkammer“) 14 des Verbrennungsmotors 10 kann Brennkammerwände 136 beinhalten, in denen ein Kolben 138 positioniert ist. Der Kolben 138 kann an eine Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, sodass eine Wechselbewegung des Kolbens in eine Rotationsbewegung der Kurbelwelle übersetzt wird. Die Kurbelwelle 140 kann über ein Getriebesystem an mindestens ein Antriebsrad des Personenkraftwagens gekoppelt sein. Ferner kann ein Anlasserelektromotor (nicht dargestellt) über ein Schwungrad mit der Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, um einen Anlassvorgang des Verbrennungsmotors 10 zu ermöglichen.
Der Zylinder 14 kann über eine Reihe von Ansaugluftkanälen 142, 144 und 146 Ansaugluft aufnehmen. Der Ansaugluftkanal 146 kann zusätzlich zu dem Zylinder 14 mit anderen Zylindern des Verbrennungsmotors 10 kommunizieren. In einigen Beispielen können ein oder mehrere der Ansaugkanäle eine Aufladevorrichtung, wie etwa einen Turbolader oder einen Kompressor, umfassen. Zum Beispiel veranschaulicht 1 den Verbrennungsmotor 10, der mit einem Turbolader, einschließend einen Kompressor 174, der zwischen den Ansaugkanälen 142 und 144 angeordnet ist, und einer Abgasturbine 176 konfiguriert ist, die entlang des Abgaskanals 148 angeordnet ist. Der Verdichter 174 kann zumindest teilweise über eine Welle 180 durch die Abgasturbine 176 mit Strom versorgt werden, wenn die Aufladevorrichtung als ein Turbolader konfiguriert ist. In anderen Beispielen, wie etwa wenn der Verbrennungsmotor 10 mit einem Kompressor versehen ist, kann die Abgasturbine 176 jedoch optional weggelassen werden, wobei der Verdichter 174 durch mechanische Eingaben von einem Elektromotor oder dem Verbrennungsmotor angetrieben werden kann. Eine Drossel 162, die eine Drosselklappe 164 beinhaltet, kann entlang eines Ansaugkanals des Verbrennungsmotors bereitgestellt sein, um die Durchflussrate und/oder den Druck der Ansaugluft zu variieren, die den Verbrennungsmotorzylindern bereitgestellt wird. Zum Beispiel kann die Drossel 162 dem Verdichter 174 nachgelagert positioniert sein, wie in 1 gezeigt, oder sie kann alternativ dazu dem Verdichter 174 vorgelagert bereitgestellt sein.
Abgas wird in die Turbine 116 geleitet, um die Turbine anzutreiben. Wenn ein reduziertes Turbinendrehmoment erwünscht ist, kann ein Teil des Abgases stattdessen durch das Wastegate 90 geleitet werden und damit die Turbine 176 umgehen. Ein Wastegate-Ventil 92 kann zum Öffnen betätigt werden, um zumindest einen Teil des Abgasdrucks von stromaufwärts der Turbine über das Wastegate 90 zu einer Stelle stromabwärts der Turbine abzulassen. Indem der Abgasdruck stromaufwärts der Turbine 176 reduziert wird, kann die Turbinendrehzahl reduziert werden, wodurch der durch den Verdichter 174 zugeführte Ladedruck verringert wird. In weiteren Beispielen, in denen die Turbine 176 eine Turbine mit veränderlicher Geometrie (VGT) ist, kann der Ladedruck durch Einstellen einer Geometrie der Turbine (z. B. Winkel der Schaufeln der VGT) erhöht oder verringert werden.
Der Abgaskanal 148 kann zusätzlich zu dem Zylinder 14 Abgase von anderen Zylindern des Verbrennungsmotors 10 aufnehmen. Der Abgassensor 128 wird an einen Abgaskanal 148 gekoppelt gezeigt, der einer Emissionssteuerungsvorrichtung 178 vorgelagert ist. Der Sensor 128 kann aus verschiedenen geeigneten Sensoren zum Bereitstellen einer Angabe eines Abgasluft-Kraftstoff-Verhältnisses ausgewählt sein, wie beispielsweise einer linearen Lambdasonde oder UEGO-Sonde (Universal Exhaust Gas Oxygen Sensor oder Breitbandlambdasonde), einer Zweizustands-Lambdasonde oder EGO-Sonde (wie abgebildet), einer HEGO-Sonde (beheizten EGO-Sonde), einem NOx-, HC- oder CO-Sensor. Bei der Emissionssteuervorrichtung 178 kann es sich um einen Dreiwegekatalysator (Three Way Catalyst - TWC), eine NOx-Falle, verschiedene andere Emissionssteuervorrichtungen oder Kombinationen daraus handeln.
Jeder Zylinder des Verbrennungsmotors 10 kann ein oder mehrere Einlassventile und ein oder mehrere Auslassventile beinhalten. Zum Beispiel weist der Zylinder 14 der Darstellung nach mindestens ein Einlasstellerventil 150 und mindestens ein Auslasstellerventil 156 auf, die in einem oberen Bereich des Zylinders 14 angeordnet sind. Bei einigen Ausführungsformen können zu jedem Zylinder des Verbrennungsmotors 10, der den Zylinder 14 enthält, mindestens zwei Einlasstellerventile und mindestens zwei Auslasstellerventile gehören, die in einem oberen Bereich des Zylinders angeordnet sind.
Das Einlassventil 150 kann über einen Aktor 152 durch die Steuerung 12 gesteuert werden. Auf ähnliche Weise kann das Auslassventil 156 über den Aktor 154 durch die Steuerung 12 gesteuert werden. Unter einigen Bedingungen kann die Steuerung 12 die den Aktoren 152 und 154 bereitgestellten Signale variieren, um das Öffnen und Schließen der jeweiligen Einlass- und Auslassventile zu steuern. Die Position des Einlassventils 150 und des Auslassventils 156 kann durch entsprechende Ventilpositionssensoren (nicht gezeigt) bestimmt werden. Die Ventilaktoren können dem Typ mit elektrischer Ventilbetätigung oder dem Typ mit Nockenbetätigung oder einer Kombination davon entsprechen. Die Einlass- und Auslassventilansteuerung können gleichzeitig gesteuert werden oder es kann eine beliebige von einer Möglichkeit zur variablen Einlassnockenansteuerung, zur variablen Auslassnockenansteuerung, zur dualen unabhängigen variablen Nockenansteuerung oder zur festgelegten Nockenansteuerung verwendet werden. Jedes Nockenbetätigungssystem kann einen oder mehrere Nocken beinhalten und eines oder mehrere aus Systemen zur Nockenprofilverstellung (Cam Profile Switching - CPS), variablen Nockenansteuerung (Variable Cam Timing - VCT), variablen Ventilansteuerung (Variable Valve Timing - WT) und/oder zum variablen Ventilhub (Variable Valve Lift - VVL), die durch die Steuerung 12 betrieben werden können, zum Variieren des Ventilbetriebs verwenden. Zum Beispiel kann der Zylinder 14 alternativ ein über eine elektronische Ventilbetätigung gesteuertes Einlassventil und ein über eine Nockenbetätigung, einschließlich CPS und/oder VCT, gesteuertes Auslassventil einschließen. Bei anderen Beispielen können das Einlass- und das Auslassventil durch einen gemeinsamen Ventilaktor oder ein gemeinsames Betätigungssystem oder einen Aktor oder ein Betätigungssystem zur variablen Ventilzeitsteuerung gesteuert werden.
Der Zylinder 14 kann ein Verdichtungsverhältnis aufweisen, bei dem es sich um das Volumenverhältnis zwischen dem Kolben 138 am unteren Totpunkt und am oberen Totpunkt handelt. In einem Beispiel liegt das Verdichtungsverhältnis im Bereich von 9:1 bis 10:1. In einigen Beispielen, bei denen andere Kraftstoffe verwendet werden, kann das Verdichtungsverhältnis jedoch erhöht sein. Hierzu kann es beispielsweise kommen, wenn Kraftstoffe mit einer höheren Oktanzahl oder Kraftstoffe mit einer höheren latenten Verdampfungsenthalpie verwendet werden. Das Verdichtungsverhältnis kann bei der Verwendung einer Direkteinspritzung aufgrund ihrer Auswirkung auf das Verbrennungsmotorklopfen ebenfalls erhöht sein.
In einigen Beispielen kann jeder Zylinder des Verbrennungsmotors 10 eine Zündkerze 192 beinhalten, um die Verbrennung zu initiieren. Unter ausgewählten Betriebsmodi kann ein Zündsystem 190 der Brennkammer 14 über eine Zündkerze 192 einen Zündfunken in Reaktion auf ein Vorzündungssignal SA (Spark Advance) von der Steuerung 12 bereitstellen. Bei einigen Ausführungsformen kann die Zündkerze 192 jedoch entfallen, wie etwa, wenn der Verbrennungsmotor 10 die Verbrennung durch eine Selbstzündung oder durch das Einspritzen von Kraftstoff initiieren kann, was bei einigen Dieselmotoren der Fall sein kann.
In einigen Beispielen kann jeder Zylinder des Verbrennungsmotors 10 mit einer oder mehreren Kraftstoffeinspritzvorrichtungen ausgelegt sein, um diesem Kraftstoff bereitzustellen. Als nicht einschränkendes Beispiel beinhaltet der Zylinder 14 der Darstellung nach zwei Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 166 und 170. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 166 und 170 können dazu ausgelegt sein, aus dem Kraftstoffsystem 8 aufgenommenen Kraftstoff abzugeben. Das Kraftstoffsystem 8 kann einen/eine oder mehrere Kraftstofftanks, Kraftstoffpumpen und Kraftstoffverteiler beinhalten. Der Darstellung nach ist die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 direkt an den Zylinder 14 gekoppelt, um Kraftstoff proportional zur Impulsbreite des Signals FPW-1, das von der Steuerung 12 über einen elektronischen Treiber 168 empfangen wird, direkt in diesen einzuspritzen. So stellt die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 sogenannte Direkteinspritzung (Direct Injection; hier nachfolgend als „DI“ bezeichnet) von Kraftstoff in den Verbrennungszylinder 14 bereit. Obwohl 1 die Einspritzvorrichtung 166 an einer Seite des Zylinders 14 positioniert zeigt, kann sie sich alternativ über dem Kolben befinden, wie beispielsweise in der Nähe der Position der Zündkerze 192. Eine solche Position kann das Mischen und Verbrennen verbessern, wenn der Verbrennungsmotor mit einem Kraftstoff auf Alkoholbasis betrieben wird, da einige Kraftstoffe auf Alkoholbasis eine geringere Flüchtigkeit aufweisen. Alternativ kann sich die Einspritzvorrichtung oberhalb und in der Nähe des Einlassventils befinden, um das Mischen zu verbessern. Kraftstoff kann der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 aus einem Kraftstofftank des Kraftstoffsystems 8 über eine Hochdruckkraftstoffpumpe und einen Kraftstoffverteiler zugeführt werden. Ferner kann der Kraftstofftank einen Druckwandler aufweisen, der der Steuerung 12 ein Signal bereitstellt.
Der Darstellung nach ist die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 170 im Ansaugkanal 146 und nicht im Zylinder 14 angeordnet, eine Auslegung, welche bereitstellt, was als sogenannte Saugrohreinspritzung von Kraftstoff (Port Fuel Injection; nachfolgend als „PFI“ bezeichnet) in den Einlasskanal vor dem Zylinder 14 bekannt ist. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 170 kann aus dem Kraftstoffsystem 8 aufgenommenen Kraftstoff proportional zur Impulsbreite des Signals FPW-2, das von der Steuerung 12 über den elektronischen Treiber 171 empfangen wird, einspritzen. Es ist zu beachten, dass ein einzelner Treiber 168 oder 171 für beide Kraftstoffeinspritzsysteme verwendet werden kann oder wie dargestellt mehrere Treiber, zum Beispiel der Treiber 168 für die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 und der Treiber 171 für die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 170, verwendet werden können.
