DE102020101778A1

DE102020101778A1 - Diagnose eines verdichters mit variablem einlass

Info

Publication number: DE102020101778A1
Application number: DE102020101778.2A
Authority: DE
Inventors: M. Scott Christensen; Nicholas Herhusky; Michael Bastanipour
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2019-01-25
Filing date: 2020-01-24
Publication date: 2020-07-30
Also published as: US20200240330A1; CN111486010A; US11136919B2

Abstract

Es sind Verfahren und Systeme zum Diagnostizieren eines Aktors eines Verdichters mit variablem Einlass vorgesehen, der an einen elektrischen Turbolader gekoppelt ist. Bei Drehmomentübergängen wird ein Stromverbrauch eines elektrischen Aufladeunterstützungsmotors beobachtet und verwendet, um eine tatsächliche Verdichterdrehzahl und ein Druckverhältnis über den Verdichter abzuleiten. Durch Vergleichen des gemessenen Druckverhältnisses mit einem Verdichterkennfeld lässt sich ermitteln, ob der Aktor in der offenen oder der geschlossenen Position klemmt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen Verfahren und Systeme zum Diagnostizieren eines Verdichters mit variablem Einlass, der an einen Fahrzeugmotor gekoppelt ist, um einen Druckanstieg zu verringern.
Allgemeiner Stand der Technik
Durch Pressen zusätzlicher Luft in einen Motor kann ein Turbolader das Motordrehmoment und die Leistungsausgabedichte erhöhen. Turbolader können eine Turbine umfassen, die durch sich ausdehnende Abgase angetrieben wird und über eine Antriebswelle an einen Verdichter gekoppelt ist. Der Verdichter kann fluidisch an einen Luftansaugkrümmer im Motor gekoppelt sein, der mit einer Vielzahl von Motorzylindern verbunden ist. Der aus einem oder mehreren der Motorzylinder stammende Abgasstrom kann zu einem Turbinenrad gelenkt werden, das die Drehung der Turbine um eine feststehende Achse antreibt. Die Drehung der Turbine treibt die Drehung eines Laufrads (z. B. eines Rads) des Verdichters an, der Luft in den Luftansaugkrümmer verdichtet, um den Ladedruck auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen zu erhöhen.
Die Effizienz des Verdichters beeinflusst die Gesamtmotorleistung und den Kraftstoffverbrauch. Beispielsweise kann eine geringere Verdichtereffizienz zu einer langsamen Motorübergangsantwort und einem höheren Kraftstoffverbrauch sowohl für den stationären als auch für den transienten Motorbetrieb führen. Bei geringeren Motorlasten, wenn die Verdichtereffizienz reduziert ist, kann es während einer Pedalbetätigung zu einem vergrößerten Turboladerloch kommen. Zusätzlich kann ein Betrieb bei geringer Last zu einer geringeren Verdichtereffizienz führen und Verdichterpumpgrenzen können den Ladedruckanstieg bei geringen Motordrehzahlen beschränken.
Es wurden verschiedene Ansätze entwickelt, um die Effizienz von Turboladern zu verbessern. Beispielsweise kann dem Turbolader über einen elektrischen Aufladeunterstützungsmotor eine elektrische Unterstützung bereitgestellt werden. Der Motor kann an die Turboladerwelle gekoppelt sein und kann konfiguriert sein, um ein positives Drehmoment auf die Welle aufzubringen, um die Verdichterdrehzahlen während einer Pedalbetätigung zu erhöhen, wodurch sich das Turboladerloch verringert. Während des Loslassens des Pedals, wenn ein schneller Abfall der Verdichterdrehzahl erforderlich ist, kann der Motor als Generator arbeiten und zum Laden einer Batterie Drehmoment von der Welle ziehen.
