DE102018120365A1

DE102018120365A1 - Durchführen einer diagnose an einem luftfilter mit einer elektrischen ladevorrichtung

Info

Publication number: DE102018120365A1
Application number: DE102018120365.9A
Authority: DE
Inventors: Baitao Xiao; David Bell; Julia Helen Buckland; Timothy Stolzenfeld
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-08-22
Filing date: 2018-08-21
Publication date: 2019-02-28
Also published as: CN109424477A; US10100790B1

Abstract

Es werden Verfahren und Systeme zum Durchführen einer Diagnose an einem Luftfilter für ein Fahrzeug bereitgestellt. In einem Beispiel kann ein Verfahren Betätigen eines Elektromotors zum Leiten von Luft durch das Luftfilter während eines Aus-Zustands des Motors und Anzeigen eines Luftfilterwechsels auf Grundlage einer Luftdruckmessung, während der Elektromotor betätigt wird, beinhalten.

Description

GEBIET
Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen Verfahren und Systeme zum Durchführen einer Diagnose an einem Ansaugluftfilter in einem Fahrzeugsystem durch Betreiben einer elektrischen Ladevorrichtung während eines Aus-Zustands des Motors.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK/KURZDARSTELLUNG
Luftfilter werden in Fahrzeugen verwendet, um saubere Luft zum Einführen in das Motorsystem bereitzustellen. Ein Luftfilter kann aufgrund einer Ansammlung von Schmutz und Rückständen verstopfen. Durch ein verstopftes Luftfilter kann sich der Druckabfall der Ansaugluft erhöhen und der Luftstrom in den Motor eingeschränkt werden. Die Einschränkung des Luftstroms kann die Leistung und den Wirkungsgrad des Motors beeinflussen. Um das verstopfte Luftfilter zu wechseln oder zu reinigen, kann ein Status des Luftfilters regelmäßig diagnostiziert und an den Fahrzeugführer angezeigt werden.
Versuche zum Diagnostizieren des Luftfilterstatus schließen eine Diagnose an dem Luftfilter auf Grundlage eines Druckabfalls am Filter ein. Ein beispielhafter Ansatz wird von Pago et al. im US-Patent Nr. 5 606 311 gezeigt. Darin werden ein Druckabfall am Luftfilter und der entsprechende Luftstrom während des Motorbetriebs gemessen und wird dann eine Filtereinschränkung durch Vergleichen des gemessenen Druckabfalls mit einem Referenzdruckabfall geschätzt.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch mögliche Probleme bei einem derartigen Ansatz erkannt. Als ein Beispiel kann es sein, dass eine Luftfilterdiagnose auf Grundlage eines Druckabfalls während des Motorbetriebs aufgrund eines niedrigen Signal-Rausch-Verhältnisses ungenau ist. Insbesondere kann die Signalamplitude des Druckabfalls gering sein, da der Druckabfall im Verhältnis zur Sensorempfindlichkeit selbst bei einem verstopften Filter je nach den Betriebsbedingungen des Fahrzeugs möglicherweise nicht signifikant ist. Weiterhin kann durch Wechselbewegungen beim Betrieb des Motors ein hohes Rauschen entstehen. Infolgedessen kann Pagos Verfahren falsch-positive Ergebnisse erzeugen, die dem Fahrer melden, dass das Luftfilter gewechselt werden muss, bevor dies nötig ist. Überdies kann die Motorlaufzeit bei Hybridfahrzeugen begrenzt sein. Ein Diagnostizieren des Luftfilterstatus während des Motorbetriebs kann oftmals nicht ausreichend sein, um eine Verstopfung des Luftfilters zu erkennen. Darüber hinaus ist die Dauer eines stabilen Motorbetriebs bei einem Hybridfahrzeug womöglich nicht lang genug, um zuverlässige Druckmessungen zu erhalten.
In einem Beispiel können die vorstehend beschriebenen Probleme durch ein Verfahren gelöst werden, umfassend: während eines Aus-Zustands des Motors Öffnen eines Hochdruck-Abgasrückführungs(HD-AGR)-Ventils; Leiten von Luft durch ein Luftfilter durch Betätigen eines Elektromotors, der an einen Verdichter gekoppelt ist; Messen eines Luftdrucks; und Anzeigen eines Status des Luftfilters auf Grundlage des Luftdrucks. Auf diese Weise kann eine Verstopfung eines Luftfilters rechtzeitig und zuverlässig erkannt werden.
Als ein Beispiel kann bei einem Motorsystem, das mit einer elektrischen Ladevorrichtung ausgestattet ist, während eines Aus-Zustands des Motors ein Elektromotor, der an die elektrische Ladevorrichtung gekoppelt ist, derart betrieben werden, dass Umgebungsluft in das Motorsystem durch das Ansaugluftfilter geleitet wird. Ein oder mehrere Ventile, wie z. B. ein HD-AGR-Ventil können geöffnet werden, um die Luft weiter vom Luftfilter unter Umgehung des Zylinders zu einem Abgaskanal zu leiten. Der Luftfilterstatus kann auf Grundlage einer Druckmessung im Zusammenhang mit dem Luftstrom durch das Luftfilter diagnostiziert werden. Als ein Beispiel kann der Druck ein Druckabfall am Luftfilter sein. Als ein anderes Beispiel kann der Druck ein Druck hinter dem Luftfilter in Richtung des Luftstroms sein. Durch Leiten der Luft vom Filter zum Abgaskanal unter Umgehung des Zylinders kann die Luft durch das Motorsystem mit wenig Widerstand strömen. Daher kann die Druckmessung eine Strömungseinschränkung, die durch Luftfilterverstopfung verursacht wird, genau wiedergeben. Mögliche Störungen, die durch andere Komponenten des Fahrzeugsystems bei der Messung verursacht werden, können vermieden werden. Weiterhin kann die Dauer zum Durchführen der Luftfilterdiagnose verringert werden, da der Luftstrom durch Betreiben der elektrischen Ladevorrichtung vollständig gesteuert und schnell stabilisiert werden kann. Durch Durchführen einer Diagnose an dem Luftfilter während eines Aus-Zustands des Motors kann der Luftfilterstatus häufig während automatischer Start-Stopp-Vorgänge des Motors geprüft werden, wodurch vermieden wird, dass Rauschen durch die Wechselbewegungen beim Motorbetrieb entsteht. Überdies kann, indem der Elektromotor, der an die elektrische Ladevorrichtung gekoppelt ist, zur Luftfilterdiagnose verwendet wird, die Diagnose mit bestehenden Motorkomponenten durchgeführt werden.
Als ein anderes Beispiel kann während eines ersten Zustands ein erster Luftdruck gemessen werden, während Luft in einer ersten Richtung von der Atmosphäre zum Verdichter durch das Luftfilter geleitet wird. Daraufhin kann ein zweiter Luftdruck gemessen werden, während die Luft in einer zweiten Richtung, die entgegengesetzt zur ersten Richtung ist, vom Verdichter an die Atmosphäre durch das Luftfilter geleitet wird. Eine Diagnose an dem Luftfilter kann auf Grundlage des ersten und des zweiten Luftdrucks durchgeführt werden. Durch Leiten der Luft in einer umgekehrten Richtung kann eine Diagnose an dem Luftfilter durchgeführt werden, wenn das HD-ARG-Ventil nicht im Motorsystem vorhanden ist. In einer Ausführungsform kann der erste Zustand während eines Motorbetriebs vorliegen und kann der zweite Zustand während eines Aus-Zustands des Motors vorliegen. Der Elektromotor kann so betätigt werden, dass er die Luft durch das Luftfilter in einer zweiten Richtung während eines Aus-Zustands des Motors in Reaktion darauf leitet, dass der erste Luftdruck während des Motorbetriebs gemessen wird. Beispielsweise kann der erste Luftdruck die Möglichkeit anzeigen, dass das Luftfilter verstopft ist, und kann eine weitere Diagnose während eines Aus-Zustands des Motors die Genauigkeit der Diagnose erhöhen.
Es versteht sich, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl an Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung näher beschrieben sind. Sie ist nicht dazu vorgesehen, wichtige oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu nennen, dessen Umfang einzig durch die Ansprüche im Anschluss an die detaillierte Beschreibung definiert ist. Darüber hinaus ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die vorstehend oder in einem beliebigen Teil dieser Offenbarung angeführte Nachteile beseitigen.
Figurenliste

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Fahrzeugsystems, das eine elektrische Ladevorrichtung beinhaltet.
2 zeigt eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Zylinders eines Motors aus 1.
3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel eines Fahrzeugsystems, das eine elektrische Ladevorrichtung beinhaltet.
4 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Durchführen einer Diagnose an einem Ansaugluftfilter.
5 zeigt Status von Motoraktoren und Betriebsparameter im Verlauf der Zeit bei Umsetzung des Verfahrens aus 4.
6 zeigt ein anderes beispielhaftes Verfahren zum Durchführen einer Diagnose an einem Ansaugluftfilter.
7 zeigt Status von Motoraktoren und Betriebsparameter im Verlauf der Zeit während einer Umsetzung des Verfahrens aus 6.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zum Diagnostizieren des Status eines Ansaugluftfilters eines Fahrzeugsystems, das mit einer elektrischen Ladevorrichtung, wie z. B. einem Verdichter, ausgestattet ist. Bei der elektrischen Ladevorrichtung kann es sich um einen elektrischen aufgeladenen Turbolader handeln, wie er z. B. in einem Ausführungsbeispiel des Fahrzeugsystems in 1 dargestellt ist. Die elektrische Ladevorrichtung kann alternativ dazu ein elektrischer Kompressor sein, wie er z. B. in einem anderen beispielhaften Fahrzeugsystem in 3 dargestellt ist. 2 zeigt beispielhafte Komponenten eines Motors aus 1. Eine Diagnose an dem Luftfilter kann auf Grundlage von Luftdruckmessungen während eines Aus-Zustands des Motors durchgeführt werden, während ein Elektromotor, der an die elektrische Ladevorrichtung gekoppelt ist, betätigt wird, um Luft durch das Luftfilter zu leiten. Ein beispielhaftes Verfahren zur Filterdiagnose ist in 4 dargestellt, wobei die Umgebungsluft durch das Luftfilter in das Motorsystem während eines Aus-Zustands des Motors strömt. Ein anderes beispielhaftes Verfahren zur Filterdiagnose ist in 6 dargestellt, wobei die Luft in entgegengesetzten Richtungen durch das Luftfilter während eines Aus-Zustands des Motors strömt. 5 und 7 veranschaulichen die Variation von Aktorstatus und Betriebsparametern beim Umsetzen der Verfahren aus 4 bzw. 6.