In einem alternativen Beispiel kann jede der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 166 und 170 als Direktkraftstoffeinspritzvorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff direkt in den Zylinder 14 konfiguriert sein. In noch einem anderen Beispiel kann jede der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 166 und 170 als Saugrohrkraftstoffeinspritzvorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff dem Einlassventil 150 vorgelagert konfiguriert sein. In noch weiteren Beispielen kann der Zylinder 14 nur eine einzelne Kraftstoffeinspritzvorrichtung beinhalten, die konfiguriert ist, unterschiedliche Kraftstoffe in variierenden relativen Mengen als Kraftstoffgemisch aus den Kraftstoffsystemen aufzunehmen, und die ferner konfiguriert ist, dieses Kraftstoffgemisch entweder als eine Direktkraftstoffeinspritzvorrichtung direkt in den Zylinder oder als Saugrohrkraftstoffeinspritzvorrichtung den Einlassventilen vorgelagert einzuspritzen. Demnach versteht es sich, dass die hier beschriebenen Kraftstoffsysteme nicht durch die hier beispielhaft beschriebenen konkreten Konfigurationen von Kraftstoffeinspritzvorrichtungen beschränkt sein sollen.
Kraftstoff kann dem Zylinder während eines einzelnen Zyklus des Zylinders durch beide Einspritzvorrichtungen zugeführt werden. Zum Beispiel kann jede Einspritzvorrichtung einen Teil einer Kraftstoffgesamteinspritzung bereitstellen, der in dem Zylinder 14 verbrannt wird. Ferner können/kann die Verteilung und/oder die relative Menge des Kraftstoffs, der von jeder Einspritzvorrichtung zugeführt wird, mit Betriebsbedingungen, wie etwa Verbrennungsmotorlast, Klopfen und Abgastemperatur, wie hier nachstehend beschrieben, variieren. Der in das Saugrohr eingespritzte Kraftstoff kann während eines Ereignisses mit geöffnetem Einlassventil, eines Ereignisses mit geschlossenem Einlassventil (z. B. im Wesentlichen vor dem Ansaugtakt) sowie während eines Betriebs bei sowohl offenem als auch geschlossenem Einlassventil zugeführt werden. Gleichermaßen kann direkt eingespritzter Kraftstoff zum Beispiel während eines Ansaugtakts sowie teilweise während eines vorhergehenden Ausstoßtakts, während des Ansaugtakts und teilweise während des Verdichtungstakts zugeführt werden. Demnach kann selbst bei einem einzigen Verbrennungsereignis eingespritzter Kraftstoff zu unterschiedlichen Zeitpunkten aus der Saugrohr- und Direkteinspritzvorrichtung eingespritzt werden. Außerdem können bei einem einzelnen Verbrennungsereignis mehrere Einspritzungen des abgegebenen Kraftstoffs pro Zyklus durchgeführt werden. Die mehreren Einspritzungen können während des Verdichtungstakts, Ansaugtakts oder einer beliebigen geeigneten Kombination daraus durchgeführt werden.
Wie vorstehend beschrieben zeigt 1 nur einen Zylinder eines Mehrzylinderverbrennungsmotors. Demnach kann jeder Zylinder gleichermaßen seinen eigenen Satz Einlass-/Auslassventile, Kraftstoffeinspritzvorrichtung(en), Zündkerze usw. aufweisen. Es versteht sich, dass der Verbrennungsmotor 10 jede geeignete Anzahl an Zylindern, einschließlich 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 oder mehr Zylinder, beinhalten kann. Ferner kann jeder dieser Zylinder einige oder alle der verschiedenen Komponenten umfassen, die in 1 mit Bezugnahme auf Zylinder 14 beschrieben und abgebildet sind.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 166 und 170 können unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Dazu gehören Unterschiede in Bezug auf die Größe; zum Beispiel kann eine Einspritzvorrichtung eine größere Einspritzöffnung als die andere aufweisen. Andere Unterschiede beinhalten u. a. unterschiedliche Spritzwinkel, unterschiedliche Betriebstemperaturen, unterschiedliche Zielsetzungen, unterschiedliche Einspritzzeitpunkte, unterschiedliche Spritzeigenschaften, unterschiedliche Positionen usw. Darüber hinaus können je nach Verteilungsverhältnis des eingespritzten Kraftstoffs unter den Einspritzvorrichtungen 170 und 166 unterschiedliche Wirkungen erzielt werden. Kraftstofftanks in dem Kraftstoffsystem 8 können Kraftstoffe unterschiedlicher Arten enthalten, wie etwa Kraftstoffe mit unterschiedlichen Kraftstoffeigenschaften und unterschiedlichen Kraftstoffzusammensetzungen. Diese Unterschiede können Unterschiede in Bezug auf den Alkoholgehalt, den Wassergehalt, die Oktanzahl, Verdampfungswärmen, Kraftstoffgemische und/oder Kombinationen davon usw. beinhalten. Ein Beispiel für Kraftstoffe mit unterschiedlichen Verdampfungswärmen könnte Benzin als erste Kraftstoffart mit niedrigerer Verdampfungswärme und Ethanol als zweite Kraftstoffart mit größerer Verdampfungswärme beinhalten. In einem anderen Beispiel kann der Verbrennungsmotor Benzin als erste Kraftstoffart und ein alkoholhaltiges Kraftstoffgemisch, wie etwa E85 (das ungefähr zu 85 % aus Ethanol und zu 15 % aus Benzin besteht) oder M85 (das ungefähr zu 85 % aus Methanol und zu 15 % aus Benzin besteht), als zweite Kraftstoffart verwenden. Zu weiteren möglichen Stoffen gehören Wasser, Methanol, ein Gemisch aus Alkohol und Wasser, ein Gemisch aus Wasser und Methanol, ein Gemisch aus Alkoholen usw.
In noch einem anderen Beispiel kann es sich ferner bei beiden Kraftstoffen um Alkoholgemische mit variierender Alkoholzusammensetzung handeln, wobei die erste Kraftstoffart ein Benzin-Alkohol-Gemisch mit einer niedrigeren Alkoholkonzentration sein kann, wie etwa E10 (das ungefähr zu 10 % aus Ethanol besteht), während die zweite Kraftstoffart ein Benzin-Alkohol-Gemisch mit einer höheren Alkoholkonzentration sein kann, wie etwa E85 (das ungefähr zu 85 % aus Ethanol besteht). Darüber hinaus können sich der erste und der zweite Kraftstoff auch in Bezug auf weitere Kraftstoffeigenschaften unterscheiden, wie beispielsweise einen Unterschied hinsichtlich der Temperatur, Viskosität, Oktanzahl usw. Außerdem können sich die Kraftstoffeigenschaften eines oder beider Kraftstofftanks häufig ändern, zum Beispiel aufgrund täglicher Schwankungen beim Auffüllen des Tanks.
Die Steuerung 12 ist in 1 als ein Mikrocomputer dargestellt, der eine Mikroprozessoreinheit 106, Eingangs-/Ausgangsanschlüsse 108, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, in diesem konkreten Beispiel zum Speichern von ausführbaren Anweisungen als nichtflüchtiger Nurlesespeicher 110 dargestellt, Direktzugriffsspeicher 112, Keep-Alive-Speicher 114 und einen Datenbus beinhaltet. Die Steuerung 12 kann zusätzlich zu den zuvor erörterten Signalen verschiedene Signale von an den Verbrennungsmotor 10 gekoppelten Sensoren empfangen, beinhaltend die Messung von eingeleitetem Luftmassenstrom (Mass Air Flow - MAF) vom Luftmassenstromsensor 122; Verbrennungsmotorkühlmitteltemperatur (Engine Coolant Temperature - ECT) vom Temperatursensor 116, der mit der Kühlhülse 118 gekoppelt ist; eines Profilzündungsaufnahmesignals (Profile Ignition Pickup - PIP) vom Hall-Effekt-Sensor 120 (oder anderer Art), der mit der Kurbelwelle 140 gekoppelt ist; Drosselpositon (Throttle Position - TP) von einem Drosselpositionssensor und Krümmerabsolutdrucksignal (Absolute Manifold Pressure - MAP) vom Sensor 124. Ein Motordrehzahlsignal, U/min, kann durch die Steuerung 12 aus dem PIP-Signal erzeugt werden. Das Krümmerdrucksignal MAP von einem Krümmerdrucksensor kann dazu verwendet werden, einen Hinweis auf Unterdruck oder Druck im Ansaugkrümmer bereitzustellen.
Die Steuerung 12 empfängt Signale von den verschiedenen Sensoren aus 1 und setzt die verschiedenen Aktoren aus 1 ein, um den Verbrennungsmotorbetrieb auf Grundlage der empfangenen Signale und Anweisungen, die in einem Speicher der Steuerung gespeichert sind, anzupassen. Als Reaktion auf eine Erhöhung des Bedienerdrehmomentbedarfs, wie auf Grundlage einer Eingabe durch einen Pedalstellungssensor (während eines Pedalbetätigungsereignisses) angegeben, kann die Steuerung zum Beispiel den Ladedruckausgang von dem Verbrennungsmotor durch Senden eines Steuersignals an den Wastegate-Ventilaktor zum Betätigen des Wastegate-Ventils in eine stärker geschlossene Stellung erhöhen. Als Reaktion auf eine Verringerung des Bedienerdrehmomentbedarfs, wie auf Grundlage einer Eingabe durch einen Pedalstellungssensor (während eines Pedalfreigabeereignisses) angegeben, kann die Steuerung als weiteres Beispiel den Ladedruckausgang von dem Verbrennungsmotor durch Senden eines Steuersignals an den Wastegate-Ventilaktor zum Betätigen des Wastegate-Ventils in eine stärker geschlossene Stellung erhöhen. In einem Beispiel kann der Ladedruck über ein Aufladungsregelmodul der Steuerung geregelt werden.
Durch Verwendung eines Turboladers kann ein Leistungsausgang des Verbrennungsmotors für einen vorgegebenen Zylinderhubraum erhöht werden. Außerdem werden zusätzliche synergetische Vorteile erzielt. Die Turbine des Turboladers in dem Abgasweg des Verbrennungsmotors verwendet einen Teil der verfügbaren Abgasenergie, um den verbundenen Verdichter anzutreiben, der einen höheren Strom durch den Ansaugkrümmer presst. Während die Turbine anläuft, steigt der Abgasdruck, wodurch der Ausgangsstrom aus dem Verbrennungsvorgang verringert wird, bis der Verdichter den Ansaugkrümmerdruck ausreichend „erhöht“, um den Gegendruck zu überwinden.
Die Vorteile turboaufgeladener Systeme müssen jedoch mehreren Beeinträchtigungen gegenübergestellt werden, die wachsen, wenn die Aufladung ein hohes Niveau erreicht. Bei einem Dieselverbrennungsmotor führt eine zu geringe Aufladung zu übermäßiger Partikelbildung und eingeschränktem Fahrverhalten, während eine zu starke Aufladung zu Geräuschen, Vibrationen, Rauhigkeit (NVH) führt und die Abgasrückführung (AGR) aufgrund höherer Ansaugkrümmerdrücke einschränkt. Die Verringerung von Inertabgas kann zu höheren Verbrennungstemperaturen führen und fördert die NOx-Bildung. Ein derartiges aufgeladenes Verbrennungsmotorsystem kann eine sorgfältige Koordination von Kompromissen erfordern, um die erforderliche Verbrennungsmotorleistung zuzuführen und gleichzeitig den Ladedruck zu beschränken, um eine längere Verbrennung bei hohem Ladedruck zu vermeiden, der die Abgasemissionen erhöht.
Wie vorstehend erörtert, kann der Betrieb des Turboladers über Einstellungen von Komponenten oder Aktoren eines Aufladungsregelsystems geregelt werden, wie etwa durch Ablassen des Abgasdrucks entweder durch das Umgehen der Turbinenschaufeln (wie etwa durch das Wastegate 90) oder durch Verändern der Geometrie der Turbine, wie etwa des Winkels der Schaufeln, um ihre Abgasenergieaufnahme zu variieren. Die Ausgestaltung des Turboladerverbrennungsmotors führt zu einem stromaufwärtigen Luftstrom und eingespritztem Kraftstoff, der gewöhnlich einen übermäßigen Ladedruck erzeugt, sofern nicht die VGT oder ein anderes hochleistungsfähiges Wastegate verwendet werden, um das Ladeniveau zu steuern. Der Kompromiss wird durch das Kennfeld des Verbrennungsmotors und Planen eines akzeptablen Ladedrucks bestimmt. Andere Verbrennungsmotorsysteme, wie etwa die Abgasrückführung (AGR) und die variable Nockenansteuerung (VCT), können sich auf den Ladedruck auswirken. Diese anderen Faktoren werden ebenfalls geplant, aber ein transienter Betrieb und/oder bleibende Regelabweichungen können zu Ladedrücken führen, die von dem gewünschten Niveau abweichen. Ein beispielhafter Ansatz zum Zurückweisen dieser Störungen beinhaltet das Zuweisen der VGT zu einer Regelung mit geschlossenem Regelkreis, um den gewünschten Ladedruck aufrecht zu erhalten. Die Ladedruckreaktion bei geschlossenem Regelkreis wird durch die Krümmerfülldynamik dominiert, die viel langsamer ist, als die Betätigung der VGT. Gewöhnlich reagiert die VGT auf eine befohlene Korrektur in einigen Hundert Millisekunden, aber das Gesamtrückkopplungssystem kann mehrere Sekunden benötigen, um eine Störung zurückzuweisen.