Als ein anderes Beispiel kann der Verdichter oder die Turbine konfiguriert sein, um eine variable Geometrie aufzuweisen. Ein Beispiel eines Turboladers mit variabler Geometrie wird von Ahmad et al. in US 6,637,205 gezeigt. Dabei kann ein Ring aus aerodynamisch geformten Flügeln den Abgasstrom durch die Turbine leiten. Ein weiterer beispielhafter Ansatz wird von Hodder in US 2010/0172745 gezeigt. Dabei ist ein Verdichter mit einstellbaren Einlassleitschaufeln ausgestaltet. Noch weitere Ansätze können aktive Gehäusebehandlungen und Schutzhüllen für Turbolader umfassen. Beispielsweise haben Sun et al. in US 2014/0377051 eine betätigbare Ringscheibe mit Drosselschlitzen offenbart, deren Ausrichtung variiert wird, um die in den Verdichter gesaugte Luftmenge zu variieren.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch mögliche Probleme bei derartigen Systemen erkannt. Unabhängig von ihrer Konfiguration und Konstruktion müssen solche Verdichter mit variablem Einlass möglicherweise regelmäßig und zuverlässig diagnostiziert werden, um einen Druckanstieg zu vermeiden. Insbesondere, wenn ein Einlass zu einem Verdichter eines Turboladers beschränkt ist, wird der Luftmassenstrom durch den Turbolader verringert. Dies ermöglicht eine Verschiebung der Pumpgrenze, um höhere Druckverhältnisse bei geringerem Luftmassenstrom zu ermöglichen. Wenn jedoch der Aktor, der die Drosselung des Verdichtereinlasses ermöglicht, in der geschlossenen Position klemmt, würde die Leistung im oberen Leistungsbereich des Motors beeinträchtigt. Zudem kann der Verdichter aufgrund einer zu hohen Drehzahl eine potentielle Verschlechterung erleiden. Mögliche Schäden an der Turboladerbaugruppe können zu Leistungseinbußen und Garantieproblemen führen.
Kurzdarstell ung
In einem Beispiel können die vorstehend beschriebenen Probleme durch ein Verfahren für einen Motor gelöst werden, das Folgendes umfasst: Anzeigen einer Verschlechterung eines Aktors, der an einen Verdichter mit variablem Einlass eines elektrischen Turboladers gekoppelt ist, auf Grundlage des Stromverbrauchs eines elektrischen Aufladeunterstützungsmotors des Turboladers im Anschluss an eine befohlene Lageänderung des Aktors. Dadurch können Verdichtervorrichtungen mit variablem Einlass zuverlässig diagnostiziert und rechtzeitig gewartet werden, um eine mögliche Verschlechterung des Turboladers zu vermeiden.
Als ein Beispiel kann ein aufgeladener Motor mit einem elektrisch unterstützten Turbolader konfiguriert sein, der einen Verdichter mit variablem Einlass (VIC) aufweist, der an einen elektrischen Motor/Generator gekoppelt ist. Der VIC kann eine Vorrichtung aufweisen, die an einen Einlass des Verdichters gekoppelt ist, um eine Durchflussbegrenzung durch den Verdichter zu variieren. Während eines Betriebsbereichs mit hohem Massenstrom, wie er beispielsweise bei mittleren bis hohen Motordrehzahlen und -lasten oder bei einer Motorlast vorkommt, die über einer Pumpgrenze liegt, wird die Vorrichtung per Befehl geöffnet, um die Durchflussbeschränkung durch den Verdichter mit variablem Einlass zu verringern. Wenn jedoch der Verdichter mit variablem Einlass beim Befehl zum Öffnen geschlossen bliebe, würde sich die maximale Druckkapazität des aufgeladenen Motorsystems aufgrund des gedrosselten Durchflusses verringern. Daneben würde die Verdichterraddrehzahl erhöht, um ein Solldruckverhältnis zu erreichen. Dieser Zustand kann von der Steuerung diagnostiziert werden, indem sie eine gegenelektromotorische Kraft (Gegen-EMK) beobachtet, die von dem Turbolader auf den Elektromotor ausgeübt wird. Die Gegen-EMK kann verwendet werden, um eine tatsächliche Verdichterdrehzahl zu schätzen, die dann mit einem Verdichterkennfeld verglichen wird, um zu bestimmen, ob das gemessene Druckverhältnis (auf Grundlage der tatsächlichen Verdichterdrehzahl) innerhalb eines Druckverhältnisbereichs liegt, der für die gemessene Drehzahl erwartet wird. Wenn das gemessene Druckverhältnis niedriger ist als erwartet, kann festgestellt werden, dass der VIC in der geschlossenen Position klemmt.
Zusätzlich kann der VIC auf Grundlage einer oder mehrerer Übergangsbetriebsparameter diagnostiziert werden. Insbesondere können ein Zeit-DrehzahlVerhältnis sowie eine Menge an elektrischer Leistung beobachtet werden, die der Elektromotor bei einem Übergangsbetrieb verbraucht (wie etwa bei einer Pedalbetätigung). Wenn der VIC geschlossener ist als befohlen, zeigt der Übergangsbetrieb eine schnellere Reaktionszeit und einen entsprechend geringeren Stromverbrauch (als erwartet) zum Erreichen eines Solldrucks in dem Einlass der Drosselklappe. Dies kann über eine Änderung des Ladezustands einer den Elektromotor versorgenden Batterie gemessen werden.