Nun wird unter Bezugnahme auf 1 ein Ausführungsbeispiel eines Fahrzeugsystems 100 schematisch veranschaulicht. In einem Beispiel kann das Fahrzeugsystem 100 als Kraftfahrzeug für den Straßenverkehr ausgelegt sein. Es versteht sich jedoch, dass das Fahrzeugsystem 100 in anderen Beispielen als Geländefahrzeug ausgelegt sein kann. In einigen Beispielen kann das Fahrzeugsystem 100 ein Hybridfahrzeug mit mehreren Drehmomentquellen sein, die einem oder mehreren Fahrzeugrädern 76 zur Verfügung stehen. In anderen Beispielen handelt es sich bei dem Fahrzeugsystem 100 um ein herkömmliches Fahrzeug nur mit einem Motor. In dem dargestellten Beispiel beinhaltet das Fahrzeugsystem 100 einen Motor 10 und eine elektrische Maschine 72. Bei der elektrischen Maschine 72 kann es sich um einen Elektromotor oder einen Motorgenerator handeln. Eine Kurbelwelle 40 des Motors 10 und die elektrische Maschine 72 sind über ein Getriebe 74 mit den Fahrzeugrädern 76 verbunden, wenn eine oder mehrere Kupplungen 73 eingerückt sind. In dem abgebildeten Beispiel ist eine erste Kupplung 73 zwischen der Kurbelwelle 40 und der elektrischen Maschine 72 bereitgestellt und ist eine zweite Kupplung 73 zwischen der elektrischen Maschine 72 und dem Getriebe 74 bereitgestellt. Die hier erörterte Steuerung 12 kann ein Signal an einen Aktor jeder Kupplung 73 senden, um die Kupplung einzurücken oder auszurücken, um so die Kurbelwelle 40 mit bzw. von der elektrischen Maschine 72 und den damit verbundenen Komponenten zu verbinden oder zu trennen und/oder um die elektrische Maschine 72 mit bzw. von dem Getriebe 74 und den damit verbundenen Komponenten zu verbinden oder zu trennen. Bei dem Getriebe 74 kann es sich um ein Schaltgetriebe, ein Planetenradsystem oder eine andere Getriebeart handeln. Der Antriebsstrang kann auf verschiedene Weisen ausgelegt sein, darunter als ein paralleles, serielles oder seriell-paralleles Hybridfahrzeug.
Die elektrische Maschine 72 nimmt elektrische Leistung von einer Traktionsbatterie 75 auf, um den Fahrzeugrädern 76 Drehmoment bereitzustellen. Die elektrische Maschine 72 kann auch als Generator betrieben werden, um beispielsweise während eines Bremsbetriebs elektrische Leistung zum Aufladen der Batterie 75 bereitzustellen. In anderen Beispielen, in denen das Fahrzeugsystem 100 ein herkömmliches Fahrzeug mit lediglich einem Motor ist, kann die Traktionsbatterie 75 eine Starter-, Licht- und Zündungsbatterie (z. B. SLI) sein, die dem Fahrzeugsystem 100 elektrische Energie zuführt.
Bei dem Motor 10 kann es sich um einen turboaufgeladenen Motor handeln, der einen Turbolader 13 beinhaltet. Der Turbolader 13 umfasst eine Turbine 116, die in dem Abgaskanal 35 positioniert ist, und ist an einen Verdichter 110 gekoppelt, der in einem Einlasskanal 42 positioniert ist. Der Verdichter 110 ist der Darstellung nach über eine Welle 119 an die Turbine 116 gekoppelt. Die Turbine 116 wird durch sich ausdehnendes Motorabgas angetrieben. In dem abgebildeten Beispiel handelt es sich bei dem Turbolader 13 um einen elektrischen Turbolader, der einen Elektromotor 111 beinhaltet, mit dem die Turboladerleistung elektrisch unterstützt wird. Eine Batterie 158 ist an den Elektromotor 111 zum Bereitstellen von Leistung gekoppelt. In einem Beispiel kann der Elektromotor 111 über eine Welle 119 an den Verdichter gekoppelt sein. In anderen Beispielen kann der Elektromotor jedoch direkt an den Verdichter oder die Turbine gekoppelt sein. Durch Anpassen einer Leistung des Elektromotors 111 kann eine Menge an Druckluft, die durch den Verdichter bereitgestellt wird, eingestellt werden. In einen Beispiel können der Verdichter und die Turbine innerhalb eines Twin-Scroll-Turboladers gekoppelt sein. In einem anderen Beispiel kann der Turbolader ein Turbolader mit variabler Geometrie (Variable Geometry Turbocharger - VGT) sein, wobei die Turbinengeometrie aktiv in Abhängigkeit der Motordrehzahl und anderer Betriebsbedingungen variiert wird. In einem wieder anderen Beispiel kann die Geometrie des Verdichters 110 durch Betreiben eines Verdichteraktors 118 eingestellt werden. Beispielsweise handelt es sich bei dem Verdichter 110 um einen Verdichter mit variabler Geometrie (Variable Geometry Compressor - VGC), der Schaufeln aufweist, die gemäß einem erwünschten Schaufelwinkel bewegt werden, um einen Ansaugluftstrom in verschiedenen Mustern in den Verdichter zu leiten.
Während eines Motorbetriebs (Motordrehzahl größer als null) erhält der Motor 10 Umgebungsluft entlang des Einlasskanals 42 über einen Luftfilter 112, wie durch den Pfeil 130 angegeben. Die Luft wird durch den Verdichter 110 des Turboladers 13 verdichtet und dem Ansaugkanal 43 zugeführt. Die verdichtete Luft strömt durch den Ansaugkanal 43, durch den Ladeluftkühler (Charge Air Cooler - CAC) 18 zum Abkühlen und durch die Drossel 20, bevor sie in den Ansaugkrümmer 22 eintritt, wo sie in den Motor 10 gelangt. Mit anderen Worten ist der Verdichter 110 durch den CAC 18 an die Ansaugdrossel 20 gekoppelt und ist die Ansaugdrossel 20 nachgelagert zum Ansaugkrümmer 22 gekoppelt. Der Ladeluftkühler kann beispielsweise ein Luft-Luft- oder Wasser-Luft-Wärmetauscher sein. In der in 1 dargestellten Ausführungsform wird der Druck der Luftladung im Ansaugkrümmer durch einen Krümmerluftdruck(Manifold Air Pressure - MAP)-Sensor 124 gemessen.
Es versteht sich, dass andere Kombinationen und Konfigurationen von Ladevorrichtungen möglich sein können. In einer Ausführungsform kann das Motorsystem 100 einen Kompressor beinhalten, wobei der Verdichter 110 zumindest teilweise durch eine elektrische Maschine und/oder den Motor 10 angetrieben werden kann und das Motorsystem unter Umständen keine Turbine 116 beinhaltet. In noch weiteren Beispielen können mehrere Ladevorrichtungen in Reihe angeordnet sein, wie etwa in 3 dargestellt, in der sowohl ein Kompressor als auch ein Turbolader an den Einlasskanal gekoppelt sind.
Der Verdichter 110 kann einen Rückführungskanal 80 am Verdichter beinhalten. Das abgebildete Beispiel zeigt ein Verdichterrückführungsventil (Compressor Recirculation Valve - CRV) 82, das am Rückführungskanal 80 gekoppelt ist, wobei durch eine Betätigung des CRV 82 die Strömung durch den Rückführungskanal 80 eingestellt wird. Warme, verdichtete Luft von dem Verdichterauslass kann über den Rückführungskanal 80 zu dem Verdichtereinlass zurückgeführt werden. In einigen Ausführungsformen kann das Verdichterrückführungssystem alternativ oder zusätzlich einen Rückführungskanal zum Zurückführen (abgekühlter) verdichteter Luft von dem Verdichterauslass, nachgelagert zum Ladeluftkühler, zu dem Verdichtereinlass oder eine Verdichterumgehung zum Ableiten verdichteter Luft an die Atmosphäre beinhalten (nicht dargestellt). Bei dem CRV 82 kann es sich um ein stufenlos einstellbares Ventil handeln, wobei eine Position des Ventils stufenlos aus einer vollständig geschlossenen Stellung in eine vollständig offene Position einstellbar ist. In einigen Ausführungsformen kann das Verdichterrückführungsventil 82 während des Betriebs des aufgeladenen Motors teilweise offengehalten werden, um eine Pumpschwelle bereitzustellen. Hierbei kann die teilweise offene Position eine Standardventilposition sein. Ein Erhöhen der Öffnung des Verdichterrückführungsventils kann Betätigen (oder Anlegen einer Spannung an) einer Magnetspule des Ventils beinhalten. Die weitere Erörterung des beispielhaften CRV-Betriebs wird hier erörtert.
Ein oder mehrere Sensoren können an einen Einlass des Verdichters 110 gekoppelt sein, um eine Zusammensetzung und einen Zustand der in den Verdichter eintretenden Luftladung zu bestimmen. Beispielsweise kann ein Drucksensor 55 zum Schätzen eines Drucks der in den Verdichter eintretenden Luftladung zwischen den Luftfilter 112 und den Verdichtereinlass gekoppelt sein. In einem anderen Beispiel kann ein Luftmassenstrom(Mass Airflow - MAF)-Sensor 57 ebenfalls an den Einlass des Verdichters gekoppelt sein, um die Menge an Luft zu schätzen, die in den Motor eintritt. Zu wieder anderen Sensoren können z. B. Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren, Luftfeuchtigkeitssensoren usw. gehören. In anderen Beispielen können eine oder mehrere der Verdichtereinlassbedingungen (wie z. B. Luftfeuchtigkeit, Temperatur usw.) auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen abgeleitet werden. Die Sensoren können einen Zustand der an dem Verdichtereinlass aus dem Einlasskanal empfangenen Ansaugluft sowie der von vorgelagert zum CAC zurückgeführten Luftladung schätzen. Ein Drosseleinlassdruck(Throttle Inlet Pressure - TIP)-Sensor 58 oder ein anderer geeigneter Sensor kann vorgelagert zum Verdichter 110 und nachgelagert zur Drossel 20 gekoppelt sein, um den Ladedruck an einer Stelle nachgelagert zum Verdichter 110 und vorgelagert zur Drossel 20 zu messen. Auf diese Weise kann ein Verdichterauslassdruck bestimmt werden. Ein Verdichterdruckverhältnis kann durch Dividieren des Verdichterauslassdrucks durch den Verdichtereinlassdruck (wie etwa den durch den Sensor 55 gemessenen Druck) berechnet werden.
Der Ansaugkrümmer 22 ist durch eine Reihe von Einlassventilen (nachfolgend unter Bezugnahme auf 2 näher beschrieben) mit einer Reihe von Brennkammern 30 verbunden. Die Brennkammern sind ferner über eine Reihe von Auslassventilen (nachfolgend unter Bezugnahme auf 2 näher beschrieben) an den Abgaskrümmer 36 gekoppelt. In der abgebildeten Ausführungsform ist ein einzelner Abgaskrümmer 36 dargestellt. In anderen Ausführungsformen kann der Abgaskrümmer 36 jedoch eine Vielzahl von Abgaskrümmerabschnitten beinhalten. Auslegungen, die eine Vielzahl von Abgaskrümmerabschnitten aufweisen, können es ermöglichen, dass Abgas aus verschiedenen Brennkammern an unterschiedliche Stellen im Motorsystem 10 geleitet wird. Der Sensor 125 kann zum Messen des Abgasdrucks an den Abgaskrümmer gekoppelt sein.