Um geregelte Abgasemissionen zu ermöglichen, kann eine On-Board-DiagnoseÜberwachungseinrichtung (OBD-Überwachungseinrichtung) einen Test für jede Fahrt oder jeden „Weg“ des Fahrzeugs versuchen, der eine Mindestmenge von Kriterien (wie etwa eine Mindestfahrzeuglaufzeit bei Fahrzeuggeschwindigkeit 0 sowie über 25 mph, akzeptable Umgebungstemperaturen und -drücke usw.) erfüllt. Der OBD-Test muss schlussfolgern, dass das aufgeladene Verbrennungsmotorsystem wenigstens bei einem Drittel aller gültigen Fahrten defektfrei ist oder defekt ist. Ein beispielhafter OBD-Test kann spezifisch an das Ladedruckregelsystem gerichtet sein, wobei die Möglichkeit vorgesehen ist, dass Regelaktoren, wie etwa die VGT, einen langsamen Ladedruckregeldefekt zur Überprüfung der Defektüberwachungseinrichtung schaffen. Intrusive OBD-Tests können absichtlich das Ladedruckregelsystem nutzen, um einzig zum Zweck der Erfüllung des OBD-Tests die Kapazität einer Reaktion auf eine intrusiv geschaffene Druckabweichung zu prüfen. Ein Vorteil des intrusiven Systems besteht darin, dass das Steuersystem des Fahrzeugs aktiv Möglichkeiten verfolgen kann, um einen möglichen Defekt aufzudecken und wenn kein Defekt erkannt wird, das Fahrzeug für die betreffende Fahrt defektfrei erklären und die Fahrttestabschlussmetrik erfüllen. Der Teststimulus des intrusiven Tests kann jedoch über das Potential verfügen das Fahrverhalten und die Emissionen der Fahrzeuge zu stören, sodass es mit dem intrusiven Ansatz schwierig sein kann, sowohl eine angemessene Erfassung als auch eine minimale Störung bereitzustellen.
OBD-Testanforderungen können auch über eine passive Erfassung erfüllt werden. Anstatt die Aktoren des Systems absichtlich zu stimulieren, um einen Defekt aufzudecken, kann das Steuersystem das normale Verhalten des Aufladungsregelsystems beobachten und nach Hinweisen suchen, die angeben, dass das System defekt ist. Die erforderlichen Mindestbedingungen, um eine Fahrt als gültigen Testfall zu qualifizieren, können nicht immer einen für einen bestimmten OBD-Test ausreichenden Aktorbetrieb bereitstellen, um zuverlässig ein Ergebnis defektfrei von einem Ergebnis defekt mit hoher Konfidenz zu unterscheiden, wodurch eine beträchtliche Herausforderung geschaffen wird. Der Vorteil eines passiven Tests ist, dass das Nennsystem keine Störung durch den absichtlichen intrusiven Betrieb riskieren muss.
Wie hier ausgeführt, kann ein passiver (nicht intrusiver) Ansatz verwendet werden, um die OBD-Testanforderungen zu erfüllen, während gleichzeitig zuverlässige Ergebnisse bereitgestellt werden. Wie unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, kann eine Verbrennungsmotorsteuerung die Leistung der Rückkopplungsreaktion des Aufladungsregelsystems bewerten, während sie sich auf die transiente Differenz oder Abweichung des gewünschten und tatsächlichen Ladedrucks konzentriert, anstatt sich auf die Art oder Höhe der Aktoreinstellung zu konzentrieren (z. B. unabhängig von einem Wastegate-Befehl oder einer gemessenen Stellung).
Auf diese Weise können die Komponenten aus 1 ein Fahrzeugsystem ermöglichen, umfassend einen Verbrennungsmotor; einen Turbolader, beinhaltend einen Ansaugverdichter, der von einer Abgasturbine angetrieben wird; eine VGT oder ein Wastegate-Ventil, das in einem über die Abgasturbine gekoppelten Wastegate angeordnet ist; einen Zeitgeber; und eine Steuerung mit in einem nichtflüchtigen Speicher gespeicherten computerlesbaren Anweisungen zum: als Reaktion auf eine Änderung des geforderten Ladedrucks Einstellen einer Stellung des Wastegate-Ventils und Initiieren des Zeitgebers; Überwachen einer auf dem Zeitgeber verstrichenen Dauer, um eine Druckabweichung abzuschließen, die der Änderung des geforderten Ladedrucks entspricht, nach dem Einstellen; und als Reaktion darauf, dass die Dauer länger als ein Schwellenwert ist, Angeben einer Verschlechterung der Reaktionszeit des Ansaugladedrucks. Die Steuerung kann weitere Anweisungen zum Überwachen der Dauer beinhalten als Reaktion darauf, dass qualifizierende Fahrzeugbetriebsbedingungen erfüllt werden, einschließlich einer Mindestfahrzeuglaufzeit, einer über einen Verbrennungsmotortemperatursensor geschätzten Schwellenwertverbrennungsmotortemperatur; einem von einem Ansaugkrümmerdrucksensor geschätzten minimalen Ansaugkrümmerdruckniveau und einer minimalen Änderungsgeschwindigkeit der eingespritzten Kraftstoffmasse, die einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung eines Verbrennungsmotorzylinders befohlen wird. Die Steuerung kann noch weitere Anweisungen zum Verarbeiten des gewünschten Drucks über jeweils ein Verzögerungs- und ein Nacheilfilter mit einem Zeitkonstanten-Parameter zum Bilden eines erwarteten Ladedrucks beinhalten, sodass ein Druckabweichungssignal gebildet werden kann, durch Verwendung der Differenz zwischen dem erwarteten und dem tatsächlichen Wert; und Überprüfen der Druckabweichung zwischen jeweils einem oberen Grenzwert und einem unteren Grenzwert, wobei der obere Grenzwert auf einer Toleranz der Nennunterschreitung basiert, der untere Grenzwert auf einer Toleranz der Nennüberschreitung basiert. Sowohl in einem Unterschreitungs- als auch in einem Überschreitungszustand wird, sobald die Abweichung die Grenzen verlässt, die Rückkopplung eine ausreichend starke Regelreaktion auslösen, um die Abweichung zu korrigieren, wobei es der Überwachungseinrichtung ermöglicht wird, eine potentielle defekte langsame Reaktion zu erkennen. Es ist zu beachten, dass Regelsysteme dazu neigen, die Regelkraft zu reduzieren, wenn das Ziel fast erreicht ist und die Reaktion dazu neigt langsamer zu werden, um einen gleichmäßigeren Betrieb zu erzielen, damit sogar eine Reaktionsfähigkeit eines defekten Systems nicht überschritten wird, somit ist eine minimale Abweichung außerhalb der Grenzen erforderlich.
Unter Bezugnahme auf 2A-2B ist nunmehr ein beispielhaftes Verfahren 200 zum Diagnostizieren der Reaktion eines Ladedruckregelsystems gezeigt, einschließlich des Überprüfens eines angemessenen Stimulus, der erforderlich ist, um einen Defekt aufzudecken. Das Verfahren ermöglicht, dass die Ladedruckregelung auf Grundlage einer Reaktionszeit einer Ladedruck-Rückkopplungsschleife, die auf verschiedene Ladedruckabweichungen im Verlauf eines Fahrzyklus reagiert, nicht-intrusiv diagnostiziert wird. Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens 200 und der übrigen hier eingeschlossenen Verfahren können durch eine Steuerung auf der Grundlage von in einem Speicher der Steuerung gespeicherten Anweisungen und in Verbindung mit von Sensoren des Verbrennungsmotorsystems empfangenen Signalen ausgeführt werden, wie etwa den vorstehend unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Sensoren. Die Steuerung kann Verbrennungsmotoraktoren des Verbrennungsmotorsystems einsetzen, um den Verbrennungsmotorbetrieb gemäß den nachstehend beschriebenen Verfahren einzustellen. Man wird verstehen, dass 2B eine Fortsetzung des Verfahrens 200 aus 2A ist, und dass das Verfahren 300 aus 3 Aspekte von Schritt 208 aus 2A aufführt.
Bei 202 gibt das Verfahren geschätzte und/oder gemessene Fahrzeug- und Verbrennungsmotorbetriebsbedingungen ein, die von der Verbrennungsmotorsteuerung (z. B. dem Antriebsstrangsteuermodul, Powertrain Control Module - PCM) gesammelt wurden. Diese können als nicht einschränkende Beispiele die Verbrennungsmotordrehzahl, die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Verbrennungsmotortemperatur, Umweltbedingungen, wie etwa die Umgebungstemperatur, den Luftdruck, die Luftfeuchtigkeit, die Kraftstoffeinspritzmasse, den gemessenen Ladedruck, die Verbrennungsmotorlaufzeit seit dem letzten Anlassen des Verbrennungsmotors, die AGR-Flussrate, den aktuellen Ladedruck, die aktuelle Wastegate-Ventilstellung, den Krümmerdurchfluss und -druck, die Abgastemperatur usw. beinhalten. Demnach kann der Verbrennungsmotor währen der Routine der 2A-2B mit einer Aufladungsregelung mit geschlossenem Kreis betrieben sein.
Bei 204 prüft das Verfahren eine Untermenge der eingegebenen von dem PCM gesammelten Bedingungen, wie etwa eine minimale Laufzeit, eine minimale Verbrennungsmotorkühlmitteltemperatur und einen minimalen Ansaugkrümmerdruck, um zu bestimmen, ob die Fahrzeugbetriebsbedingungen mit den Eingangsbedingungen für die Ladedrucküberwachungseinrichtung übereinstimmen. Die minimale Laufzeit, die als ein Beispiel 25 Sekunden sein kann, gewährleistet, dass die Fahrzeugteilsysteme die Initialisierung für die Fahrt abgeschlossen haben, so dass die normale Aufladungsregelung beginnen kann. Die minimale Verbrennungsmotorkühlmitteltemperatur, in einem Beispiel 44 Grad C, gewährleistet, dass die Verbrennungsmotorkomponenten, die den Ansaugkrümmer und die Aufladungsregelung betreffen, ausreichend warm für den Normalbetrieb sind. Der minimale Ansaugkrümmerdruck, in einem Beispiel 1500 hPa, ist groß genug, um zu gewährleisten, dass der Verbrennungsmotor sich nicht im Leerlauf oder in einem starken Abbremsvorgang befindet, bei dem die erwartete Aufladungsschätzung nicht ausreichend genau sein kann. Wenn eine beliebige der geprüften Eingangsbedingungen nicht erfüllt ist, wird bei 206 ein Druckabweichungszeitgeber zurückgesetzt, ein Prüfzeitgeber wird angehalten und bei seinem aktuellen Niveau belassen und die Überwachungseinrichtung wartet darauf, es erneut zu versuchen, wenn die PCM-Ausführung zum nächsten Ausführungsdurchgang zurückkehrt. Wenn alle Eingangsbedingungen übereinstimmen, kann das Verfahren gleichzeitig zu 208 und 226 übergehen. Einzelheiten der bei 226 beginnenden Unterroutine sind in 2B dargestellt, die eine Fortsetzung von 2A ist. Das Verfahren 200 erfordert, dass das PCM bei einem gegebenen Durchgang beide Pfade (den Pfad, der bei 208 beginnt, ebenso wie den Pfad, der bei 226 beginnt,) ausführt, solange es die Bedingungen erlauben, und diese dann bei dem nächsten Durchgang erneut ausprobiert. Somit zeigen die 2A-2B, dass das Verfahren zum Start zurückkehrt, wenn Bedingungen blockiert sind (wenn die Antwort auf eine Frage „NEIN“ lautet).