Auf diese Weise kann das Leistungsprofil eines Elektromotors, der an einen Verdichter mit variablem Einlass gekoppelt ist, vorteilhaft zum Diagnostizieren des Verdichters genutzt werden. Der technische Effekt der Messung des Stromverbrauchs an dem Elektromotor während eines Betriebsbereichs mit hohem Massenstrom besteht darin, dass die Gegen-EMK, die an dem Elektromotor erzeugt wird, mit einer höher als gewünschten Verdichterdrehzahl und einem höher als gewünschten Druckverhältnis korreliert werden kann, da der Verdichtereinlass geschlossener ist als gewünscht. Indem auch die Leistungsaufnahme während eines vorübergehenden Anstiegs des Drehmoments gemessen wird, kann eine Verkürzung der Zeit zum Erreichen eines Solldrucks in dem Einlass der Drosselklappe sowie eines entsprechenden Abfalls der von dem Elektromotor benötigten Aufladeunterstützung mit der höher als gewünschten Verdichterdrehzahl korreliert werden, die sich dadurch ergibt, dass der Verdichtereinlass geschlossener ist als gewünscht. Durch Durchführen der Diagnose auf Grundlage eines Vergleichs zwischen erwarteten und gemessenen elektrischen Leistungsprofilen des Elektromotors kann der Verdichter mit variablem Einlass diagnostiziert werden, ohne den Motorbetrieb zu beeinträchtigen. Durch Verwenden vorhandener Komponenten zum Diagnostizieren des Verdichters mit variablem Einlass kann die Diagnose zuverlässig durchgeführt werden, ohne spezielle Sensoren und die damit verbundenen Kosten zu erfordern. Durch rechtzeitiges erkennen und beheben der VIC-Verschlechterung können eine Verschlechterung des Turboladers ausgeschlossen und die aufgeladene Motorleistung verbessert werden.
Es versteht sich, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung genauer beschrieben werden. Sie ist nicht dazu gedacht, wichtige oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands festzustellen, dessen Umfang einzig durch die Patentansprüche im Anschluss an die detaillierte Beschreibung definiert ist. Zudem ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die vorstehende oder in einem beliebigen Teil dieser Offenbarung angeführte Nachteile vermeiden.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften Fahrzeugsystems. Die 2A-2B zeigen eine Schnittansicht eines Turboladerverdichters, einschließlich einer Vorrichtung mit variablem Einlass, die in einer Einlassleitung des Verdichters positioniert ist.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Diagnostizieren einer Vorrichtung mit variablem Einlass während Massenstrombedingungen.
4 zeigt ein beispielhaftes Kennfeld der Motorlast und der Motordrehzahl zum Steuern einer Position einer Vorrichtung mit variablem Einlass.
5 zeigt ein beispielhaftes Verdichterdruckverhältniskennfeld zum Diagnostizieren einer Vorrichtung mit variablem Einlass.
6 zeigt ein prognostisches Beispiel für eine Diagnose einer Vorrichtung mit variablem Einlass.
7 zeigt eine Überlappung von Verdichterverhältniskennfeldern für Bedingungen mit offener VID und geschlossener VID.

Die 2A-2B sind annähernd maßstabsgetreu gezeigt.
Detaillierte Beschreibung
Die nachstehende Beschreibung bezieht sich auf Systeme und Verfahren für ein aufgeladenes Motorsystem mit einem elektrischen Turbolader mit einem Verdichter mit variablem Einlass, wie etwa das Motorsystem aus 1. Der Verdichter mit variablem Einlass kann eine Vorrichtung mit variablem Einlass (VID) umfassen, die in einer Einlassleitung des Verdichters angeordnet ist und die geöffnet oder geschlossen werden kann, um den Betrag der Durchflussbeschränkung in den Verdichter zu variieren, wie in den 2A-2B gezeigt. Eine Steuerung kann eine Steuerungsroutine durchführen, wie beispielsweise die beispielhafte Routine aus 3, um die VID während des aufgeladenen Motorbetriebs bei hohen Lasten regelmäßig zu diagnostizieren. Die Steuerung kann sich auf einen Vergleich von Verdichterdrehzahl und Druckverhältnis stützen, der aus einer gemessenen Gegen-EMK abgeleitet wird, die auf einen Aufladeunterstützungsmotor relativ zu einem erwarteten Wert aufgebracht wird, wie etwa auf Grundlage der Kennfelder aus den 4-5 und 7. Ein prophetisches Beispiel der VID-Diagnose ist in 6 gezeigt. Auf diese Weise kann ein Verdichter mit variablem Einlass rechtzeitig zuverlässig diagnostiziert und gewartet werden.