Die Brennkammern 30 können durch ein Kraftstoffsystem mit einem oder mehreren Kraftstoffen, wie zum Beispiel Benzin, Alkohol-Kraftstoff-Mischungen, Diesel, Biodiesel, verdichtetem Erdgas usw., versorgt werden. Kraftstoff kann den Brennkammern über Direkteinspritzung, Saugrohreinspritzung, Drosselventilkörpereinspritzung oder eine beliebige Kombination davon zugeführt werden. Die Direkteinspritzung umfasst das Einspritzen des Kraftstoffs direkt in die Brennkammer und bei der Saugrohreinspritzung wird der Kraftstoffnebel den Ansaugöffnungen zugeführt, wo er sich mit der Ansaugluft vermischt, bevor er in die Brennkammer eintritt. Das vorliegende Beispiel kann eine Vielzahl von Direktkraftstoffeinspritzvorrichtungen 66 und Saugrohrkraftstoffeinspritzvorrichtungen 67 beinhalten. In den Brennkammern kann eine Verbrennung über Fremdzündung und/oder Selbstzündung eingeleitet werden.
Wie in 1 dargestellt, wird Abgas zum Antreiben der Turbine aus dem einem oder den mehreren Abschnitten des Abgaskrümmers 36 zu der Turbine 116 geleitet. Wenn ein verringertes Turbinendrehmoment erwünscht ist, kann ein Teil des Abgases stattdessen durch ein Wastegate 90 geleitet werden und damit die Turbine 116 umgehen. Ein an das Wastegate 90 gekoppeltes Wastegateventil 92 kann zum Öffnen betätigt werden, um zumindest einen Teil des Abgasdrucks von vorgelagert zur Turbine 116 über das Wastegate 90 zu einer Stelle nachgelagert zur Turbine abzulassen. Durch Verringern des Abgasdrucks vorgelagert zur Turbine 116 kann die Turbinendrehzahl reduziert werden. In einer Ausführungsform kann das Wastegateventil 92 vakuumbetätigt sein, das heißt, es kann durch Anlegen eines Vakuums betätigt werden. Die kombinierte Strömung von der Turbine 116 und dem Wastegate 90 strömt dann durch eine Emissionssteuervorrichtung 70 (nachfolgend unter Bezugnahme auf 2 näher beschrieben), bevor das gesamte oder ein Teil des behandelten Abgases über den Abgaskanal 35 an die Atmosphäre abgegeben werden kann, wie durch den Pfeil 133 angegeben.
Der Motor 10 kann ferner einen oder mehrere Abgasrückführungs(AGR)-Kanäle zum Rückführen eines Teils des Abgases von dem Abgaskrümmer zu dem Ansaugkrümmer beinhalten. Durch das Rückführen eines Teils des Abgases kann eine Verdünnung in dem Motor erreicht werden, welche die Motorleistung verbessern kann, indem Motorklopfen, Spitzenverbrennungstemperaturen und -drücke von Zylindern, Drosselverluste und NOx-Emissionen verringert werden. In dem abgebildeten Beispiel kann Abgas von dem Abgaskrümmer 36 vorgelagert zur Turbine 116 über einen Hochdruck-AGR-Kanal 84 zu dem Ansaugkrümmer 22 nachgelagert zum Verdichter 110 und der Drossel 20 zurückgeführt werden. Diese Auslegung kann als Hochdruck(HD)-AGR-System bezeichnet werden. Der AGR-Kanal 84 kann ein HD-AGR-Ventil 86 zum Steuern einer HD-AGR-Strömung und einen AGR-Kühler zum Kühlen von Abgas vor Zufuhr zum Ansaugkrümmer beinhalten. In noch weiteren Beispielen kann Abgas von dem Abgaskanal 35 vorgelagert zur Turbine 116 über einen Niederdruck-AGR-Kanal (nicht dargestellt) zu dem Einlasskanal 42 vorgelagert zum Verdichter 110 zurückgeführt werden. Die dem Einlasskanal bereitgestellte AGR-Menge kann durch die Steuerung 12 über das HD-AGR-Ventil 86 variiert werden.
Das Motorsystem 100 kann ferner ein Steuersystem 14 beinhalten, das die Steuerung 12 beinhaltet. Der Darstellung nach empfängt die Steuerung 12 Informationen von einer Vielzahl von Sensoren 16 (für die hier verschiedene Beispiele beschrieben sind) und sendet Steuersignale an eine Vielzahl von Aktoren 81 (für die hier verschiedene Beispiele beschrieben sind). Als ein Beispiel können die Sensoren 16 einen MAP-Sensor 124, Abgasdrucksensor 125, Abgastemperatursensor 128, Abgasdrucksensor 129, Verdichtereinlassdrucksensor 55, Krümmerluftstromsensor 57 und Drosseleinlassdrucksensor 58 einschließen. Weitere Sensoren, wie etwa zusätzliche Druck-, Temperatur-, Luft-Kraftstoff-Verhältnis- und Zusammensetzungssensoren, können an verschiedene Stellen in dem Motorsystem 10 gekoppelt sein. Die Aktoren 81 können z. B. den Elektromotor 111, die Drossel 20, das Verdichterrückführungsventil 82, das Wastegateventil 92, das HD-AGR-Ventil 86, die Direktkraftstoffeinspritzvorrichtung 66 und die Saugrohrkraftstoffeinspritzvorrichtung 67 einschließen.
Nun ist unter Bezugnahme auf 2 ein Ausführungsbeispiel einer Brennkammer (z. B. eines Zylinders) eines Verbrennungsmotors (wie etwa des Motors 10 aus 1) dargestellt. Bereits in 1 vorgestellte Komponenten können ähnlich nummeriert sein. Der Motor 10 kann Steuerungsparameter von einem Steuersystem, das die Steuerung 12 beinhaltet, und eine Eingabe von einem Fahrzeugführer 230 über eine Eingabevorrichtung 232 empfangen. In diesem Beispiel beinhaltet die Eingabevorrichtung 232 ein Fahrpedal und einen Pedalpositionssensor 234 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals PP. Der Zylinder (hier auch „Brennkammer“) 30 des Motors 10 kann Brennkammerwände 236 aufweisen, in denen ein Kolben 238 positioniert ist. Der Kolben 238 kann an die Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, sodass eine Hin- und Herbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle übersetzt wird. Die Kurbelwelle 40 kann über ein Getriebesystem an zumindest ein Antriebsrad des Fahrzeugsystems gekoppelt sein.
Der Zylinder 30 kann über einen Einlasskanal 42, einen Ansaugkanal 43 und einen Ansaugkrümmer 22 Ansaugluft aufnehmen. Der Ansaugkrümmer 22 kann neben dem Zylinder 30 mit anderen Zylindern des Motors 10 in Verbindung stehen. In einigen Ausführungsformen können einer oder mehrere der Einlasskanäle eine Ladevorrichtung wie etwa einen Turbolader oder einen Kompressor beinhalten. Beispielsweise ist der Motor 10 in 2 mit einem Turbolader 13 ausgelegt, der einen zwischen dem Einlasskanal 42 und dem Ansaugkanal 43 angeordneten Verdichter 110 und eine zwischen einem Abgaskrümmer 36 und einem Abgaskanal 35 angeordnete Abgasturbine 116 beinhaltet. Der Verdichter 110 kann zumindest teilweise über eine Welle 119 durch die Abgasturbine 116 angetrieben werden, wenn die Ladevorrichtung als ein Turbolader ausgelegt ist. Der Verdichter kann ferner durch den Elektromotor 111 angetrieben werden. Wie vorangehend beschrieben, kann die Abgasturbine 116 in Beispielen, in denen der Motor 10 mit einem Kompressor versehen ist, gegebenenfalls weggelassen werden, wobei der Verdichter 110 durch eine mechanische Eingabe von einem Elektromotor oder dem Motor 10 angetrieben werden kann. Die Drossel 20 kann eine Drosselklappe 264 beinhalten und kann entlang eines Einlasskanals des Motors zum Variieren der Strömungsrate und/oder des Drucks der Ansaugluft, die an die Motorzylinder bereitgestellt wird, versehen sein. Beispielsweise kann die Drossel 20 nachgelagert zum Verdichter 110 angeordnet sein.
Der Abgaskrümmer 36 kann zusätzlich zu dem Zylinder 30 Abgase von anderen Zylindern des Motors 10 aufnehmen. Ein Abgassensor 228 ist der Darstellung nach an den Abgaskrümmer 36 vorgelagert zur Emissionssteuervorrichtung 70 gekoppelt; es versteht sich jedoch, dass er sich an anderer Stelle in dem Abgassystem befinden kann. Der Abgassensor 228 kann aus verschiedenen geeigneten Sensoren zum Bereitstellen einer Angabe eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases ausgewählt sein, wie z. B. einer linearen Lambdasonde oder UEGO-Sonde (Universal or Wide-Range Exhaust Gas Oxygen Sensor; Breitband- oder Weitbereichlambdasonde), einer binären Lambdasonde oder EGO-Sonde (wie abgebildet), einer HEGO-Sonde (beheizten EGO-Sonde), einem NOx-, HC- oder CO-Sensor. Bei der Emissionssteuervorrichtung 70 kann es sich um einen Dreiwegekatalysator (TWC), eine NOx-Falle, verschiedene andere Emissionssteuervorrichtungen oder Kombinationen davon handeln.
Jeder Zylinder des Motors 10 kann ein oder mehrere Einlassventile und ein oder mehrere Auslassventile aufweisen. Beispielsweise beinhaltet der Zylinder 30 der Darstellung nach zumindest ein tellerartiges Einlassventil 250 und zumindest ein tellerartiges Auslassventil 256, die in einem oberen Bereich des Zylinders 30 angeordnet sind. Bei einigen Ausführungsformen können zu jedem Zylinder des Motors 10, der den Zylinder 30 enthält, mindestens zwei Einlasstellerventile und mindestens zwei Auslasstellerventile gehören, die in einem oberen Bereich des Zylinders angeordnet sind.
Das Einlassventil 250 kann durch die Steuerung 12 durch Nockenbetätigung über ein Nockenbetätigungssystem 251 gesteuert werden. Ebenso kann das Auslassventil 256 durch die Steuerung 12 über das Nockenbetätigungssystem 253 gesteuert werden. Die Nockenbetätigungssysteme 251 und 253 können jeweils einen oder mehrere Nocken beinhalten und ein oder mehrere der folgenden Systeme nutzen: System 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, um den Ventilbetrieb zu variieren. Unabhängig davon, ob eine elektronische Betätigung oder eine Betätigung über Nocken vorliegt, kann die Ansteuerung zum Öffnen und Schließen des Auslass- und Einlassventils eingestellt werden, wie für die gewünschte Verbrennungs- und Emissionssteuerleistung spezifiziert. Der Betrieb des Einlassventils 250 und Auslassventils 256 kann durch Ventilpositionssensoren (nicht dargestellt) und/oder Nockenwellenpositionssensoren 255 bzw. 257 bestimmt werden. In alternativen Ausführungsformen können das Einlass- und/oder Auslassventil durch eine elektrische Ventilbetätigung gesteuert werden. Beispielsweise kann der Zylinder 30 alternativ ein Einlassventil, das über eine elektrische Ventilbetätigung gesteuert wird, und ein Auslassventil, das über Nockenbetätigung gesteuert wird, einschließlich CPS- und/oder VCT-Systeme, beinhalten. Das Weiteren kann ein VCT-System eine oder mehrere VCT-Vorrichtungen (nicht dargestellt) beinhalten, die betätigt werden können, um die Ansteuerung des Einlass- und des Auslassventils auf eine Ansteuerung einzustellen, die verringerte positive Überschneidung vom Einlass- zum Auslassventil bereitstellt. Das heißt, das Einlass- und das Auslassventil öffnen sich für einen kürzeren Zeitraum und bewegen sich weg vom gleichzeitigen Öffnen für einen Abschnitt des Ansaugtakts. In wieder anderen Ausführungsformen können die Einlass- und Auslassventile durch einen gemeinsamen Ventilaktor oder ein gemeinsames Ventilaktorsystem oder einen Aktor oder ein Aktorsystem zur variablen Ventilansteuerung gesteuert werden.