Man wird verstehen, dass in einigen Beispielen die Überwachungseinrichtung aus den 2A-2B als Reaktion auf eine Änderung des Bedienerdrehmomentbedarfs initiiert oder ausgelöst werden kann, wie etwa eine Änderung des Bedienerdrehmomentbedarfs, die höher als ein Schwellenwert ist, die eine Änderung der Ladedruckzuführung erfordert. In einem Beispiel kann eine Änderung des Bedienerdrehmomentbedarfs bestätigt werden, wenn der Bediener ein Gaspedal um mehr als eine Schwellenwertmenge niederdrückt oder loslässt. Wenn eine Änderung des Bedienerdrehmomentbedarfs nicht bestätigt wird, oder wenn die Änderung kleiner als die Schwellenwertänderung ist und keine Änderung der Ladedruckzuführung erfordert, kann die Überwachungseinrichtung nicht ausgelöst werden und die Aufladungsaktoreinstellungen, wie eine Wastegate-Stellung oder eine Turbinengeometrie (z. B. Winkel der Turbinenschaufeln), kann beibehalten werden. Ein Untermodul des PCM kann ausgelegt sein, den gewünschten Ladedruck zu bestimmen, wenn sich der Bedienerdrehmomentbedarf ändert, wobei das Untermodul, das für die Bestimmung des Ladedrucks verantwortlich ist, sich von einem Untermodul des PCM, das für die Ausführung der Überwachungseinrichtung aus den 2A-2B verantwortlich ist, unterscheidet. n.
Zurückkehrend zu 208 wird die Druckabweichung berechnet und dies ist in 3 näher aufgeführt. Bei 210 wird die Druckabweichung mit einer oberen (Thr_U) und einer unteren (Thr_L) Menge von Grenzen verglichen, die einen Bereich definieren, in dem die Druckabweichung als innerhalb eines Bereichs eines Nennsystems liegend betrachtet wird. Demnach können unterschiedliche Druckabweichungen unterschiedliche Auswirkungen auf die Rückkopplungsreaktionszeit und -leistung des Aufladungsregelsystems haben. Da das Verfahren insbesondere auf dem Rückkopplungscharakter des Aufladungsregelsystems basiert, kann die Rückkopplungsreaktion abhängig von der Art und Größe der Druckabweichung, die die Rückkopplungsreaktion ausgelöst hat, variieren. Außerdem können selbst in defektfreien Systemen gewisse Druckabweichungen vorhanden sein. Ferner können Druckabweichungen vom Fahrerverhalten beeinflusst sein. Starke Beschleunigungen können die Ladedruckregelung zum Beispiel anders herausfordern als sanftes Fahren. Ebenso kann eine Drucküberschreitungsabweichung (wobei der gewünschte Ladedruck niedriger als der aktuelle Ladedruck ist) eine andere Auswirkung auf die Ladedruckregelung haben als verglichen mit einer Druckunterschreitungsabweichung (wobei der gewünschte Ladedruck höher als der aktuelle Druck ist). Als weiteres Beispiel kann eine Ladedruckverschlechterung aufgrund eines verlangsamten VGT-Defekts nicht aufgedeckt werden, indem der Ladedruck beobachtet wird, wenn die VGT nie damit beauftragt wird, eine Ladedruckkorrektur bereitzustellen. Andererseits kann eine starke Fahrzeugbeschleunigung in einem defektfreien System verglichen mit einem defekten System, das nur einer schwachen Beschleunigung unterworfen wird, eine beträchtliche Druckabweichung hervorrufen. Daher liegt die Herausforderung für den OBD-Test darin, einen Aspekt der Regelreaktion und Druckabweichung zu erfassen, der eine defekte Reaktion von einer defektfreien abgrenzt, wenn eine einfache Prüfung der Größe der Abweichung nicht ausreicht.
In einem Beispiel sind Ladedruckabweichungen nur gültige Überwachungsbedingungen, wenn sie außerhalb eines oberen Grenzwerts oder eines unteren Grenzwerts liegen. Das heißt Ladedruckabweichungen, die höher als der oberer Grenzwert und niedriger als der untere Grenzwert sind, können zum OBD-Testen des Ladedruckregelsystems verwendet werden. Der obere und untere Grenzwert können obere und untere Grenzen definieren, in denen die Reaktionszeit einer Druckabweichung nicht zuverlässig mit einer Ladedruckregelverschlechterung korreliert werden können. Insbesondere gibt eine positive Druckabweichung an, dass das System einem Fehler durch Unterschreiten des gewünschten Werts unterliegt, während eine negative Druckabweichung angibt, dass in dem System ein Fehler durch Überschreiten des gewünschten Werts aufgetreten ist. Die erforderlichen Grenzniveaus sollen einen Fehler schaffen, der groß genug ist, um die Regelung mit geschlossenem Regelkreis zu zwingen, eine große Korrektur vorzunehmen, die die verfügbare Reaktionsfähigkeit des Systems testet. Ein zu kleiner Fehler wird viel geringere Korrekturen auslösen, auf die ein defektes System mit langsamer Reaktion, angemessen reagieren kann. Durch Begrenzen der Diagnose auf Druckabweichungen, die außerhalb des oberen und unteren Grenzwerts liegen, können Unterschiede in der Reaktionszeit auf eine Ladedruckunterschreitung in Bezug auf eine Ladedrucküberschreitung während der Bestimmung eines Defekts berücksichtigt werden. Durch das Setzen der Grenzen untersucht die Steuerung insbesondere nur starke Regelreaktionen, bei denen die Geschwindigkeit der Aufladungsreaktion wichtig ist und ist in der Lage, zuverlässiger klare Abgrenzungen zwischen relevanten und irrelevanten Abweichungen zu erzeugen.
In einem Beispiel kann die Steuerung Daten über mehrere Fahrzyklen und Straßenfahrten sowohl bei defekten als auch defektfreien Bedingungen sammeln und die Grenzen auf Grundlage der Daten verfeinern, um eine Lösung zu erzielen. Eine Analyse des Regelkreises (hergestellt aus Steuerelektronik und tatsächlichen physischen Teilen) und des Regelalgorithmus können jedoch dabei helfen. Wenn zum Beispiel eine PI-Reglerabstimmung sowie eine Unempfindlichkeitsfehlerverarbeitung verwendet werden, kann es möglich sein, zu sehen, bei welchem Fehlerniveau das Reglerverhalten für kleinere Fehler sehr vorsichtig wird und sich nur langsam einem Ziel nähert, eine Betriebsweise, die ein System mit langsamer Reaktion nicht aufdecken würde.
Lautet das Ergebnis von 210 falsch, das heißt liegt die Abweichung im Nennbereich zwischen dem oberen und unteren Grenzwert, wird der Abweichungszeitgeber bei 212 zurückgesetzt und es wird bestimmt, dass dieser Pfad des Verfahrens bis zum nächsten PCM-Durchgang erfolgen muss. Liegt die Abweichung außerhalb des Nennbereichs, geht das Verfahren zu 214 über, wobei der Abweichungszeitgeber für diesen PCM-Durchgang vorrücken darf. Bei 216 wird dieser vorgerückte Abweichungszeitgeber mit dem vorhergehenden Zeitgeberwert verglichen, und wenn er größer ist, ersetzt die Steuerung den letzten Wert bei 218 mit dem neuesten erworbenen Wert. Ist er nicht größer, ersetzt die Steuerung den letzten Wert bei 220 nicht, da er noch immer der höchste gefundene Wert ist. Auf diese Weist wird für eine gegebene Fahrt das höchste Niveau erfasst, das der Zeitgeber erreicht hat, selbst wenn der Abweichungszeitgeber zurückgesetzt wurde und die Fahrzeugbedingungen einen neuen Versuch zum Aufbau einer Abweichungszeit erfordern. Dieser protokollierte Wert des Abweichungszeitgebers wird zuletzt bei 222 mit einer Abweichungsschwellenwertzeit verglichen. Ist der Schwellenwert noch nicht erreicht, wird dieser Pfad bis zum nächsten Durchgang als abgeschlossen betrachtet. Hier wird der Abweichungszeitgeber nicht zurückgesetzt, sondern kann stattdessen bei dem nächsten Durchgang durch 202 bis 216 auf Grundlage sich ändernder Bedingungen zurückgesetzt werden oder er kann die protokollierte Abweichung weiter erhöhen, wenn die Defektbedingungen weiterhin bestehen. Wenn der Abweichungsschwellenwert erreicht ist, gibt das Verfahren bei 224 an, dass bei dieser Fahrt ein Defekt mit einer langsamen Aufladungsreaktion vorhanden ist. An diesem Punkt ist das Verfahren abgeschlossen, da ein Defekt gefunden wurde, selbst wenn mehr Testzeit zulässig ist (wie bei 234 ausgeführt). 2A zeigt bei 224 das Ende der Überwachungseinrichtung hier als optional, falls ein anderes System weitere Beispiele für defektes Verhalten sehen möchte (wie etwa während der Fahrzeugvorproduktionsentwicklung oder dem Scan-Tool-Debugging, wenn das Fahrzeug repariert wird).
Die Überwachungseinrichtung fährt dann mit 238 fort, wobei der Defekt zusammen mit der Bestätigung, dass eine ausreichende Testzeit verstrichen ist, bewertet wird. Der Teil der Überwachungseinrichtung, bei dem die Testzeit bestätigt wird, ist in 2B bei den Schritten 226-236 ausgeführt.
Der bei 226 beginnende Pfad und seine folgenden Schritte müssen ebenfalls soweit wie möglich ausgeführt werden, ähnlich dem Pfad, der mit den Schritten 204-224 erfolgt. Der Pfad muss bei 226 bestimmen, ob während der Fahrt ein angemessener Stimulus erfolgt ist, sodass, falls ein Defekt vorhanden gewesen wäre, dieser ausreichend aufgedeckt worden wäre, um von dem Pfad von 208 bis 224 gefunden zu werden. Der Schritt 226 beinhaltet die Verwendung des von der PCM abgerufenen Werts der eingespritzten Kraftstoffmasse, um eine Änderungsgeschwindigkeit dieser Variable unter Verwendung einer Bestimmung des Typs Standardableitung erster Ordnung zu berechnen. Bei 228 wird die Änderungsgeschwindigkeit der Masseeinspritzung mit einem Schwellenwert abgeglichen, der falls er überschritten ist, angibt, dass eine ausreichende Störung der Aufladungsregelung vorhanden ist, dass ein defektes System auf Grundlage der Druckabweichung zu langsam reagiert. Wenn die Masseeinspritzgeschwindigkeit zu gering ist, beendet der Schritt 230 diesen PCM-Durchgang zum Aktualisieren des Prüfzeitgebers, andernfalls rückt der Schritt 232 einen Zeitgeber vor, wenn die Bedingungen für das Erfassen eines Defekts angemessen sind. Bei 234 wird der Prüfzeitgeber mit einer maximal zulässigen Zeit abgeglichen, wenn angemessene Bedingungen für eine Prüfung auf einen Defekt vorlagen. Wenn noch zulässige Zeit übrig ist, darf das Verfahren weitere PCM-Durchgänge überwachen, wenn die zulässige Zeit jedoch überschritten ist, fährt das Verfahren bei 236 fort, wobei das Verfahren den Rest des PCM warnt, dass die zulässige Zeit abgeschlossen ist. Wenn 224 keine Abweichungszeit auf Schwellenwertniveau während der Fahrt erfasst hat und 236 den Abschluss des Tests erklärt hat, dann schlussfolgert das Verfahren bei 238, dass bei dieser Fahrt kein Defekt vorliegt. An diesem Punkt muss das Verfahren bei 240 anhalten, bis das OBD-Leitprogramm des PCM den weiteren Betrieb zulässt (gewöhnlich die nächste Fahrt), wobei normalerweise alle Zustandsbedingungen des Verfahrens zurückgesetzt werden.
Es ist möglich, dass ein Defekt durch eine Systemstörung aufgedeckt werden könnte, die ihre Ursache nicht in der Masseneinspritzungsänderung hat, und der Abschnitt 208 bis 224 des Verfahrens erfasst noch immer die langsame Reaktion, was wünschenswert ist. Für die Zwecke des Feststellens einer defektfreien Bedingung, ist das Verfahren jedoch gezwungen einen bekannten Stimulus zum Aufdecken einer langsamen Reaktion zum Zwecke des Prüfens auf angemessene Bedingungen zu verwenden, um einen Defekt aufzudecken. Gewöhnlich wird ein defektes System bei den meisten qualifizierten Fahrten aufgedeckt, bevor die zulässige Testzeit ausgeschöpft ist, aber die Prüfung der zulässigen Zeit soll sicherstellen, dass eine Feststellung der Defektfreiheit gerechtfertigt ist. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit falscher Defekterfassungen verringert.