Unter Bezugnahme auf 1 ist eine beispielhafte Ausführungsform eines Zylinders 14 eines Verbrennungsmotors 10 veranschaulicht, der in einem Fahrzeug 5 enthalten sein kann. Der Motor 10 kann zumindest teilweise durch ein Steuersystem, das eine Steuerung 12 umfasst, und durch Eingaben von einem Fahrzeugführer 130 über eine Eingabevorrichtung 132 gesteuert werden. In diesem Beispiel umfasst die Eingabevorrichtung 132 ein Gaspedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals PP. Der Zylinder (in der vorliegenden Schrift auch „Brennkammer“) 14 des Motors 10 kann Brennkammerwände 136 aufweisen, in denen ein Kolben 138 positioniert ist. Der Kolben 138 kann mit einer Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, so dass eine Hin- und Herbewegung des Kolbens in eine Rotationsbewegung der Kurbelwelle übersetzt wird. Die Kurbelwelle 140 kann über ein Getriebe 54 an mindestens ein Antriebsrad 55 des Personenkraftwagens gekoppelt sein, wie nachstehend näher beschrieben. Zudem kann ein Anlassermotor (nicht gezeigt) über ein Schwungrad an die Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, um einen Anlassvorgang des Motors 10 zu ermöglichen.
In einigen Beispielen kann das Fahrzeug 5 ein Hybridfahrzeug mit mehreren Drehmomentquellen sein, die dem einen oder den mehreren Fahrzeugrädern 55 zur Verfügung stehen. In anderen Beispielen ist das Fahrzeug 5 ein herkömmliches Fahrzeug, das nur über einen Verbrennungsmotor verfügt, oder ein Elektrofahrzeug, das nur über (eine) elektrische Maschine(n) verfügt. In dem gezeigten Beispiel umfasst das Fahrzeug 5 den Motor 10 und eine elektrische Maschine 52. Bei der elektrischen Maschine 52 kann es sich um einen Elektromotor oder einen Motor/Generator handeln. Die Kurbelwelle 140 des Motors 10 und die elektrische Maschine 52 sind über das 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 der elektrischen Maschine 52 und den damit verbundenen Komponenten zu verbinden oder von diesen zu trennen und/oder um die elektrische Maschine 52 mit dem Getriebe 54 und den damit verbundenen Komponenten zu verbinden oder von diesen zu trennen. Bei dem Getriebe 54 kann es sich um ein Schaltgetriebe, ein Planetenradsystem oder eine andere Getriebeart handeln. Der Antriebsstrang kann verschiedenartig ausgelegt sein, darunter als Parallel-, Serien- oder Serien-Parallel-Hybridfahrzeug.
Die elektrische Maschine 52 nimmt elektrische Leistung aus 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 Zylinder 14 des Motors 10 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 Motors 10 kommunizieren. In einigen Beispielen können einer oder mehrere der Ansaugkanäle eine Aufladevorrichtung, wie etwa einen Turbolader oder einen Verdichter, umfassen. Beispielsweise zeigt 1 den Motor 10, der mit einem Turbolader 15, einschließend einen Verdichter 174, der zwischen den Ansaugkanälen 142 und 144 angeordnet ist, und einer Abgasturbine 176 konfiguriert ist, die entlang eines Abgaskanals 148 angeordnet ist. Der Verdichter 174 kann zumindest teilweise über eine Welle 180 durch die Abgasturbine 176 mit Leistung versorgt werden, wenn die Aufladevorrichtung als Turbolader ausgelegt ist. In anderen Beispielen, wie etwa, wenn der Motor 10 mit einem Verdichter bereitgestellt ist, kann der Verdichter 174 hingegen durch mechanische Eingaben von einem Elektromotor oder dem Motor mit Leistung versorgt und die Abgasturbine 176 optional weggelassen sein.
Der Turbolader 15 kann zudem als ein elektrischer Turbolader mit einem Elektromotor 192 konfiguriert sein (in der vorliegenden Schrift als ein elektrischer Unterstützungsmotor oder Motor zur elektrischen Aufladungsunterstützung bezeichnet), der konfiguriert ist, um dem Verdichter, der Turbine oder der Turboladerwelle elektrische Unterstützung bereitzustellen. In dem abgebildeten Beispiel ist der Elektromotor 192 an die Welle 180 gekoppelt, obwohl der Elektromotor in anderen Beispielen selektiv an den Verdichter 174 oder die Turbine 176 gekoppelt sein kann. Der Elektromotor 192 kann durch eine bordeigene Energiespeichervorrichtung mit Leistung versorgt werden, wie etwa eine Systembatterie 194. Zusätzlich oder alternativ kann der Elektromotor 192 von einer Lichtmaschine 10 (nicht gezeigt), die an den Motor 10 gekoppelt ist, mit Leistung versorgt werden.