In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Motors 10 zum Einleiten der Verbrennung eine Zündkerze 292 beinhalten. Das Zündsystem 290 kann dem Zylinder 30 bei ausgewählten Betriebsarten einen Zündfunken über die Zündkerze 292 in Reaktion auf ein Vorzündungssignal SA von der Steuerung 12 bereitstellen. In anderen Ausführungsformen können Motoren mit Selbstzündung eine Glühkerze anstelle der Zündkerze 292 verwenden.
In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Motors 10 mit einer oder mehreren Einspritzvorrichtungen zum Abgeben von Kraftstoff an den Zylinder 30 ausgelegt sein. Als nicht einschränkendes Beispiel beinhaltet der Zylinder 30 der Darstellung nach zwei Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 66 und 67. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 66 und 67 können dazu ausgelegt sein, von einem Kraftstoffsystem (nicht dargestellt) über eine Hochdruckkraftstoffpumpe und einen Kraftstoffverteiler erhaltenen Kraftstoff abzugeben. Alternativ dazu kann der Kraftstoff bei einem niedrigeren Druck durch eine einstufige Kraftstoffpumpe abgegeben werden, wobei hier die Ansteuerung der Kraftstoffdirekteinspritzung während des Verdichtungstakts stärker begrenzt sein kann als bei Verwendung eines Hochdruckkraftstoffsystems. Ferner kann der Kraftstofftank einen Druckwandler aufweisen, welcher der Steuerung 12 ein Signal bereitstellt.
Der Darstellung nach ist die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 direkt an den Zylinder 30 gekoppelt, um Kraftstoff proportional zur Pulsweite des Signals FPW-1, das von der Steuerung 12 über einen elektronischen Treiber empfangen wird, direkt in diesen einzuspritzen. So stellt die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 eine sogenannte Direkteinspritzung (nachfolgend als „DI“ bezeichnet) von Kraftstoff in den Verbrennungszylinder 30 bereit. Während die Einspritzvorrichtung 66 gemäß 2 auf einer Seite des Zylinders 30 positioniert ist, kann sie alternativ dazu oberhalb des Kolbens angeordnet sein, wie etwa in der Nähe der Position der Zündkerze 292. Eine solche Position kann das Mischen und Verbrennen verbessern, wenn der Motor mit einem Kraftstoff auf Alkoholbasis betrieben wird, da einige Kraftstoffe auf Alkoholbasis eine geringere Flüchtigkeit aufweisen. Alternativ dazu kann die Einspritzvorrichtung oberhalb und in der Nähe des Einlassventils angeordnet sein, um das Mischen zu verbessern.
Der Darstellung nach ist die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 67 in dem Einlasskanal 22 und nicht in dem Zylinder 30 in einer Konfiguration angeordnet, die als Saugrohreinspritzung von Kraftstoff (Port Fuel Injection; nachfolgend als „PFI“ bezeichnet) in die Einlassöffnung vorgelagert zum Zylinder 30 bezeichnet wird. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 67 kann von dem Kraftstoffsystem 288 erhaltenen Kraftstoff proportional zur Pulsweite des Signals FPW-2, das von der Steuerung 12 über einen elektronischen Treiber empfangen wird, einspritzen.
Kraftstoff kann dem Zylinder während eines einzelnen Zyklus des Zylinders durch beide Einspritzvorrichtungen zugeführt werden. Beispielsweise kann jede Einspritzvorrichtung einen Teil einer Gesamteinspritzung des Kraftstoffs bereitstellen, der in dem Zylinder 30 verbrannt wird. Somit kann eingespritzter Kraftstoff selbst im Falle eines einzelnen Verbrennungsereignisses von der Saugrohr- und Direkteinspritzvorrichtung zu verschiedenen Zeitpunkten 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 davon durchgeführt werden.
Wie vorstehend beschrieben, zeigt 2 lediglich einen Zylinder eines Mehrzylindermotors. Somit kann jeder Zylinder gleichermaßen seinen eigenen Satz Einlass-/Auslassventile, Kraftstoffeinspritzvorrichtung(en), Zündkerze usw. aufweisen. Es versteht sich, dass der Motor 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 enthalten, die in 2 unter Bezugnahme auf den Zylinder 30 beschrieben und abgebildet sind.
Der Motor kann ferner einen oder mehrere Abgasrückführungskanäle zum Zurückführen eines Teils des Abgases vom Motorauslass zum Motoreinlass beinhalten. In der abgebildeten Ausführungsform kann Abgas über einen HD-AGR-Kanal 84 vom Abgaskrümmer 36 zum Ansaugkrümmer 22 zurückgeführt werden. Ferner kann ein AGR-Sensor 88 innerhalb des HD-AGR-Kanals 84 angeordnet sein und eine Angabe von einem oder mehreren aus Druck, Temperatur und Konzentration des Abgases bereitstellen. Andere nicht einschränkende beispielhafte AGR-Auslegungen können ND-AGR einschließen.
Der Abgassensor 226 ist der Darstellung nach an den Abgaskanal 35 nachgelagert zur Turbine 116 gekoppelt. Der Sensor 226 kann jeder geeignete Sensor zum Bereitstellen einer Angabe eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von Abgas sein, wie z. B. eine lineare Lambdasonde oder UEGO (Breitband- oder Weitbereichslambdasonde), eine binäre Lambdasonde oder EGO, eine HEGO (beheizte EGO) oder ein NO_x-, HC- oder CO-Sensor.
Die Emissionssteuervorrichtung 70 kann entlang des Abgaskanals 35 nachgelagert zum Abgassensor 226 und der Turbine angeordnet sein. In dem abgebildeten Beispiel kann die Emissionssteuervorrichtung Vorrichtungen 271 und 272 beinhalten, wobei es sich bei der Vorrichtung 271 um ein Gaspartikelfilter und bei der Vorrichtung 272 und einen Dreiwegekatalysator handeln kann.
Die Steuerung 12 ist als Mikrocomputer dargestellt, der eine Mikroprozessoreinheit 206, Eingangs-/Ausgangsanschlüsse 208, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, das in diesem konkreten Beispiel als Festwertspeicherchip 210 dargestellt ist, einen Direktzugriffsspeicher 212, einen Keep-Alive-Speicher 214 und einen Datenbus beinhaltet. Die Steuerung 12 kann zusätzlich zu den zuvor erörterten Signalen verschiedene Signale von an den Motor 10 gekoppelten Sensoren empfangen, einschließlich einer Messung der Motorkühlmitteltemperatur (Engine Coolant Temperature - ECT) vom Temperatursensor 216, der an die Kühlhülse 218 gekoppelt ist; eines Profilzündungsaufnahmesignals (Profile Ignition Pickup - PIP) von einem Hall-Effekt-Sensor 220 (oder einer anderen Art), der an die Kurbelwelle 40 gekoppelt ist; der Drosselposition (Throttle Position - TPS) von einem Drosselpositionssensor; und eines Signals für den Krümmerabsolutdruck (Manifold Absolute Pressure - MAP) von dem Sensor 124. Ein Motordrehzahlsignal, RPM, kann durch die Steuerung 12 ausgehend von dem PIP-Signal erzeugt werden. Das Krümmerdrucksignal MAP von einem Krümmerdrucksensor kann dazu verwendet werden, eine Angabe von Vakuum oder Druck in dem Ansaugkrümmer bereitzustellen. Zu weiteren Sensoren können Kraftstofffüllstandssensoren und Kraftstoffzusammensetzungssensoren zählen, die an den bzw. die Kraftstofftank(s) des Kraftstoffsystems gekoppelt sind.
Auf einem Festwertspeicherchip 210 als Speichermedium können computerlesbare Daten programmiert sein, die Anweisungen darstellen, welche von einer Mikroprozessoreinheit 206 zum Durchführen der nachfolgend beschriebenen Verfahren sowie andere Varianten, die vorweggenommen, jedoch nicht im Einzelnen aufgeführt werden, ausführbar sind.
Die Steuerung 12 kann die Aktoren in Reaktion auf die verarbeiteten Eingangsdaten, die von den verschiedenen Sensoren empfangen werden, auf Grundlage von Anweisungen, die in dem Speicher der Steuerung gespeichert sind, oder darin programmiertem Code entsprechend einer oder mehreren Routinen, wie etwa dem beispielhaften Verfahren 400 aus 4 und dem Verfahren 600 aus 6, einsetzen. Als ein Beispiel kann die Steuerung 12 die Motordrehzahl auf Grundlage von Ausgaben eines Hall-Effekt-Sensors 220 bestimmen. In Reaktion auf eine Motordrehzahl von null kann die Steuerung 12 den Elektromotor 111, das HD-AGR-Ventil 86 und das Wastegateventil 92 so betätigen, dass Umgebungsluft durch das Luftfilter zum Abgaskanal 35 strömt.
3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel eines Fahrzeugsystems 300. Bereits im Fahrzeugsystem 100 von 1 vorgestellte Komponenten können ähnlich nummeriert sein. Ebenso wie das Fahrzeugsystem 100 umfasst das Fahrzeugsystem 300 einen Motor 10 und einen HD-AGR-Kanal 84, der an den Motor 10 gekoppelt ist. Das Fahrzeugsystem 300 umfasst einen Turbolader 313. Der Turbolader 313 beinhaltet einen Verdichter 310, der durch eine Turbine 316 über eine Welle 319 angetrieben wird. Ein CRV-Ventil 382 und ein Wastegateventil 392 sind an einen Verdichterrückführungskanal 380 bzw. ein Wastegate 390 gekoppelt.
Das Fahrzeugsystem 300 kann ferner einen Kompressor 113 zum weiteren Aufladen der Ladeluft beinhalten. Der Kompressor 113 ist der vorliegenden Darstellung nach an den Einlasskanal 42 zwischen dem Luftfilter 112 und dem Verdichter 310 gekoppelt. In einer anderen Ausführungsform kann der Kompressor 113 zwischen dem Verdichter 310 und einem Zylinder gekoppelt sein. Bei dem Kompressor 113 kann es sich um einen elektrischen Kompressor handeln, der von einem Elektromotor 114 anhand von Signalen von der Steuerung 12 angetrieben wird. Eine Batterie 159 kann an den Elektromotor 114 zum Einspeisen von elektrischer Leistung in den Elektromotor 114 gekoppelt sein. Der Kompressor 113 kann einen Umgehungskanal 85 zum Leiten von Luft zwischen dem Luftfilter 112 und dem Verdichter 310 beinhalten, ohne durch den Kompressor zu strömen. Ein Luftstrom durch den Kompressorumgehungskanal 85 kann durch ein Kompressorumgehungsventil 83 reguliert werden. Sensoren 355 und 357 können an den Einlasskanal 42 zwischen dem Luftfilter und dem Kompressor zum Messen von Luftdruck bzw. Luftstromrate gekoppelt sein.