3 beschreibt Block 208 aus 2A näher. Verfahren 300 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Bestimmen der Druckabweichung, die bei dem Überwachungsverfahren 200 aus den 2A-2B verwendet wird. Schritt 302 beinhaltet das Abrufen des von dem PCM berechneten gewünschten Ladedrucks aus dem Speicher der Steuerung. Der gewünschte Ladedruck ist eine Dieselverbrennungsmotorberechnung, die auf einem Bedienerdrehmomentbedarf, der primär von der Pedalstellung abgeleitet ist, aber auch auf vielen Teilsystemeinstellungen basiert, die erforderlich sind, um einen gleichmäßigen Betrieb, Kraftstoffeffizienz und Emissionen zu gewährleisten, was durch das Schaffen von Bedingungen veranschaulicht ist, die erforderlich sind, um einen ordnungsgemäßen AGR-Strom zu ermöglichen. Der Ladedruck unterliegt dem Massenstrom, der Verbrennungsmotordrehzahl und dem Betrieb der VGT (oder des Wastegate), aber das PCM verfügt über eine eingeschränkte Freiheit zum Einstellen der Verbrennungsmotordrehzahl (über Gangwahl, Wandlerschlupf) und Masseeinspritzung (Kraftstoffverteilerdruck und Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung), weil das Erfüllen des Bedienerbedarfs immer Vorrang haben muss, sodass sich das PCM primär auf die VGT verlassen muss, um den gewünschten Ladedruck zu erzielen. Obwohl wie vorstehend angegeben die VGT eine wichtige Rolle bei der Aufladungsregelung spielt und eine bevorzugte Art des Veranschaulichens der Überwachungseinrichtung darstellen kann, können andere Ursachen für eine langsame Reaktion verantwortlich sein. Das hier beschriebene Verfahren verwendet den gewünschten Ladedruck als eine Eingabe und referenziert den VGT-Befehl oder dessen gemessene Stellung nicht, da das Verfahren in der Lage sein sollte, eine langsame Reaktion unabhängig davon, ob die VGT die zugrundeliegende Ursache ist oder nicht, zu finden. Auf diese Weise ermöglicht das Verfahren, dass eine langsame Aufladungsreaktion unabhängig von einer Richtung und Größe von Aktoreinstellungen eines Wastegates oder einer VGT, die während der Ladedruckregelung verwendet werden, erfasst werden kann.
Bei 304 wird der gewünschte Ladedruck verarbeitet, indem das Signal einen Verzögerungs- und dann einen Nacheilfilter durchläuft, der durch einen Zeitkonstanten-Parameter (Time Constant - TC) geregelt wird. Das entstehende Signal ist ein erwarteter Ladedruck, der vorliegen sollte, wenn das System eine normale (defektfreie) Reaktion aufweist. In einem Beispiel handelt es sich bei dem Verzögerungs- und Nacheilfilter um einen festen Verzögerungs- und festen Nacheilfilter. Bei Schritt 306 wird der Wert des PCM für den tatsächlichen Ladedruck dem tatsächlichen von dem Verfahren verwendeten Wert zugeordnet. Dieser Schritt ermöglicht das triviale Verwenden eines einfachen gemessenen Sensorwerts, aber in einigen Systemen kann das PCM ein repräsentatives Signal von mehreren Sensoren zusammenfügen müssen, oder etwas andere messbasierte Signale anbieten, die anders verarbeitet wurden, um Rauschen bei verschiedenen Frequenzen zu eliminieren, sodass das Verfahren den geeignetsten tatsächlichen verfügbaren Druck auswählen sollte. Schritt 308 subtrahiert dann den tatsächlichen Wert vom erwarteten Wert, um eine Druckabweichung zu erhalten, die an 210 in 2A weitergegeben werden kann.
Die Absicht bei 304 besteht darin, angemessen zu schätzen, wie eine normale Aufladungsreaktion aussehen sollte, ohne auf aufwändige dynamische On-Line-Modelle zurückzugreifen, die die Ressourcen überschreiten, um auf einem PCM abgestimmt und ausgeführt zu werden. Das Verfahren kann durch Verwendung einer einfachen festen Menge von Optionen von reiner Verzögerung (ein Beispiel ist in 4 gezeigt, das eine Verzögerung von 0,4 Sekunden aufweist) und einer Nacheilfilter-Zeitkonstante (TC) (das Beispiel, das in 4 gezeigt ist, verfügt über eine TC von 0,5 Sekunden) erfüllt werden. Eine gewisse weitere Verfeinerung beim Anpassen des tatsächlichen Nennladedrucks ist durch Ausführung der Verzögerungs- und TC-Funktionen anderer Verbrennungsmotorbedingungen, wie etwa Drehzahl und Masseeinspritzung möglich, dies führt jedoch zu weiterer Komplexität und kann daher in einem Beispiel vermieden werden. In einem Beispiel ermöglicht die Verarbeitung des gewünschten Ladedrucks über den festen Verzögerungs- und festen Zeitkonstantennacheilfilter, dass die Steuerung auf kompakte Weise prognostizieren kann, wie der gemessene Ladedruck für ein defektfreies Aufladungsregelsystem aussehen sollte. Wenn der tatsächliche Ladedruck mit diesem Wert verglichen wird, sollte ein defekter Fall eine große Differenz aufweisen, der einfach erfasst und gekennzeichnet werden kann. Demnach kann die Rückkopplungsregelung des Ladedrucks in ihrer Fähigkeit Störungen zurückzuweisen aufgrund der relativ langen Schleifenzeit des Gesamtsystems eingeschränkt sein, wobei sie primär durch das Vorhandensein reiner Verzögerungen sowie einer gewissen nacheilenden dynamischen Reaktion behindert wird. Die reine Verzögerung schränkt die Rückkopplungsreglung dabei ein, unmittelbare Maßnahmen zu ergreifen, um Störungen zurückzuweisen, weil es keine Angabe gibt, dass ein Fehler aufgetreten ist, bis die Verzögerung vorüber ist, während in der Zwischenzeit der tatsächliche Systemladedruck von dem Zieldruck abweichen kann. Sobald der Fehler beginnt den Drucksensor zu erreichen, der eine Rückkopplung für das Ladedruckregelsystem bereitstellt, das durch die Nacheildynamik gedämpft werden kann, kann die Regelung beginnen die Situation zu beheben, obwohl das volle Ausmaß der Störung erst erfasst werden kann, wenn das Nacheilen abgeschlossen ist. Zu einem gewissen Grad können Rückkopplungsregelungen verbessert werden, um mit bekannten Verzögerungs- und Nacheilbedingungen zurechtzukommen, aber eine reine Verzögerung wird die Fähigkeit der Rückkopplungsregelung, eine Störung vollständig zu unterdrücken, immer einschränken. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben erkannt, dass, wenn sie nicht durch einen Defekt behindert wird, die Reaktion bei geschlossenem Regelkreis des Aufladungsregelsystems auf den gewünschten Ladedruck einer Reaktion bei offenem Regelkreis mit einer Verzögerung und einem Nacheilen gleichen kann. Daher wird durch das Verarbeiten des gewünschten Ladedrucks über den Verzögerungs- und den Nacheilfilter die Notwendigkeit, die Ladedruckreaktion auf Grundlage vieler Verbrennungsmotor- und VGT-Signale zu modellieren, verringert. In der Folge wird eine signifikante Verringerung der Rechenkosten und -komplexität erzielt, während eine ausreichende Annäherung bereitgestellt wird. Man wird verstehen, dass in alternativen Beispielen die Nacheil- und Verzögerungsparameter veränderlich statt fest sein können, wobei die Parameter auf Grundlage eines oder mehrerer Verbrennungsmotorparameter variieren. Die Nutzung variabler Nacheil- und Verzögerungsparameter kann jedoch die Rechenkosten und die Komplexität der Messung erhöhen. Daher wird durch die Nutzung fester Nacheil- und Verzögerungsparameter ein Gleichgewicht zwischen Genauigkeit und Komplexität erzielt.
Wie unter Bezugnahme auf 4 ausgeführt, kann ein defektfreier, tatsächlicher Ladedruck noch immer den erwarteten Ladedruck in ausgewählten Verbrennungsmotorbetriebsbereichen überschreiten oder unterschreiten. Daher wird durch das Einschränken, dass der Diagnosetest nicht während derartiger Bedingungen angewendet werden darf, erreicht, dass eine langsame Aufladungsreaktion nicht falsch mit einer Aufladungsregelungsverschlechterung korreliert wird.
Auf diese Weise kann eine Steuerung die Reaktionszeit eines Ladedruckregelsystems auf ausgewählte Ladedruckabweichungen, die durch einen Bediener ausgelöst wurden, überwachen, ohne eine befohlene oder gemessene Wastegate-Stellung zu referenzieren; und als Reaktion darauf, dass die überwachte Reaktionszeit höher als ein Schwellenwert ist, während qualifizierende Fahrzeugbetriebsbedingungen erfüllt sind, eine Verschlechterung des Ladedruckregelsystems angeben und OBD-Testanforderungen erfüllen. In einem Beispiel wird der gewünschte Ladedruck über einen Verzögerungs- und Nacheilfilter unter Verwendung einer Zeitkonstante verarbeitet. Eine Ladedruckabweichung wird aus dem verarbeiteten gewünschten Wert minus dem gemessenen oder tatsächlichen Druck berechnet. In einem Beispiel kann die ausgewählte Ladedruckabweichung Ladedruckabweichungen beinhalten, die außerhalb eines oberen unteren Grenzwerts liegen. In einem Beispiel basiert der obere Grenzwert auf einem eingestellten tolerierten Unterschreitungsniveau und der untere Grenzwert basiert auf einem tolerierten Überschreitungsniveau, wobei über diese hinaus starke Regelkorrekturen erfolgen. Die qualifizierenden Fahrzeugbetriebsbedingungen können eine minimale Fahrzeuglaufzeit, eine Schwellenwertverbrennungsmotortemperatur und ein minimales Ansaugkrümmerdruckniveau beinhalten. Die Steuerung kann weitere Anweisungen beinhalten, wenn, als Reaktion auf die qualifizierenden Fahrzeugbetriebsbedingungen, die ausreichend sind, um einen potentiellen Defekt aufzudecken, ein Prüfzeitgeber vorrückt, wenn die Fahrzeugbedingungen der Laufzeit, der minimalen Verbrennungsmotortemperatur und des Ansaugdrucks und ein minimales Masseeinspritzniveau vorliegen. In einem weiteren Beispiel kann die Steuerung als Reaktion, darauf, dass die überwachte Reaktionszeit geringer als der Schwellenwert ist, die überwachte Reaktionszeit in einem Speicher der Verbrennungsmotorsteuerung aktualisieren und keine Verschlechterung des Ladedruckregelsystems angeben. In einem Beispiel beinhaltet das Angeben einer Verschlechterung als Reaktion auf die überwachte Reaktionszeit das Angeben einer Referenzierung der Größe der ausgewählten Ladedruckabweichungen, sobald diese außerhalb einer oberen oder unteren Grenze liegen, und ohne Referenzierung der befohlenen oder gemessenen Wastegate-Stellung.
Ein Beispiel für Variationen der Reaktionszeit bei der Regelung des Ladedrucks mit geschlossenem Regelkreis in einem defektfreien Ladedruckregelsystem ist unter Bezugnahme auf in 4 gezeigt. Ein gewünschter Ladedruck (Pdes) ist bei Verlauf 406 (Strichlinie mit kurzen Strichen) gezeigt. Der verarbeitete gewünschte Ladedruck (erwartet), wie er durch einen Verzögerungs- und einen Nacheilfilter verarbeitet ist, ist bei Verlauf 404 (Strichlinie mit langen Strichen) gezeigt. Ein tatsächlicher Ladedruck, wie er durch einen Drucksensor gemessen wird, ist bei Verlauf 402 (durchgezogene Linie) gezeigt. Der Druck wird auf der y-Achse und die Zeit auf der x-Achse gezeigt. Wie bei den Verläufen 402 und 404 dargestellt, stimmt der erwartete Ladedruck über die Mehrheit des Fahrzyklus mit dem tatsächlichen Ladedruck überein.
An einigen Stellen liegen die Verläufe 402 und 404 nicht übereinander und das sind Bedingungen, bei denen das Verfahren der 2A-2B eingeschränkt ist, um eine fehlerhafte Auslegung der Ergebnisse zu reduzieren. Im Bereich 410 zum Beispiel, wenn der Verbrennungsmotor bei Leerlaufbedingungen betrieben wird, reagiert der tatsächliche Ladedruck (402) langsamer auf die befohlene Ladedruckänderung als während Bedingungen ohne Leerlauf. Daher liegen die Verläufe 402 und 404 in diesem Bereich nicht gut übereinander. Als weiteres Beispiel durchläuft der tatsächliche Ladedruck bei ausgewählten Pedalbetätigungen und Pedalfreigaben, wie in Bereich 420 gezeigt, kurze Überschreitungen und Unterschreitungen, obwohl das System nicht defekt ist. Ferner kann bei einigen Verbrennungsmotorbetriebsbedingungen, wie bei Bereich 430, der tatsächliche Ladedruck (402) Störungen unterliegen, die die Steuerung langsam zurückweist. In den Bereichen 410 befindet sich das Fahrzeug in einem minimalen Betriebszustand mit einem noch längerem Nacheilverhalten, das verhindert werden kann, indem der statische Ladedruck (bei 204 in 2A) geprüft wird. Im Bereich 420 schwankt der tatsächliche Ladedruck leicht und diese kurzen kleinen Überschreitungs- und Unterschreitungsabweichungen werden durch Prüfen der oberen und unteren Grenzen (bei 210 in 2A) blockiert. Der Bereich 430 wird durch die Prüfung auf minimalen Druck (bei 204 in 2A) ebenfalls blockiert.
Eine beispielhafte Ladedruckregeldiagnose ohne Defekt ist jetzt in der in 5 gezeigt. Die stellt die Änderungen der Fahrzeuggeschwindigkeit (Vspd) in Verlauf 502 dar. Demnach spiegeln die Änderungen der Fahrzeuggeschwindigkeit die Änderung des Bedienerdrehmomentbedarfs wider, wobei der Drehmomentbedarf erhöht wird, indem ein Bediener ein Gaspedal betätigt, um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu erhöhen, wobei der Drehmomentbedarf verringert wird, indem der Bediener ein Bremspedal betätigt und/oder das Gaspedal loslässt, um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu verringern. Die Kraftstoffeinspritzmasse als Reaktion auf die Änderung des Drehmomentbedarfs ist bei Verlauf 504 gezeigt. Einstellungen des VGT-Wastegates (WG) sind in den Verläufen 505 (gewünscht) und 506 (gemessen) dargestellt, wobei diese bei einem Beispiel ohne Defekt sehr stark übereinander liegen. Insbesondere zeigt der Verlauf 506 einen Grad der Öffnung des WG, wobei die WG-Öffnung sich von oben nach unten auf der y-Achse erhöht, wobei Ladedruck abgelassen wird. Ladedruckänderungen sind in den Verläufen 508-510 gezeigt, wobei der Verlauf 510 (gestrichelte Linie) den erwarteten und der Verlauf 508 (durchgezogene Linie) den tatsächlichen Ladedruck darstellen. Die Ladedruckabweichung (Pdvt, bestimmt als eine Differenz zwischen dem gewünschten, verzögerten und gefilterten Ladedruck und dem tatsächlichen Ladedruck) ist bei Verlauf 512 in Bezug auf einen oberen Grenzwert (Thr_U) und einen unteren Grenzwert (Thr_L) gezeigt. Die Ausgabe eines Zeitgebers, der eine Aufladungsreaktion einer Rückkopplungsregelung misst, ist bei 514 gezeigt. Ein Kennzeichen, das eine Verschlechterung eines Aufladungsregelsystems angibt, ist bei Verlauf 516 gezeigt. Alle Verläufe werden gegenüber der Zeit entlang der x-Achse gezeigt. Die Abweichungsereignismarkierungen d1-d3 repräsentieren wichtige Punkte. In 5 sind die Abweichungsereignisse die Zeiträume unter einem Abweichungsdefektniveau sehr kurz, sodass das Defektkennzeichen 516 bei 0 bleibt.
Eine beispielhafte Ladedruckregeldiagnose mit Defekt ist jetzt in der in 6 gezeigt. Die aus 6 ist eine äquivalente Abbildung wie in 5 (wobei gleiche Parameter auf die gleiche Weise benannt sind), außer dass ein Fehler mit einer langsamen Reaktion induziert wird, in diesem Beispiel durch das absichtliche Verlangsamen der VGT durch einen Nacheilfilter mit einer TC von 5 Sekunden. Jeder Verlauf ist äquivalent zu 5, aber mit einer 600er-Nummer anstatt mit einer 500er-Nummer. In dem Beispiel versucht das gewünschte VGT-WG (605) sich einzustellen, wenn sich der Bedienerdrehmomentbedarf ändert (604), und der gewünschte Ladedruck ändert sich (608). Wastegate-Einstellungen werden befohlen, um den tatsächlichen Ladedruck auf den gewünschten Ladedruck zu bringen. Die Wastegate-Einstellungen werden von einem Rückkopplungsregelkreis der Verbrennungsmotorsteuerung befohlen, wobei die Einstellungen als Reaktion auf eine Größe eines Druckfehlers zwischen dem tatsächlichen und dem gewünschten Ladedruck befohlen werden (nicht gezeigt). Wenn die Druckabweichung (erwartet - tatsächlich) einen Bereich überschreitet, der durch die oberen und unteren Grenzwerte definiert ist, und wenn weitere qualifizierende Fahrzeugbetriebsbedingungen erfüllt sind, überwacht das Verfahren eine Zeit, die der Rückkopplungsregelkreis benötigt, um den tatsächlichen Ladedruck auf das gewünschte verzögerte und gefilterte Ladedruckniveau zu bringen. Der Regler wiederholt dies mehrere Male während eines Fahrzyklus, immer wenn sich eine Gelegenheit ergibt, um eine Instanz einer Reaktionszeit des Rückkopplungsregelkreises auf eine Druckabweichung zu ermitteln. Wenn die Reaktionszeit für ein Aufladungsereignis die zulässige Defektniveaureaktionszeit für das Fahrzeugmodell überschreitet, wird eine Verschlechterung der Aufladedruckreaktionszeit angegeben (616) und eine langsame Aufladungsreaktion wird der Verschlechterung zugeordnet.
Zum Beispiel wird bei t1 nach einer schnellen Erhöhung des Drehmomentbedarfs, der eine schnelle Erhöhung der Kraftstoffeinspritzmasse erfordert, als Reaktion auf den Drehmomentbedarf das VGT-Wastegate geöffnet, um den Ladedruck abzubauen. Bei diesem Defekt-Beispiel war das VGT-WG jedoch zu langsam, um den Ladedruckanstieg vollständig einzudämmen und die Druckabweichung überstieg den definierten Bereich (zwischen Thr_U und Thr_L) und eine Dauer d1 wird bestimmt, die die Aufladungsreaktionszeit ist, zwischen den Zeiten t1 und t2 (als die Druckabweichung wieder innerhalb der Grenze Thr_L lag). Das Kennzeichen Defekt 616 zeigt erst einen Defekt an, als die Zeit d1 einen Defektniveauschwellenwert erreicht, der für das Ereignis d1 ein kurze Dauer hat, aber ausreichend ist, um eine Defektbedingung anzugeben. Das Ereignis d2 ist ein noch größeres Abweichungsbeispiel, bei dem der Abweichungszeitgeber höher wird, über das zulässige Defektniveau eindeutig hinausgeht, was bei Zeit t3 eintritt.
Der letzte Verlauf aus 6 (Verlauf 618) zeigt den Prüfzeitgeber, der verfolgt wie lange Bedingungen während der Fahrt bestanden, bei denen ein Defekt erfassbar wäre. Der Verlauf 618 steigt nur, wenn eine Reihe von Bedingungen bei 204 erfüllt sind, aber am Wichtigsten ist, dass die Bedingung 228 ebenfalls erfüllt sein muss. Im Verlauf 604 ist die Änderungsgeschwindigkeit der Kraftstoffmasse durch r2, einen scharfen Anstieg, und r1, einen flachen Anstieg, markiert. Der Verlauf 618 erfordert einen scharfen Anstieg von 604, um den Prüfzeitgeber vorzurücken. Es ist zu beachten, dass der flache Anstieg r1 auftritt, wenn noch immer ein gewisses Nacheilen des VGT-WG vorhanden ist, dieses jedoch gering ist. Die Verläufe 608 und 610 liegen damit zu dem Zeitpunkt übereinander, die Abweichung 612 liegt deutlich zwischen den Grenzen Thr_U und Thr_L. Der Verlauf des Prüfzeitgebers 618 für den Defektfall entspricht relativ genau den großen Druckabstimmungen, kann somit als Anzeige dafür verwendet werden, dass das Verfahren unterscheiden kann, wenn ein Defekt möglich ist, da der Prüfzeitgeber für beide 5 bei 518 (kein Defekt) und 6 bei 618 (defekt) äquivalent vorrückt.
Das Kennzeichen in den Verläufen 516 und 616 wird gezeigt, um zu veranschaulichen, wenn das Verfahren einen Defekt erfasst. Nachdem ein Defekt gefunden wurde, kommuniziert das Verfahren dies an die OBD-Diagnoseroutinen des PCM, die einem regulatorischen Verfahren folgen, bei dem eine Aktivierung einer Fehlfunktionsanzeigeleuchte hergestellt, mit Diagnoseservicetools kommuniziert, eine Benutzungsraten-Überwachungseinrichtung für die verschiedenen OBD-Tests aktualisiert wird usw. Für eine gegebene Fahrt besteht keine weitere Notwendigkeit, dass das Verfahren für OBD-Zwecke weiter ausgeführt wird, obwohl der weitere Betrieb für andere Funktionen einen gewissen Nutzen haben könnte, und obwohl in diesem Beispiel bei t2 ein Defekt gefunden wird, haben wir den Betrieb fortgeführt, um zu zeigen, dass das Verfahren weitere Fehler findet, wenn die Fahrt fortgesetzt wird.
Somit wird das Verfahren nicht verwendet, um eine Aufladungssystemkomponente zu prüfen, sondern um eine Gesamtsystemverschlechterung zu diagnostizieren. Während das vorstehende Beispiel die VGT und das WG als ein Beispiel verwendet, dient dies nur zum Veranschaulichen eines Defekts. Man wird verstehen, dass Probleme mit anderen Systemkomponenten, wie etwa ein Leck, ein falsch installierter Ansaugkrümmer usw. potentiell die gleiche langsame Reaktion verursachen könnten. In einem Beispiel kann die Steuerung nach der Erkennung einer langsamen Aufladungsreaktion auf Grundlage des Abschlusses der vorstehend beschriebenen Überwachungseinrichtung eine weitere andere Überwachungseinrichtung initiieren, um eine Quelle für die langsame Aufladungsreaktion zu ermitteln, wobei eine Komponente, die für die langsame Aufladungsreaktion verantwortlich ist, ermittelt (und von anderen Aktoren der Aufladungsreaktion unterschieden) wird und mildernde Maßnahmen dann auf Grundlage der ermittelten Quelle der langsamen Aufladungsreaktion ausgeführt werden können.