In Bezug auf 4 stellt das Verfahren 400 ein beispielhaftes Verfahren zum Diagnostizieren des Luftfilterstatus unter Verwendung einer elektrischen Ladevorrichtung während eines Aus-Zustands des Motors dar. In einem Beispiel kann es sich bei der elektrischen Ladevorrichtung um einen elektrisch unterstützten Turbolader handeln, wie in 1 dargestellt. In einem anderen Beispiel kann es sich bei der elektrischen Ladevorrichtung um einen elektrischen Kompressor handeln, der an einen Turbolader gekoppelt ist, wie in 3 dargestellt.
Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens 400 und der übrigen hier enthaltenen Verfahren können durch eine Steuerung auf Grundlage von Anweisungen, die in einem Speicher der Steuerung gespeichert sind, und in Verbindung mit Signalen, die von Sensoren des Motorsystems, wie etwa den weiter oben in Bezug auf 1-3 beschriebenen Sensoren, empfangenen werden, ausgeführt werden. Die Steuerung kann Motoraktoren des Motorsystems nutzen, um den Motorbetrieb gemäß den nachfolgend beschriebenen Verfahren einzustellen.
Bei 402 schätzt und/oder misst das Verfahren 400 Motorbetriebsbedingungen, darunter unter anderem Motordrehzahl, Kraftstoffmenge, Kraftstoffdruck, Drehmomentbedarf des Fahrzeugführers, Motorkühlmitteltemperatur (ECT), Umgebungsluftdruck (Barometric Pressure - BP), Ladedruck, Ansaugkrümmerdruck (Ladedruck), Abgaskrümmerdruck, Massenluftstromrate (Mass Airflow Rate - MAF), Abgasstromrate, eine Fahrpedalposition (PP), AGR-Strömung und AGR-Raten, die anhand der Ausgabe von entsprechenden in Bezug auf die 1-3 beschriebenen Sensoren gemessen und/oder geschätzt werden können.
Bei 404 strömt Luft aus der Atmosphäre zum Motor durch das Luftfilter in einer ersten Richtung während des Motorbetriebs (wie durch den Pfeil 130 in 1 und 3 dargestellt). Die Luft kann aufgrund des durch Betreiben des Motors erzeugten Vakuums strömen. Die Luft kann ferner durch die Luftladevorrichtung, wie z. B. einen Verdichter, zum Strömen gebracht werden. Schritt 404 kann ferner Messen eines ersten Luftdrucks, der mit der durch das Luftfilter strömenden Luft zusammenhängt, beinhalten. In einer Ausführungsform kann der Luftdruck durch einen Drucksensor gemessen werden, der nachgelagert zum Luftfilter gekoppelt ist (wie z. B. den Drucksensor 55 aus 1 und den Drucksensor 355 aus 3). In einer anderen Ausführungsform kann der Luftdruck eine Druckdifferenz oder ein Druckabfall am Luftfilter sein. In einem Beispiel kann der Druckabfall durch einen Sensor gemessen werden. In einem anderen Beispiel kann der Druckabfall anhand des Absolutwerts der Differenz zwischen dem Druck hinter dem Luftfilter und dem Atmosphärendruck berechnet werden.
Bei 408 prüft die Steuerung, ob der Motor ausgeschaltet ist. Als ein Beispiel kann der Aus-Zustand des Motors bestimmt werden, wenn die Motordrehzahl null ohne Kolbenbewegung ist. Als ein anderes Beispiel kann der Aus-Zustand des Motors bestimmt werden, wenn keine Luft in den Zylinder eintritt. Als ein wieder anderes Beispiel kann der Aus-Zustand des Motors bestimmt werden, wenn Einlassventile des Motorzylinders geschlossen bleiben. Wenn der Motor ausgeschaltet ist, geht das Verfahren 400 zu 410 über. Ansonsten überwacht das Verfahren 400 weiterhin die Motorbetriebsbedingungen bei 406.
Bei 410 bestimmt die Steuerung, ob der Luftfilterstatus diagnostiziert werden soll. In einer Ausführungsform kann die Steuerung in Reaktion auf die Luftdruckmessung während des Motorbetriebs bei 404 bestimmen, ob der Luftfilterstatus diagnostiziert werden soll. Beispielsweise kann die Steuerung in Reaktion darauf, dass der Druckabfall am Luftfilter größer als ein Schwellendruck während des Motorbetriebs ist, bestimmen, eine weitere Diagnose an dem Luftfilter während eines Aus-Zustands des Motors durchzuführen. Der Schwellendruck kann durch Betreiben oder Modellieren eines Modellmotorsystems vorgegeben werden.
In einer anderen Ausführungsform kann der Luftfilterstatus nach einer vorgegebenen Zeitdauer seit der letzten Diagnose oder dem letzten Filterwechsel diagnostiziert werden. Der Luftfilterstatus kann alternativ dazu zu vorgegebenen Zeitpunkten nach einem Filterwechsel diagnostiziert werden. In einem Beispiel können die Zeitdauer oder vorgegebenen Zeitpunkte anhand von Motorbetriebsbedingungen, wie z. B. Witterungs- und/oder Straßenverhältnissen usw., eingestellt werden. Beispielsweise kann eine Diagnose an dem Luftfilter in Reaktion auf einen ausgedehnten Motorbetrieb in ländlichen Gebieten häufiger durchgeführt werden.
Wenn die Steuerung bestimmt, dass eine Diagnose an dem Luftfilter durchgeführt werden soll, geht das Verfahren 400 zu 411 über. Ansonsten überwacht das Verfahren 400 weiterhin die Motorbetriebsbedingungen bei 406.
Bei 411 betätigt die Steuerung den Elektromotor, der an die elektrische Ladevorrichtung gekoppelt ist, um Luft durch das Luftfilter zu leiten. In einer Ausführungsform beinhaltet das Motorsystem eine HD-AGR. Der Elektromotor kann so betätigt werden, dass er Luft in der ersten Richtung von der Atmosphäre zum Motorzylinder durch das Luftfilter leitet, wie durch den Pfeil 130 in 1 und 3 dargestellt. Das HD-AGR-Ventil wird geöffnet, um einen Luftstrom von dem Luftfilter zum Abgaskanal unter Umgehung des Motorzylinders zu ermöglichen. Ein oder mehrere andere Ventile, wie z. B. das Wastegateventil (92 aus 1 und 392 aus 3) und das CRV-Ventil (382 aus 3), können geöffnet werden, um einen Luftstrom vom Luftfilter zum Abgaskanal unter Umgehung der Turbine und/oder dem Verdichter zu ermöglichen, um eine Einschränkung des Luftstroms zu verringern. Weiterhin kann das Kompressorumgehungsventil (wie z. B. das Ventil 83 aus 3) geschlossen werden. In einem anderen Beispiel kann die Geometrie des Verdichters 310 eingestellt werden, um einen Luftstrom durch den Verdichter mit geringer Strömungseinschränkung zu ermöglichen. In einer anderen Ausführungsform kann der Elektromotor bei einem Motorsystem ohne HD-AGR betätigt werden, sodass er Luft durch das Luftfilter in einer umgekehrten Richtung vom Verdichter zu der Atmosphäre (wie durch den Pfeil 131 in 1 und 3 dargestellt), die zur Luftstromrichtung während des Motorbetriebs entgegengesetzt ist, leitet.
Eine Drehzahl des Elektromotors kann auf Grundlage von Betriebsbedingungen, wie z. B. Umgebungsdruck und Umgebungstemperatur, eingestellt werden, um eine erhöhte Reproduzierbarkeit beim Mitteln eines Drucks über mehrere Motor-Aus-Ereignisse zu erhalten, sodass der Filterladestatus besser bestimmt wird. Beispielsweise kann der Elektromotor auf eine gewünschte Drehzahl eingestellt werden, wobei die Drehzahl bei jedem Aus-Zustand des Motors anhand von Umgebungsdruck und -temperatur und möglicherweise ferner anhand der Temperatur unter der Motorhaube, wenn Luft von unter der Motorhaube zum Einlass gesaugt wird (da der Massenstrom und damit der Widerstand durch die Luftdichte beeinflusst werden kann), bestimmt wird. Weiterhin kann die Drehzahl auf Grundlage eines Strömungswegs der Gase im Motorsystem, z. B. auf Grundlage einer Position eines AGR-Ventils, eingestellt werden und die Schwankungen im Strömungswiderstand, die durch die verschiedenen Ventilpositionen verursacht werden, berücksichtigen, um einen stärker reproduzierbaren Druckabfall bei einem jeweiligen Filterwiderstand zu haben.
Bei 412 kann während einer Elektromotorbetätigung ein zweiter Luftdruck gemessen werden, der mit dem Luftstrom durch das Luftfilter zusammenhängt. Der Luftdruck kann mit dem gleichen Ansatz wie bei 404 gemessen werden. Konkret kann der Luftdruck ein Luftdruck sein, der von dem zwischen dem Luftfilter und dem Verdichter eines elektrisch unterstützten Turboladers oder eines elektrischen Kompressors gekoppelten Sensor (wie z. B. den Sensor 55 aus 1 und Sensor 355 aus 3) gemessen wird. Alternativ dazu kann der Druckabfall am Luftfilter gemessen werden.
Bei 414 werden der erste und der zweite gemessene Luftdruck mit einem charakterisierten Luftdruck verglichen, um eine Verstopfung des Luftfilters zu bestimmen. Als ein Beispiel kann es sich bei dem charakterisierten Luftdruck um einen Schwellenluftdruck handeln, der durch Betreiben oder Modellieren eines Modellmotorsystems kalibriert wird. Als ein anderes Beispiel kann es sich bei dem charakterisierten Luftdruck um ein Druckprofil handeln, das durch Betreiben oder Modellieren des Modellmotorsystems kalibriert wird. In einer Ausführungsform kann eine Filterverstopfung durch Vergleichen des zweiten Luftdrucks mit dem charakterisierten Luftdruck bestimmt werden. In einer anderen Ausführungsform kann sowohl der erste als auch der zweite Luftdruck zum Bestimmen einer Filterverstopfung verwendet werden. Beispielsweise kann eine gewichtete Summe aus dem ersten und dem zweiten Luftdruck berechnet werden, bevor sie mit dem charakterisierten Luftdruck verglichen werden. Der erste und der zweite Luftdruck können durch Differenzgewichtungsfaktoren gewichtet werden. In einem Beispiel kann der Gewichtungsfaktor des zweiten Luftdrucks höher als der Gewichtungsfaktor des ersten Luftdrucks sein. In einem anderen Beispiel kann der Gewichtungsfaktor für den ersten Luftdruck null sein.
Bei 416 bestimmt die Steuerung, ob das Filter verstopft ist, auf Grundlage des Vergleichs bei 414. Als ein Beispiel kann die Steuerung bestimmen, dass das Luftfilter verstopft ist, wenn der Druckabfall während eines Aus-Zustands des Motors am Luftfilter größer als ein Schwellenwert ist. Als ein anderes Beispiel kann die Steuerung bestimmen, dass das Luftfilter verstopft ist, wenn der Druckabfall während eines Motorbetriebs größer als ein erster Schwellenwert ist und der Druckabfall während des Aus-Zustands des Motors größer als ein zweiter Schwellenwert ist. Wenn das Filter nicht verstopft ist, kehrt das Verfahren 400 zu 406 zurück, um weiterhin den Motorbetriebsstatus zu überwachen. Wenn das Filter verstopft ist, geht das Verfahren 400 zu 418 über. Ansonsten überwacht das Verfahren 400 weiterhin die Motorbetriebsbedingungen bei 406.
Bei 418 wird eine Filterverstopfung angezeigt. Eine Filterwechselanforderung kann an den Fahrzeugführer gesendet werden. Beispielsweise kann die Steuerung eine Anzeige auf dem Armaturenbrett zum Anzeigen an den Fahrzeugführer anschalten. Weiterhin können Register in der Steuerung derart eingestellt sein, dass sie den Status des Filters aufzeichnen.
5 veranschaulicht den Status mehrerer Aktoren und Motorbetriebsparameter im Verlauf der Zeit beim Umsetzen des Verfahrens 400 aus 4. Der Verlauf 510 zeigt den Status des Fahrzeugschlüssels. Der Schlüssel kann an- oder ausgeschaltet sein, wie durch die y-Achse angegeben. Der Verlauf 520 zeigt die Motordrehzahl. Die Motordrehzahl nimmt zu, wie durch den Pfeil der y-Achse angegeben. Der Verlauf 530 zeigt den Öffnungswinkel des AGR-Ventils. Der Öffnungsgrad nimmt zu, wie durch die y-Achse angegeben. Der Verlauf 540 zeigt die Drehzahl des an den Verdichter gekoppelten Elektromotors. Die Elektromotordrehzahl kann positiv oder negativ sein, wobei der Luftstrom in entgegengesetzten Richtungen durch das Luftfilter getrieben wird. Als ein Beispiel ist, wenn die Elektromotordrehzahl positiv ist, die Luftstromrate 550 durch das Luftfilter positiv und strömt Luft in einer ersten Richtung von der Atmosphäre zum Verdichter durch das Luftfilter (dargestellt als 130 in 1 und 3). Wenn die Elektromotordrehzahl negativ ist, ist die Luftstromrate 550 negativ und strömt Luft in einer zweiten Richtung vom Verdichter zur Atmosphäre durch das Luftfilter (dargestellt als 131 in 1 und 3). Der Verlauf 560 zeigt den Druckabfall am Luftfilter. Der Druckabfall ist der Absolutwert der Druckdifferenz am Luftfilter. Der Druckabfall nimmt zu, wie durch den Pfeil der y-Achse angegeben. Der Verlauf 570 zeigt die Luftfilterwechselanforderung. Die Luftfilterwechselanforderung kann an oder aus sein.
Von t0 bis t1 ist der Fahrzeugschlüssel angeschaltet. Der Motor wird mit einer Motordrehzahl ungleich null betrieben. Das AGR-Ventil kann auf Grundlage von Parametern, einschließlich der Motordrehzahl, betätigt werden. Beispielsweise kann die Öffnung des AGR-Ventils mit sinkender Motordrehzahl zunehmen. Die Elektromotordrehzahl 540 wird auf Grundlage von Parametern, wie z. B. Ladeluftbedarf, eingestellt. Die Luftstromrate 550 durch das Luftfilter verläuft in einer ersten Richtung. Der Druckabfall 560 am Filter variiert in Reaktion auf die Luftstromrate.
Bei t1 ist der Motor mit einer Motordrehzahl von null ausgeschaltet. Die Elektromotordrehzahl und Luftstromrate durch das Luftfilter in den Motor betragen beide null. Der Druckabfall am Luftfilter beträgt ebenfalls null, da keine Luft durch das Filter strömt. In einem Beispiel kann die Elektromotordrehzahl auf Grundlage des Umgebungsdrucks eingestellt werden. Als ein Beispiel kann die Elektromotordrehzahl mit sinkendem Umgebungsdruck erhöht werden.
Bei t2 bestimmt die Steuerung, mit einer Diagnose an dem Luftfilter zu beginnen. Als ein Beispiel kann die Steuerung in Reaktion darauf, dass der Druckabfall während t0-t1 höher als ein Schwellenwert 561 ist, bestimmen, eine Diagnose an dem Filter durchzuführen. Der Schwellenwert 561 kann auf Grundlage eines Betreibens oder Modellierens eines Modellmotorsystems vorgegeben werden. Der Schwellenwert kann ferner auf Grundlage der Luftstromrate eingestellt werden. Als ein anderes Beispiel kann die Steuerung bestimmen, eine Diagnose an dem Filter nach einer vorgegebenen Zeitdauer durchzuführen.
In einer Ausführungsform beginnt die Elektromotordrehzahl 540 von null zuzunehmen, wie durch 541 dargestellt. Das AGR-Ventil wird geöffnet, um einen Luftstrom von dem Luftfilter zum Abgaskanal des Fahrzeugsystems zu ermöglichen. Der Druckabfall nimmt zu. Bei t3 ist in Reaktion darauf, dass der Druckabfall 564 höher als ein Schwellenwert 563 ist, die Filterwechselanforderung 570 angeschaltet.
In einer anderen Ausführungsform kann der Elektromotor bei t2 derart betätigt werden, dass er die Luft in einer zweiten Richtung vom Motor an die Atmosphäre durch das Filter leitet. Die Elektromotordrehzahl nimmt in negativer Richtung von null an zu, wie in 542 dargestellt. Die Luftstromrate 551 nimmt ebenfalls in negativer Richtung ab t2 zu. Der entsprechende Druckabfall aufgrund des Luftstroms in der zweiten Richtung ist in 565 dargestellt. Die Filterwechselanforderung wird von aus bei t3 in Reaktion darauf, dass der Druckabfall 565 höher als ein Schwellenwert 562 ist, angeschaltet. In einem Beispiel kann, wenn das Fahrzeugsystem einen HD-AGR-Kanal beinhaltet, das HD-AGR-Ventil ohne HD-AGR-Strömung geschlossen werden, wie in 531 dargestellt.
Bei t4 endet die Luftfilterdiagnose. Die Elektromotordrehzahl und Luftstromrate kehren auf null zurück. Der Druckabfall beträgt ebenfalls null. Von t2 bis t4 bleibt, während die Elektromotordrehzahl ungleich null ist, das AGR-Ventil weit geöffnet.
Bei t5 nimmt die Motordrehzahl von null zu. Die Öffnung des AGR-Ventils und die Elektromotordrehzahl werden auf Grundlage von Motorbetriebsparametern eingestellt. Die Luftstromrate 550 und der Druckabfall 560 variieren in Reaktion auf Motorbetriebsbedingungen.
Bei t6 sinkt die Motordrehzahl in Reaktion auf ein Ausschalten des Schlüssels auf null. Die Elektromotordrehzahl sinkt auf null. Der Druckabfall ist in Reaktion auf die Luftstromrate von null gleich null. Die Filterwechselanforderung kann eingeschaltet bleiben, um die Anforderung an den Fahrzeugführer anzuzeigen.
In einer anderen Ausführungsform kann eine Diagnose an dem Luftflitter auf Grundlage eines Luftdrucks durchgeführt werden, der während mehrerer verschiedener Aus-Zeiträume des Motors, die durch Zustände mit laufendem Motor getrennt sind, gemessen wird. Die Filterwechselanforderung kann auf Grundlage mehrerer der gemessenen Luftdrücke eingestellt werden. Als ein Beispiel kann der Filterstatus durch Vergleichen eines Mittelwerts der gemessenen Luftdrücke während der mehreren verschiedenen Aus-Zeiträume des Motors diagnostiziert werden. Als ein anderes Beispiel kann der Filterstatus durch Vergleichen eines gewichteten Mittelwerts der gemessenen Luftdrücke während der mehreren verschiedenen Aus-Zeiträume des Motors diagnostiziert werden. Der Gewichtungsfaktor kann auf Grundlage der Luftstromrate durch das Luftfilter bestimmt werden. Beispielsweise kann der Gewichtungsfaktor mit zunehmender Luftstromrate erhöht werden. Die Luftstromrate kann auf Grundlage von Umgebungsbedingungen und Motorbetriebsbedingungen geschätzt werden. Beispielsweise kann die Luftstromrate bei einem hohen Umgebungsdruck und einer hohen Elektromotordrehzahl hoch sein.
6 zeigt ein anderes beispielhaftes Verfahren 600 zum Diagnostizieren des Luftfilterstatus ohne Betreiben des HD-AGR-Ventils. Das Verfahren 600 kann auf ein Fahrzeugsystem ohne HD-AGR-Kanal angewandt werden. Das Verfahren 600 betreibt den Elektromotor, der an die elektrische Ladevorrichtung gekoppelt ist, sodass er die Luft durch den Luftfilter in entgegengesetzten Richtungen bei einem Aus-Zustand des Motors leitet, und erkennt eine Verstopfung des Luftfilters auf Grundlage einer Luftdruckmessung beim Betreiben des Motors.
Bei 602 schätzt und/oder misst das Verfahren 400 ähnlich wie bei 402 aus 4 Motorbetriebsbedingungen, darunter unter anderem Motordrehzahl, Kraftstoffmenge, Kraftstoffdruck, Drehmomentbedarf des Fahrzeugführers, Motorkühlmitteltemperatur (ECT), Umgebungsluftdruck (Barometric Pressure - BP), Ladedruck, Ansaugkrümmerdruck (Ladedruck), Abgaskrümmerdruck, Massenluftstromrate (Mass Airflow Rate - MAF), Abgasstromrate, eine Fahrpedalposition (PP), AGR-Strömung und AGR-Raten, die anhand der Ausgabe von entsprechenden in Bezug auf die 1-3 beschriebenen Sensoren gemessen und/oder geschätzt werden können.
Bei 604 strömt Luft ähnlich wie bei 404 aus 4 durch das Luftfilter in der ersten Richtung und wird der erste Luftdruck gemessen. Bei dem Luftdruck kann es sich um den Luftdruck zwischen dem Luftfilter und dem Verdichter oder Kompressor handeln (wie z. B. den Druck, der vom Sensor 55 aus 1 oder Sensor 355 aus 3 gemessen wird). Der Luftdruck kann alternativ dazu der Druckabfall am Luftfilter sein.
Bei 608 bestimmt das Verfahren 600 ähnlich wie bei 408 aus 4, ob der Motor ausgeschaltet ist. Wenn der Motor ausgeschaltet ist, geht das Verfahren 600 zu 610 über.
Beispielsweise kann das Verfahren das Auftreten eines Aus-Zustands des Motors ohne Verbrennung in Ruhe und eines An-Zustands des Motors mit Verbrennung und Drehen beinhalten. Ansonsten fährt das Verfahren 600 mit dem Überwachen des Motorbetriebs bei 606 fort.