Auf diese Weise kann die Reaktionszeit eines Regelsystems mit geschlossenem Regelkreis auf eine Druckabweichung verwendet werden, um eine Aufladungsverschlechterung nicht-intrusiv zu diagnostizieren. Durch Korrelieren der Verschlechterung der Aufladungsregelung mit einer langsamen Aufladungsreaktion ohne Referenzieren des Befehls oder der Stellung der Aufladungsaktoren (wie etwa eines VGT-Wastegates) kann ein Ladedruck mit langsamer Reaktion genau und zuverlässig diagnostiziert werden. Durch Messen der Reaktionszeit von Druckabweichungen, die außerhalb eines durch Ober- und Untergrenzen definierten Bereichs liegen, können Fehldiagnosen (einschließlich falscher Angaben, dass ein defektfreies System defekt ist, oder dass ein defektes System defektfrei ist) aufgrund von Differenzen der Aufladungsreaktion auf Ladedrucküberschreitungen gegenüber -unterschreitungen besser berücksichtigt werden. Durch Diagnostizieren auf Grundlage der Reaktionszeit nur, wenn qualifizierende Fahrzeugbetriebsbedingungen erfüllt sind, wie etwa nicht beim Betrieb bei oder nahe Leerlaufbedingungen, kann der Konfidenzfaktor der Ergebnisse erhöht werden. Durch passives Ausführen des Tests werden das Fahrverhalten und die Emissionen des Fahrzeugs durch den Test nicht beeinträchtigt. Durch Vergleichen der Reaktionszeit eines qualifizierten Aufladungsereignisses mit einem empirisch bestimmten Maximum einer defektfreien Aufladungsreaktionszeit für eine erschöpfende Vielfalt an Fahrbedingungen kann die Aufladungsverschlechterung bestimmt werden, ohne komplexes und rechenintensives Modellieren zu nutzen. Durch Diagnostizieren einer Verschlechterung der Aufladungsreaktion für qualifizierte Fahren werden die regulatorischen Anforderungen erfüllt und aufladungsbedingte Probleme können rechtzeitig behoben werden, um das erwartete Fahrverhalten für den Besitzer des Fahrzeugs aufrechtzuerhalten.
Ein beispielhaftes Verfahren für einen aufgeladenen Verbrennungsmotor in einem Fahrzeug umfasst: während des Betriebs eines Verbrennungsmotors mit einer Turbolader-Aufladungsregelung mit geschlossenem Regelkreis, das Angeben einer Verschlechterung einer Reaktion eines Ladedruckregelsystems auf der Grundlage einer Dauer einer einen Schwellenwert übersteigenden Abweichung zwischen einer erwarteten Änderung des Ladedrucks und einer tatsächlichen Änderung des Ladedrucks über einen Fahrzyklus ohne Referenzierung eines Befehls oder einer Messung einer Turbine mit veränderlicher Geometrie (VGT) oder eines Wastegates. In dem vorstehenden Beispiel umfasst das Verfahren zusätzlich oder optional, ferner das Überwachen der Fahrzeugbetriebsbedingungen und das Vorrücken eines Testzeitgebers einer Aufladungsreaktionsüberwachungseinrichtung, wenn ausgewählte Betriebsbedingungen bestätigt werden, die ermöglichen, dass eine langsame Aufladereaktion aufgedeckt wird, wenn eine Aufladungsverschlechterung vorhanden ist, wobei die ausgewählten Fahrzeugbetriebsbedingungen eine Änderungsgeschwindigkeit der Kraftstoffeinspritzmasse, die höher als eine Schwellenwertgeschwindigkeit ist, beinhalten. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele umfasst das Verfahren zusätzlich oder optional ferner das Angeben des Abschlusses der Aufladungsreaktionsüberwachungseinrichtung als Reaktion von einem der Angabe einer Verschlechterung und dem Verstreichen einer Schwellenwertzeit auf dem Testzeitgeber. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele wird der Verbrennungsmotor zusätzlich oder optional mit einer Aufladungsregelung mit geschlossenem Regelkreis bei Bedingungen, die keine Leerlaufbedingungen sind, betrieben, was jedes von Verstreichen der Schwellenwertfahrzeuglaufzeit, Erreichen einer Schwellenwertverbrennungsmotortemperatur und Aufrechterhalten eines Schwellenwertansaugkrümmerdrucks beinhaltet. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele beinhaltet das Angeben zusätzlich oder optional das Angeben einer Verschlechterung als Reaktion darauf, dass die Dauer höher als eine Schwellenwertdauer ist, das Angeben unabhängig von dem Wastegate-Befehl, selbst, wenn sich der Wategate-Befehl über den Fahrzyklus ändert, um Ladedruckstörungen abzuweisen. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele beinhaltet die einen Schwellenwert übersteigende Abweichung zusätzlich oder optional eine Differenz zwischen dem erwarteten Ladedruck und dem tatsächlichen Ladedruck, die außerhalb eines Bereichs liegt, der durch einen oberen Grenzwert und einen unteren Grenzwert definiert wird, wobei der obere Grenzwert auf einer Toleranz der zulässigen Unterschreitung für ein Nennaufladungsregelsystem basiert, der untere Grenzwert auf einer Toleranz der zulässigen Überschreitung für ein Nennaufladungsregelsystem basiert. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele umfasst das Verfahren ferner zusätzlich oder optional als Reaktion auf das Angeben das Einstellen einer oder mehrerer Verbrennungsmotorbetriebsparameter, um den Drosseleinlassdruck zu erhöhen, wobei der eine oder die mehreren Verbrennungsmotorbetriebsparameter eine Ansaugdrosselstellung, eine VGT-Stellung und eine Wastegate-Stellung beinhalten. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele umfasst das Verfahren ferner zusätzlich oder optional das Schätzen einer Abweichung zwischen der erwarteten Änderung des Ladedrucks und der tatsächlichen Änderung des Ladedrucks, wobei das Schätzen das Schätzen eines Zielladedrucks auf Grundlage des Bedienerdrehmomentbedarfs beinhaltet; das Verarbeiten des Zielladedrucks über jeweils einen festen Verzögerungs- und einen festen Nacheilfilterparameter des Ladedruckregelsystems; und das Berechnen der Abweichung als eine Differenz zwischen dem verarbeiteten Zielladedruck und einem gemessenen Ladedruck.
Ein weiteres beispielhaftes Verfahren umfasst das Überwachen einer Reaktionszeit eines Ladedruckregelsystems auf ausgewählte Ladedruckabweichungen, die durch einen Bediener ausgelöst wurden, unabhängig vom Referenzieren einer befohlenen oder gemessenen Wastegate-Stellung; und als Reaktion darauf, dass die überwachte Reaktionszeit höher als eine Schwellenwertdauer ist, während qualifizierende Fahrzeugbetriebsbedingungen erfüllt sind, das Angeben einer Verschlechterung des Ladedruckregelsystems. Im vorstehenden Beispiel beinhalten die ausgewählten Ladedruckabweichungen zusätzlich oder optional Ladedruckabweichungen zwischen einem erwarteten Ladedruck und einem tatsächlichen Ladedruck, die größer als ein oberer Grenzwert oder kleiner als ein unterer Grenzwert sind. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele basieren die ausgewählten Ladedruckabweichungen zusätzlich oder optional auf dem erwarteten Ladedruck, der aus dem gewünschten Ladedruck nach dem Verarbeiten über einen Filter mit fester Verzögerung und Nacheilen mit fester Parameterzeitkonstante berechnet wird. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele basiert zusätzlich oder optional der obere Grenzwert auf einer Toleranz der zulässigen Unterschreitung für ein Nennladedruckregelsystem und basiert der untere Grenzwert auf einer Toleranz der zulässigen Überschreitung für das Nennladedruckregelsystem In einem oder allen der vorstehenden Beispiele beinhalten die qualifizierenden Fahrzeugbetriebsbedingungen zusätzlich oder optional eine minimale Fahrzeuglaufzeit, eine Schwellenwertverbrennungsmotortemperatur und ein minimales Ansaugkrümmerdruckniveau. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele umfasst das Verfahren ferner zusätzlich oder optional als Reaktion darauf, dass die Fahrzeugbetriebsbedingungen nicht erfüllt werden, das Fortsetzen des Überwachens der Reaktionszeit, bis entweder eine Verschlechterung angegeben wird oder die qualifizierte Beobachtungszeit abgelaufen ist. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele umfasst das Verfahren ferner zusätzlich oder optional als Reaktion darauf, dass die überwachte Reaktionszeit geringer als der Schwellenwertdauer ist, das Aktualisieren der überwachten Reaktionszeit in einem Speicher einer Verbrennungsmotorsteuerung und das Angeben keiner Verschlechterung des Ladedruckregelsystems. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele beinhaltet zusätzlich oder optional das Angeben einer Verschlechterung als Reaktion auf die überwachte Reaktionszeit das Angeben einer Verschlechterung unabhängig von einer Größe der ausgewählten Ladedruckabweichungen, sobald die Schwellenwertdauer verstrichen ist, und unabhängig von der Referenzierung der befohlenen oder gemessenen Wastegate-Stellung.
Ein weiteres beispielhaftes Fahrzeugsystem umfasst: einen Verbrennungsmotor; einen Turbolader, beinhaltend einen Ansaugverdichter, der von einer Abgasturbine angetrieben wird; ein Wastegate-Ventil, das in einem über die Abgasturbine gekoppelten Wastegate angeordnet ist; einen Zeitgeber; und eine Steuerung mit in einem nichtflüchtigen Speicher gespeicherten computerlesbaren Anweisungen zum: als Reaktion auf eine Änderung des geforderten Ladedrucks und durch Rückkopplung erfasste Störungen Einstellen einer Stellung des Wastegate-Ventils und Initiieren des Zeitgebers; Überwachen einer auf dem Zeitgeber verstrichenen Dauer, um eine Druckabweichungskorrektur abzuschließen, die der angeforderten Differenz zwischen dem erwarteten und dem tatsächlichen Ladedruck entspricht, nach dem Einstellen. In einem oder allen vorstehenden Beispielen beinhaltet die Steuerung zusätzlich oder optional ferner Anweisungen zum Überwachen der Dauer als Reaktion darauf, dass qualifizierende Fahrzeugbetriebsbedingungen erfüllt werden, einschließlich einer Mindestfahrzeuglaufzeit, einer über einen Verbrennungsmotortemperatursensor geschätzten Schwellenwertverbrennungsmotortemperatur und einem von einem Ansaugkrümmerdrucksensor geschätzten minimalen Ansaugkrümmerdruckniveau. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele beinhaltet die Steuerung zusätzlich oder optional ferner Anweisungen zum: als Reaktion darauf, dass die Fahrzeugbetriebsbedingungen nicht erfüllt werden, das Fortsetzen des Überwachens, bis entweder eine Verschlechterung angegeben wird oder eine zulässige Beobachtungszeit überschritten ist. In einem oder allen vorstehenden Beispielen beinhaltet die Steuerung zusätzlich oder optional ferner Anweisungen zum Verarbeiten eines gewünschten Ladedrucks, um den erwarteten Druck über ein Verzögerungs- und ein Zeitkonstanten-Parameter-Nacheilfilter mit einem Zeitkonstanten-Parameter zu bilden; und Berechnen einer Ladedruckabweichung als eine Differenz zwischen dem erwarteten Ladedruck und dem tatsächlichen Ladedruck, wobei das Angeben ein Angeben der Verschlechterung beinhaltet, wenn die Ladedruckabweichung außerhalb eines Bereichs liegt, der durch einen oberen Grenzwert und einen unteren Grenzwert gebildet wird, wobei der obere Grenzwert auf einer Toleranz der zulässigen Unterschreitung für ein Nennsystem basiert, der untere Grenzwert auf einer Toleranz der zulässigen Überschreitung für ein Nennsystem basiert.