Bei 610 bestimmt das Verfahren 600 ähnlich wie bei 410 aus 4, ob der Luftfilterstatus diagnostiziert werden soll. Die Steuerung kann auf Grundlage des ersten Luftdrucks und/oder einer Zeitdauer seit der letzten Filterdiagnose bestimmen, ob der Luftfilterstatus diagnostiziert werden soll. Wenn die Steuerung bestimmt, dass eine Diagnose an dem Filter durchgeführt werden soll, geht das Verfahren 600 zu 612 über. Ansonsten überwacht das Verfahren 600 weiterhin die Motorbetriebsbedingungen bei 606.
Bei 612 wird der Elektromotor derart betätigt, dass er die Luft durch das Luftfilter in einer ersten Richtung (wie z. B. der in 1 und 3 dargestellten Richtung 130) leitet, um Umgebungsluft in das Motorsystem einzuspeisen.
Bei 614 kann der zweite Luftdruck gemessen werden, der mit dem Luftstrom in der ersten Richtung zusammenhängt. Der zweite Luftdruck kann mit demselben Sensor gemessen werden wie der erste Luftdruck.
Bei 616 wird, nachdem die Luft durch das Luftfilter in die erste Richtung geleitet wurde, der Elektromotor betätigt und wird die Luft in eine zweite Richtung, die zur ersten Richtung entgegengesetzt ist, von dem Verdichter an die Atmosphäre durch das Luftfilter geleitet (wie in 131 aus 1 und 3 dargestellt). Weiterhin kann, während die Luft in die zweite Richtung geleitet wird, das Luftfilter gereinigt werden, indem etwas von dem Schmutz und Staub, die im Luftfilter aufgefangen wurden, in ein Abteil eines Luftkastens geblasen wird.
Bei 618 kann der dritte Luftdruck gemessen werden, der mit dem Luftstrom in der zweiten Richtung zusammenhängt. Indem die Luft in der zweiten Richtung strömt, nachdem die Luft in der ersten Richtung geströmt ist, kann die Luftstromrate durch das Luftfilter erhöht werden, um ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis sicherzustellen.
Bei 620 werden die gemessenen Luftdrücke mit einem charakterisierten Luftdruck verglichen, um den Filterstatus zu bestimmen. Als ein Beispiel kann es sich bei dem charakterisierten Luftdruck um Schwellenluftdrücke handeln, die durch Betreiben oder Modellieren eines Modellmotorsystems durch Leiten der Luft durch das Luftfilter kalibriert werden. Als ein anderes Beispiel kann es sich bei dem charakterisierten Luftdruck um ein Druckprofil handeln, das durch Betreiben oder Modellieren des Modellmotorsystems zum Leiten der Luft durch das Luftfilter kalibriert wird. In einer Ausführungsform kann der dritte Luftdruck verwendet werden, um eine Filterverstopfung zu bestimmen. Beispielsweise kann bestimmt werden, dass das Filter verstopft ist, wenn der dritte Druckabfall höher als ein Schwellenwert ist. In einer anderen Ausführungsform kann die Filterverstopfung auf Grundlage von sowohl der zweiten als auch der dritten Luftdruckmessung bestimmt werden. Als ein Beispiel kann bestimmt werden, dass das Filter verstopft ist, wenn eine gewichtete Summe aus dem zweiten und dem dritten Luftdruck höher als ein Schwellenwert ist. Als ein anderes Beispiel kann der Gewichtungsfaktor für den dritten Luftdruck höher als der Gewichtungsfaktor für den zweiten Luftdruck sein. In einer wieder anderen Ausführungsform kann eine Filterverstopfung auf Grundlage einer gewichteten Summe aus dem ersten, zweiten und dritten Druck bestimmt werden.
Bei 622 geht, wenn das Filter verstopft ist, das Verfahren 600 zu 624 über, um eine Filterwechselanforderung anzuzeigen. Ansonsten fährt das Verfahren 600 mit dem Überwachen des Motorbetriebs bei 606 fort.
7 veranschaulicht den Status mehrerer Aktoren und Motorbetriebsparameter im Verlauf der Zeit beim Umsetzen des Verfahrens 600 aus 6. Der Verlauf 710 zeigt den Status des Fahrzeugschlüssels. Der Schlüssel kann an- oder ausgeschaltet sein, wie durch die y-Achse angegeben. Der Verlauf 720 zeigt die Motordrehzahl. Die Motordrehzahl nimmt zu, wie durch den Pfeil der y-Achse angegeben. Der Verlauf 730 zeigt die Drehzahl des an den Verdichter gekoppelten Elektromotors. Die Elektromotordrehzahl kann positiv oder negativ zum Luftstrom in entgegengesetzten Richtungen durch das Luftfilter sein. Als ein Beispiel ist, wenn die Elektromotordrehzahl positiv ist, die Luftstromrate 740 durch das Luftfilter positiv und strömt Luft in einer ersten Richtung von der Atmosphäre zum Verdichter durch das Luftfilter (dargestellt als 130 in 1 und 3). Wenn die Elektromotordrehzahl negativ ist, ist die Luftstromrate 740 negativ und strömt Luft in einer zweiten Richtung vom Verdichter zur Atmosphäre durch das Luftfilter (dargestellt als 131 in 1 und 3). Der Verlauf 750 zeigt den Druckabfall am Luftfilter. Der Druckabfall ist der Absolutwert der Druckdifferenz am Luftfilter. Der Druckabfall nimmt zu, wie durch den Pfeil der y-Achse angegeben. Der Verlauf 760 zeigt den Status der Luftfilterwechselanforderung. Die Luftfilterwechselanforderung kann an oder aus sein.
Von t0 bis t1 ist der Fahrzeugschlüssel angeschaltet. Die Motordrehzahl ist ungleich null. Die Elektromotordrehzahl wird auf Grundlage von Motorbetriebsparametern, einschließlich Motordrehzahl, eingestellt. Die Luftstromrate und der Druckabfall variieren auf Grundlage des Motorbetriebs.
Bei t1 erreicht die Motordrehzahl null und ist der Motor aus.
Bei t2 beginnt die Steuerung, eine Diagnose an dem Luftfilter durch Betätigen des Elektromotors durchzuführen. In einem Beispiel kann die Steuerung in Reaktion darauf, dass der Druckabfall 750 bei laufendem Motor (von t0-t1) höher als ein Schwellenwert 751 ist, bestimmen, eine Diagnose an dem Filter durchzuführen. In einem anderen Beispiel kann die Steuerung in Reaktion auf eine Zeitdauer seit der letzten Filterdiagnose bestimmen, dass eine Diagnose an dem Filter durchgeführt werden soll. Die Elektromotordrehzahl nimmt in positiver Richtung zu, sodass die Luft in der ersten Richtung strömt, wie durch die positive Zunahme der Luftstromrate 740 angezeigt.
Bei t3 überschreitet die Elektromotordrehzahl die Drehzahl von null, während sie sich von einer positiven Elektromotordrehzahl zu einer negativen Elektromotordrehzahl bewegt. Die Luftstromrate überschreitet ferner null, während sie sich von einer positiven Luftstromrate zu einer negativen Luftstromrate bewegt. Somit beginnt die Luft, in einer zweiten Richtung zu strömen, nachdem sie in die erste Richtung geleitet wurde. Eine Diagnose an dem Luftfilter kann auf Grundlage eines Mittelwerts des Druckabfalls, der gemessen wird, während die Luft in beide Richtungen durch das Filter geleitet wird, durchgeführt werden, um die statistische Signifikanz der Diagnose zu erhöhen.
Bei t4 wird in Reaktion darauf, dass der mittlere Druckabfall höher als ein Schwellenwert 752 ist, die Filterwechselanforderung von aus angeschaltet. Der Elektromotor wird bei t5 ausgeschaltet.
Bei t6 nimmt die Motordrehzahl von null zu und wird der Elektromotor auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen betrieben.
Bei t7 werden der Motor und der Elektromotor in Reaktion auf ein Schlüsselausschaltereignis ausgeschaltet.
Auf diese Weise kann der Luftfilterstatus während eines Aus-Zustands des Motors diagnostiziert werden, indem der an die elektrische Ladevorrichtung gekoppelte Elektromotor betrieben wird. Die Diagnose beruht auf einer Druckmessung, während die Luft durch das Luftfilter über den Elektromotor geleitet wird. Die technische Wirkung einer Filterdiagnose während eines Aus-Zustands des Motors besteht darin, dass das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert werden kann. Weiterhin kann eine Diagnose an dem Luftfilter bei einem Hybridfahrzeug, bei dem die Motorlaufzeit begrenzt ist, rechtzeitig durchgeführt werden. Die technische Wirkung eines Öffnens des HD-AGR-Ventils und Leitens der Luft von dem Luftfilter zum Abgaskanal unter Umgehung des Zylinders besteht darin, dass eine durch andere Motorkomponenten als das Luftfilter verursachte Lufteinschränkung vermieden wird. Weiterhin können Emissionen aufgrund von durch den Zylinder strömender Luft vermieden werden. Die technische Wirkung des Betreibens des Motors zum Leiten von Luft in einer umgekehrten Richtung zum Motorbetrieb besteht darin, dass die Luftfilterdiagnose in Fahrzeugsystemen ohne HD-AGR-Kanal durchgeführt werden kann. Die technische Wirkung des Leitens der Luft in sowohl die erste als auch die zweite Richtung während eines Aus-Zustands des Motors besteht darin, dass die Diagnose statistisch signifikanter sein kann.
Als eine Ausführungsform umfasst ein Verfahren für einen Motor: während eines Aus-Zustands des Motors Öffnen eines Hochdruck-Abgasrückführungs(HD-AGR)-Ventils; Leiten von Luft durch ein Luftfilter durch Betätigen eines Elektromotors, der an einen Verdichter gekoppelt ist; Messen eines Luftdrucks; und Anzeigen eines Status des Luftfilters auf Grundlage des Luftdrucks. In einem ersten Beispiel des Verfahrens umfasst das Verfahren ferner Leiten der Luft vom Luftfilter zu einem Abgaskanal des Motors unter Umgehung des Zylinders. Ein zweites Beispiel des Verfahrens beinhaltet gegebenenfalls das erste Beispiel und beinhaltet ferner: wobei der Verdichter ferner an eine Turbine gekoppelt ist. Ein drittes Beispiel des Verfahrens beinhaltet gegebenenfalls eines oder mehrere aus dem ersten und dem zweiten Beispiel und beinhaltet ferner Leiten der Luft von dem Luftfilter zu einem Abgaskanal unter Umgehung der Turbine. Ein viertes Beispiel des Verfahrens beinhaltet gegebenenfalls eines oder mehrere aus dem ersten und dem dritten Beispiel und beinhaltet ferner Öffnen eines Verdichterrückführungsventils, das an einen zweiten Verdichter gekoppelt ist, während der Elektromotor betätigt wird. Ein fünftes Beispiel des Verfahrens beinhaltet gegebenenfalls eines oder mehrere aus dem ersten und dem vierten Beispiel und beinhaltet ferner: wobei der zweite Verdichter zwischen dem Verdichter und dem Motor gekoppelt ist. Ein sechstes Beispiel des Verfahrens beinhaltet gegebenenfalls eines oder mehrere aus dem ersten und dem fünften Beispiel und beinhaltet ferner: wobei der Luftdruck eine Luftdruckdifferenz am Luftfilter ist und wobei das Leiten und Messen während mehrerer verschiedener Aus-Zeiträume des Motors, die durch Zustände mit laufendem Motor getrennt sind, durchgeführt werden und die Anzeige auf mehreren der gemessenen Luftdrücke beruht, wobei der Elektromotor während jeder der Strömungsbedingungen mit einer Drehzahl betrieben wird, die auf Grundlage des Umgebungsdrucks eingestellt wird. Ein siebtes Beispiel des Verfahrens beinhaltet gegebenenfalls eines oder mehrere aus dem ersten und dem sechsten Beispiel und beinhaltet ferner: wobei der Luftdruck zwischen dem Luftfilter und dem Verdichter gemessen wird. Ein achtes Beispiel des Verfahrens beinhaltet gegebenenfalls eines oder mehrere aus dem ersten und dem siebten Beispiel und beinhaltet ferner Anzeigen eines Status des Luftfilters durch Vergleichen des Luftdrucks mit einem charakterisierten Luftdrucks.