In einer weiteren Darstellung umfasst ein Verfahren für einen per Turbolader aufgeladenen Verbrennungsmotor: über einen Fahrzyklus das Schätzen einer momentanen Druckabweichung zwischen einem tatsächlichen Ladedruck und einem erwarteten Ladedruck; als Reaktion darauf, dass die momentane Druckabweichung höher als ein Schwellenwertniveau ist, das Überwachen einer Dauer, über die die momentane Druckabweichung höher als das Schwellenwertniveau bleibt, und das Vergleichen der überwachten Dauer mit der Dauer einer letzten einen Schwellenwert übersteigenden Druckabweichung des Fahrzyklus. Als Reaktion darauf, dass jede der überwachten Dauer der momentanen, einen Schwellenwert übersteigenden Druckabweichung größer als die überwachte Dauer der letzten einen Schwellenwert übersteigenden Druckabweichung des Fahrzyklus ist, und die überwachte Dauer der momentanen, einen Schwellenwert übersteigenden Druckabweichung größer als eine Schwellenwertdauer ist, Angeben einer verschlechterten Reaktionszeit (oder langsamen Aufladungsreaktionszeit) eines Aufladungsregelsystems, das mit dem per Turbolader aufgeladenen Verbrennungsmotor gekoppelt ist. In einer weiteren Darstellung beinhaltet, dass die momentane Druckabweichung größer als ein Schwellenwertniveau ist, zusätzlich oder optional, dass die momentane Druckabweichung höher als ein oberer Abweichungsgrenzwert oder niedriger als ein unterer Abweichungsgrenzwert ist. In einer weiteren Darstellung beinhaltet das Überwachen der Dauer zusätzlich oder optional das Starten oder Vorrücken eines Abweichungszeitgebers als Reaktion darauf, dass die momentane Druckabweichung höher als das Schwellenwertniveau ist. In einer weiteren Darstellung zusätzlich oder optional, wenn die überwachte Dauer der momentanen, einen Schwellenwert übersteigenden Druckabweichung kleiner als die überwachte Dauer der letzten einen Schwellenwert übersteigenden Druckabweichung des Fahrzyklus ist, Zurücksetzen des Abweichungszeitgebers und kein Speichern der überwachten Dauer der momentanen, einen Schwellenwert übersteigenden Druckabweichung in einem Speicher der Verbrennungsmotorsteuerung, bei Erhalten der überwachten Dauer der letzten einen Schwellenwert übersteigenden Druckabweichung im Speicher der Verbrennungsmotorsteuerung. In einer weiteren Darstellung ist das Schätzen der momentanen Druckabweichung zwischen dem tatsächlichen Ladedruck und dem erwarteten Ladedruck, eine Reaktion darauf, dass qualifizierende Fahrzeugbetriebsbedingungen erfüllt werden, wobei die qualifizierenden Fahrzeugbetriebsbedingungen eine minimale Fahrzeuglaufzeit, eine Schwellenwertverbrennungsmotortemperatur und ein minimales Ansaugkrümmerdruckniveau beinhalten. In einer weiteren Darstellung wird der tatsächliche Ladedruck auf Grundlage eines Drosseleinlasdrucks abgeleitet, und der erwartete Ladedruck wird durch Verarbeiten eines befohlenen Ladedrucks geschätzt, wobei der befohlene Ladedruck auf einem Bedienerdrehmomentbedarf basiert. In einer weiteren Darstellung beinhaltet der per Turbolader aufgeladene Verbrennungsmotor einen Turbolader, der eine Abgasturbine und ein mit der Turbine gekoppeltes Wastegate aufweist, wobei die Turbine eine Turbine mit veränderlicher Geometrie (VGT), wobei das Verfahren ferner umfasst: das Befehlen einer VGT und/oder eines Wastegates auf Grundlage des Bedienerdrehmomentbedarfs, um eine Differenz zwischen dem tatsächlichen Ladedruck und dem befohlenen Ladedruck zu verrringern, und wobei das Angeben einer verschlechterten Reaktionszeit unabhängig von der befohlenen VGT- und/oder Wastegatestellung ausgeführt wird. In einer weiteren Darstellung als Reaktion darauf, dass die Fahrzeugbetriebsbedingungen erfüllt werden und eine berechnete Änderungsgeschwindigkeit der Kraftstoffeinspritzmasse höher als ein Schwellenwert ist, Starten oder Vorrücken eines Prüfzeitgebers, der sich von dem Abweichungszeitgeber unterscheidet, Fortsetzen des Vorrückens des Prüfzeitgebers bis eine einer qualifizierten Testzeit auf dem Prüfzeitgeber verstrichen ist und die überwachte Dauer der momentanen, einen Schwellenwert übersteigenden Druckabweichung größer ist als die Schwellenwertdauer, dann Angeben, dass eine Testzeit abgeschlossen ist und Zurücksetzen des Prüfzeitgebers. In einer weiteren Darstellung als Reaktion darauf, dass die überwachte Dauer der momentanen, einen Schwellenwert übersteigenden Druckabweichung kleiner ist als die Schwellenwertdauer und die Testzeit auf dem Prüfzeitgeber abgeschlossen ist, keine Verschlechterung der Aufladungsreaktionszeit angeben.
Es ist anzumerken, dass die hier enthaltenen Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Verbrennungsmotor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sein und können durch das Steuersystem, zu dem die Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und sonstiger Verbrennungsmotorhardware gehört, ausgeführt werden. Die hier beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, darstellen. Demnach können verschiedene veranschaulichte Vorgänge, Schritte und/oder Funktionen in der veranschaulichten Abfolge oder parallel durchgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwangsläufig erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele zu erzielen, sondern wird vielmehr zur Erleichterung der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Eine(r) oder mehrere der veranschaulichten Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen können je nach konkret eingesetzter Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen grafisch Code darstellen, der in einen nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Verbrennungsmotorsteuersystem zu programmieren ist, wobei die beschriebenen Handlungen durch Ausführen der Anweisungen in einem System, das die verschiedenen Verbrennungsmotorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung beinhaltet, ausgeführt werden.
Es versteht sich, dass die hier offenbarten Auslegungen und Routinen beispielhafter Natur sind und diese konkreten Ausführungsformen nicht in einschränkendem Sinn aufzufassen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Beispielsweise kann die vorstehende Technik auf V-6-, I-4-, I-6-, V-12-, 4-Zylinder-Boxer- und andere Motorarten angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuartigen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und andere hier offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
Die folgenden Patentansprüche legen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen dar, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Patentansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Derartige Patentansprüche sollten so verstanden werden, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente beinhalten und zwei oder mehr derartige Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Patentansprüche oder durch Einreichung neuer Patentansprüche im Rahmen dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Derartige Patentansprüche werden unabhängig davon, ob sie im Vergleich zu den ursprünglichen Patentansprüchen einen weiteren, engeren, gleichen oder anderen Umfang aufweisen, ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen 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 6457461 [0005]

Claims

Verfahren für einen aufgeladenen Verbrennungsmotor in einem Fahrzeug, umfassend: während des Betriebs eines Verbrennungsmotors mit einer Turbolader-Aufladungsregelung mit geschlossenem Regelkreis, das Angeben einer Verschlechterung einer Reaktion eines Ladedruckregelsystems auf der Grundlage einer Dauer einer einen Schwellenwert übersteigenden Abweichung zwischen einer erwarteten Änderung des Ladedrucks und einer tatsächlichen Änderung des Ladedrucks über einen Fahrzyklus ohne Referenzierung eines Befehls oder einer Messung einer Turbine mit veränderlicher Geometrie (VGT) oder eines Wastegates.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Überwachen der Fahrzeugbetriebsbedingungen und das Vorrücken eines Testzeitgebers einer Aufladungsreaktionsüberwachungseinrichtung, wenn ausgewählte Betriebsbedingungen bestätigt werden, die ermöglichen, dass eine langsame Aufladungsreaktion aufgedeckt wird, wenn eine Aufladungsverschlechterung vorhanden ist, wobei die ausgewählten Fahrzeugbetriebsbedingungen eine Änderungsgeschwindigkeit der Kraftstoffeinspritzmasse, die höher als eine Schwellenwertgeschwindigkeit ist, beinhalten.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend das Angeben des Abschlusses der Aufladungsreaktionsüberwachungseinrichtung als Reaktion auf eines der Angabe einer Verschlechterung und dem Verstreichen einer Schwellenwertzeit auf dem Testzeitgeber.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Verbrennungsmotor mit einer Aufladungsregelung mit geschlossenem Regelkreis bei Bedingungen, die keine Leerlaufbedingungen sind, betrieben wird, was jedes von Verstreichen der Schwellenwertfahrzeuglaufzeit, Erreichen einer Schwellenwertverbrennungsmotortemperatur und Aufrechterhalten eines Schwellenwertansaugkrümmerdrucks beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Angeben ein Angeben einer Verschlechterung beinhaltet als Reaktion darauf, dass die Dauer höher als eine Schwellenwertdauer ist, wobei das Angeben unabhängig von dem Wastegate-Befehl ist, selbst, wenn sich der Wategate-Befehl über den Fahrzyklus ändert, um Ladedruckstörungen abzuweisen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die einen Schwellenwert übersteigende Abweichung eine Differenz zwischen dem erwarteten Ladedruck und dem tatsächlichen Ladedruck, die außerhalb eines Bereichs liegt, der durch einen oberen Grenzwert und einen unteren Grenzwert definiert wird, beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der obere Grenzwert auf einer Toleranz der zulässigen Unterschreitung für ein Nennaufladungsregelsystem basiert und der untere Grenzwert auf einer Toleranz der zulässigen Überschreitung für das Nennaufladungsregelsystem basiert.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend als Reaktion auf das Angeben das Einstellen einer oder mehrerer Verbrennungsmotorbetriebsparameter, um den Drosseleinlassdruck zu erhöhen, wobei der eine oder die mehreren Verbrennungsmotorbetriebsparameter eine Ansaugdrosselstellung, eine VGT-Stellung und eine Wastegate-Stellung beinhalten.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Schätzen einer Abweichung zwischen der erwarteten Änderung des Ladedrucks und der tatsächlichen Änderung des Ladedrucks, wobei das Schätzen Folgendes beinhaltet: Schätzen eines Zielladedrucks auf Grundlage des Bedienerdrehmomentbedarfs: Verarbeiten des Zielladedrucks über jeweils einen festen Verzögerungs- und einen festen Nacheilfilterparameter des Ladedruckregelsystems; und Berechnen der Abweichung als eine Differenz zwischen dem verarbeiteten Zielladedruck und einem gemessenen Ladedruck.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend, als Reaktion darauf, dass die überwachte Reaktionszeit geringer als die Schwellenwertdauer ist, Aktualisieren der überwachten Reaktionszeit in einem Speicher der Verbrennungsmotorsteuerung und Angeben keiner Verschlechterung des Ladedruckregelsystems.
Fahrzeugsystem, umfassend: einen Verbrennungsmotor; einen Turbolader, beinhaltend einen Ansaugverdichter, der von einer Abgasturbine angetrieben wird; ein Wastegate-Ventil, das in einem über die Abgasturbine gekoppelten Wastegate angeordnet ist; einen Zeitgeber; und eine Steuerung mit auf einem nichtflüchtigen Speicher gespeicherten computerlesbaren Anweisungen zum: als Reaktion auf eine Änderung des geforderten Ladedrucks und durch Rückkopplung erfasste Störungen Einstellen einer Stellung des Wastegate-Ventils und Initiieren des Zeitgebers; Überwachen einer auf dem Zeitgeber verstrichenen Dauer, um eine Druckabweichungskorrektur abzuschließen, die der angeforderten Differenz zwischen dem erwarteten und dem tatsächlichen Ladedruck entspricht, nach dem Einstellen; und Angeben einer verschlechterten Aufladungsreaktionszeit auf Grundlage der überwachten Dauer.
System nach Anspruch 11, wobei die Steuerung weitere Anweisungen beinhaltet zum: Überwachen der Dauer als Reaktion darauf, dass qualifizierende Fahrzeugbetriebsbedingungen erfüllt werden, einschließlich einer Mindestfahrzeuglaufzeit, einer über einen Verbrennungsmotortemperatursensor geschätzten Schwellenwertverbrennungsmotortemperatur und einem von einem Ansaugkrümmerdrucksensor geschätzten minimalen Ansaugkrümmerdruckniveau.
System nach Anspruch 12, wobei die Steuerung weitere Anweisungen beinhaltet zum: als Reaktion darauf, dass die Fahrzeugbetriebsbedingungen nicht erfüllt werden, das Fortsetzen des Überwachens, bis entweder eine Verschlechterung angegeben wird oder eine zulässige Beobachtungszeit überschritten ist.
System nach Anspruch 11, wobei die Steuerung weitere Anweisungen beinhaltet zum: Verarbeiten eines gewünschten Ladedrucks, um den erwarteten Druck über ein Verzögerungs- und ein Zeitkonstanten-Parameter-Nacheilfilter mit einem Zeitkonstanten-Parameter zu bilden; und Berechnen einer Ladedruckabweichung als eine Differenz zwischen dem erwarteten Ladedruck und dem tatsächlichen Ladedruck; wobei das Angeben ein Angeben der Verschlechterung beinhaltet, wenn die Ladedruckabweichung außerhalb eines Bereichs liegt, der durch einen oberen Grenzwert und einen unteren Grenzwert gebildet wird, wobei der obere Grenzwert auf einer Toleranz der zulässigen Unterschreitung für ein Nennsystem basiert, der untere Grenzwert auf einer Toleranz der zulässigen Überschreitung für ein Nennsystem basiert.
System nach Anspruch 14, wobei die Steuerung weitere Anweisungen beinhaltet zum: als Reaktion darauf, dass die überwachte Dauer innerhalb des Bereichs liegt, Aktualisieren der überwachten Dauer in dem Speicher der Steuerung und Angeben keiner Verschlechterung der Ladedruckregelzeit.