Als eine andere Ausführungsform umfasst ein Verfahren: während eines ersten Zustands Leiten von Luft durch ein Luftfilter in einer ersten Richtung und Messen eines ersten Luftdrucks; während eines zweiten Zustands Betätigen eines Elektromotors zum Leiten von Luft durch das Luftfilter in einer zweiten Richtung, die zu der ersten Richtung entgegengesetzt ist, und Messen eines zweiten Luftdrucks; und Anzeigen einer Filterwechselanforderung auf Grundlage des ersten Luftdrucks und des zweiten Luftdrucks. In einem ersten Beispiel des Verfahrens liegt der erste Zustand während eines Motorbetriebs vor und liegt der zweite Zustand während eines Aus-Zustands des Motors vor. Ein zweites Beispiel des Verfahrens beinhaltet gegebenenfalls das erste Beispiel und beinhaltet ferner: wobei der erste Zustand und der zweite Zustand während eines Aus-Zustands des Motors vorliegen, und ferner umfassend Leiten der Luft durch das Luftfilter in einer ersten Richtung durch Betätigen des Elektromotors. Ein drittes Beispiel des Verfahrens beinhaltet gegebenenfalls eines oder mehrere aus dem ersten und dem zweiten Beispiel und beinhaltet ferner: wobei der erste Luftdruck und der zweite Luftdruck über einen Sensor gemessen werden. Ein viertes Beispiel des Verfahrens beinhaltet gegebenenfalls eines oder mehrere aus dem ersten und dem dritten Beispiel und beinhaltet ferner: wobei sich der Sensor zwischen dem Luftfilter und einem Verdichter befindet. Ein fünftes Beispiel des Verfahrens beinhaltet gegebenenfalls eines oder mehrere aus dem ersten und dem vierten Beispiel und beinhaltet ferner Anzeigen der Filterwechselanforderung auf Grundlage einer gewichteten Summe aus dem ersten Luftdruck und dem zweiten Luftdruck.
Als noch eine andere Ausführungsform umfasst ein Fahrzeugsystem: einen Motor, der einen Zylinder beinhaltet; einen Ansaugluftkanal zum Ansaugen von Umgebungsluft in den Motor; einen Abgaskanal, der an einen Motorabgaskrümmer gekoppelt ist; ein Luftfilter, das an den Ansaugluftkanal gekoppelt ist; einen Verdichter, der an den Ansaugluftkanal gekoppelt ist, zum Bereitstellen von aufgeladener Luft an den Motor; einen Elektromotor, der an den Verdichter gekoppelt ist; ein AGR-Ventil, das an einen HD-AGR-Kanal gekoppelt ist, zum Zurückführen von Abgas von dem Motorabgaskrümmer zu einem Motoransaugkrümmer; eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind, zum: Ausschalten des Motors während eines Schlüsselanschaltzustands; Betätigen des Elektromotors zum Leiten von Luft durch das Luftfilter zum Verdichter; Öffnen des AGR-Ventils zum Leiten der Luft vom Verdichter zu dem Abgaskanal unter Umgehung des Zylinders; Bestimmen eines Luftdrucks; und Anzeigen eines Luftfilterwechsels auf Grundlage des bestimmten Luftdrucks. In einem ersten Beispiel des Verfahrens ist der Luftdruck ein Druckabfall am Luftfilter und ist die Steuerung ferner zum Anzeigen eines Luftfilterwechsels in Reaktion darauf, dass der Druckabfall höher als ein Schwellenwert ist, ausgelegt. Ein zweites Beispiel des Verfahrens beinhaltet gegebenenfalls das erste Beispiel und beinhaltet ferner: wobei der Verdichter ein elektrischer Kompressor ist und das System ferner einen an den Motor gekoppelten Turbolader umfasst. Ein drittes Beispiel des Verfahrens beinhaltet gegebenenfalls eines oder mehrere aus dem ersten und dem zweiten Beispiel und beinhaltet ferner: wobei die Steuerung ferner zum Öffnen eines Verdichterrückführungsventils und eines Wastegateventils des Turboladers, während der Elektromotor betätigt wird, ausgelegt ist. Ein viertes Beispiel des Verfahrens beinhaltet ferner eines oder mehrere aus dem ersten und dem dritten Beispiel und beinhaltet ferner: wobei die Steuerung ferner zum Einstellen der Geometrie des Turboladers, während der Elektromotor betätigt wird, ausgelegt ist.
In einer anderen Darstellung umfasst ein Verfahren für einen Motor eines Hybridfahrzeugs: während eines Aus-Zustands des Motors Öffnen eines Hochdruck-Abgasrückführungs(HD-AGR)-Ventils; Leiten von Luft durch ein Luftfilter durch Betätigen eines Elektromotors, der an einen Verdichter gekoppelt ist; Messen eines Luftdrucks; und Anzeigen eines Status des Luftfilters auf Grundlage des Luftdrucks.
Es ist zu beachten, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sein und durch das Steuersystem, das die Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und sonstiger Motorhardware beinhaltet, ausgeführt werden. Die hier beschriebenen konkreten Routinen können eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, darstellen. Demnach können verschiedene veranschaulichte Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge 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 der jeweils eingesetzten Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen grafisch Code wiedergeben, der in einen nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums im Motorsteuersystem zu programmieren ist, wobei die beschriebenen Handlungen durch Ausführen der Anweisungen in einem System ausgeführt werden, das die verschiedenen Motorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung beinhaltet.
Es versteht sich, dass die hier offenbarten Auslegungen und Routinen beispielhafter Natur sind und diese konkreten Ausführungsformen nicht in einschränkendem Sinne 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 angewandt 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 Ansprüche legen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen dar, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Derartige Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente einschließen, wobei sie zwei oder mehr derartiger Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Einreichung neuer Ansprüche im Rahmen dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Unabhängig davon, ob sie im Vergleich zu den ursprünglichen Ansprüchen einen weiteren, engeren, gleichen oder anderen Schutzumfang aufweisen, werden derartige Ansprüche ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen betrachtet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5606311 [0003]

Claims

Verfahren für einen Motor, umfassend: während eines Aus-Zustands des Motors Öffnen eines Hochdruck-Abgasrückführungs(HD-AGR)-Ventils; Leiten von Luft durch ein Luftfilter durch Betätigen eines Elektromotors, der an einen Verdichter gekoppelt ist; Messen eines Luftdrucks; und Anzeigen eines Status des Luftfilters auf Grundlage des Luftdrucks.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Leiten der Luft von dem Luftfilter zu einem Abgaskanal des Motors unter Umgehung eines Zylinders.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Verdichter an eine Turbine gekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 3, ferner umfassend Leiten der Luft von dem Luftfilter zu einem Abgaskanal unter Umgehung der Turbine.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Öffnen eines Verdichterrückführungsventils, das an einen zweiten Verdichter gekoppelt ist, während der Elektromotor betätigt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der zweite Verdichter zwischen dem Verdichter und dem Motor gekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Luftdruck eine Luftdruckdifferenz am Luftfilter ist und wobei das Leiten und Messen während mehrerer verschiedener Aus-Zeiträume des Motors, die durch Zustände mit laufendem Motor getrennt sind, durchgeführt werden und die Anzeige auf mehreren der gemessenen Luftdrücke beruht, wobei der Elektromotor während jeder der Strömungsbedingungen mit einer Drehzahl betrieben wird, die auf Grundlage des Umgebungsdrucks eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Luftdruck zwischen dem Luftfilter und dem Verdichter gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Anzeigen des Status des Luftfilters durch Vergleichen des Luftdrucks mit einem charakterisierten Luftdruck.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Betätigen des Elektromotors zum Leiten von Luft durch das Luftfilter in einer zweiten Richtung, die zu der ersten Richtung entgegengesetzt ist, und Messen eines zweiten Luftdrucks; und Anzeigen des Status des Luftfilters ferner auf Grundlage des zweiten Luftdrucks.
Fahrzeugsystem, umfassend: einen Motor, der einen Zylinder beinhaltet; einen Ansaugluftkanal zum Ansaugen von Umgebungsluft in den Motor; einen Abgaskanal, der an einen Motorabgaskrümmer gekoppelt ist; ein Luftfilter, das an den Ansaugluftkanal gekoppelt ist; einen Verdichter, der an den Ansaugluftkanal gekoppelt ist, zum Bereitstellen von aufgeladener Luft an den Motor; einen Elektromotor, der an den Verdichter gekoppelt ist; ein AGR-Ventil, das an einen HD-AGR-Kanal gekoppelt ist, zum Zurückführen von Abgas von dem Motorabgaskrümmer zu einem Motoransaugkrümmer; eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die auf einem nicht flüchtigen Speicher gespeichert sind, zum: Ausschalten des Motors während eines Schlüsselausschaltzustands; Betätigen des Elektromotors zum Leiten von Luft durch das Luftfilter zum Verdichter; Öffnen des AGR-Ventils zum Leiten der Luft vom Verdichter zu dem Abgaskanal unter Umgehung des Zylinders; Bestimmen eines Luftdrucks; und Anzeigen eines Luftfilterwechsels auf Grundlage des bestimmten Luftdrucks.
Fahrzeugsystem nach Anspruch 11, wobei der Luftdruck ein Druckabfall am Luftfilter ist und die Steuerung ferner zum Anzeigen eines Luftfilterwechsels in Reaktion darauf, dass der Druckabfall höher als ein Schwellenwert ist, ausgelegt ist.
Fahrzeugsystem nach Anspruch 11, wobei der Verdichter ein elektrischer Kompressor ist und das System ferner einen an den Motor gekoppelten Turbolader umfasst.
Fahrzeugsystem nach Anspruch 13, wobei die Steuerung ferner zum Öffnen eines Verdichterrückführungsventils und eines Wastegateventils des Turboladers, während der Elektromotor betätigt wird, ausgelegt ist.
Fahrzeugsystem nach Anspruch 13, wobei die Steuerung ferner zum Einstellen der Geometrie des Turboladers, während der Elektromotor betätigt wird, ausgelegt ist.