Der Elektromotor 192 kann als Motorgenerator ausgelegt sein. Somit kann der Elektromotor während Bedingungen, wenn elektrische Unterstützung zum Ladedruckaufbau erforderlich ist, positives Drehmoment bereitstellen, um den Kreiselverdichter der Turboladerwelle 180 anzutreiben, um die vorübergehende Ladedruckausgabe zu verbessern. Allerdings ist der Elektromotor auch zur Energierückgewinnung durch „Bremsen“ der Motorwelle in der Lage. Darin kann negatives Drehmoment auf den Verdichter (oder die Welle) aufgebracht werden, wodurch die Verdichterdrehzahl reduziert wird und gleichzeitig die Systembatterie 194, die an den Elektromotor gekoppelt ist, aufgeladen wird. Ein Betrag an elektrischer Leistung, die dem Elektromotor 108 zugeführt wird, kann variiert werden, um die Ausgabe des Turboladers einzustellen. In einem Beispiel kann der Betrag an elektrischer Leistung, der dem Elektromotor 192 zugeführt wird, erhöht werden, um der Welle 180 positives Drehmoment bereitzustellen, um die Drehzahl des Verdichters 174 zu erhöhen. Infolge der elektrischen Unterstützung kann der Verdichter 174 des Turboladers 19 schnell hochdrehen, was das Turboladerloch reduziert. In einem anderen Beispiel kann ein Betrag an elektrischer Leistung durch den Elektromotor 192 erzeugt werden, der als ein Generator agiert, um der Welle 180 negatives Drehmoment bereitzustellen, um die Drehzahl des Verdichters 174 zu verringern. Infolge der Rückgewinnung kann die Turbine 176 schnell runterdrehen und eine Überaufladung reduzieren.
Der Verdichter 174 kann als ein Verdichter mit variablem Einlass konfiguriert sein, der einen Einlass aufweist, durch den der Fluss variabel begrenzt werden kann. Wie unter Bezugnahme auf die 2A-2B dargelegt, kann der Verdichter 174 eine Vorrichtung mit variablem Einlass (VID) aufweisen, die an eine Einlassleitung des Verdichters gekoppelt ist, wobei die VID zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position betätigbar ist. In der offenen Position wird der in den Verdichter eintretende Luftmassenstrom erhöht. In der geschlossenen Position ist der Luftmassenstrom in den Verdichter begrenzt oder eingeschränkt. Wie in 3 dargestellt, kann die Steuerung 12 die VID intermittierend diagnostizieren, um die Leistung des Turboladers sicherzustellen. Darin kann, nachdem die VID während Bedingungen mit hohem Massenstrom per Befehl geöffnet wurde, eine elektrische Leistung überwacht werden, die von dem elektrischen Aufladeunterstützungsmotor 192 verbraucht wird, und verwendet werden, um schlusszufolgern, ob die VID nach dem Befehl zum Schließen geschlossen bleibt.
Somit können verschiedene Verfahren verwendet werden, um die Gegen-EMK zu messen, ohne den Geltungsbereich dieses Ansatzes zu verlassen. Beispielsweise kann eine Methode zum Schätzen der Gegen-EMK auf Grundlage dessen ausgewählt werden, wie der Motor angetrieben und/oder wie der Gleichstrommotor geschaltet wird. In der Regel kann der Lieferant des elektronischen Turboladers eine Schnittstelle zu der auf der Gegen-EMK basierenden Drehzahl bereitstellen.
Steuert die Steuerung beispielsweise den Gleichstrommotor mit einem FET als Senke, kann die Gegen-EMK direkt mit einem Analog-Digital-Regler (ADC) gemessen werden, der an die negative Seite des Gleichstrommotors angeschlossen ist, solange er nur während der Teile des PWM-Zyklus abgetastet wird, die den Gleichstrommotor nicht erden. Die Gegen-EMK wird in der Regel mit einer Spannungsdifferenz über dem Motor selbst gemessen, kann jedoch nicht gemessen werden, wenn er direkt angetrieben wird. Die Steuerung wartet also, bis der Motor entweder nicht geerdet oder nicht an eine Quellenspannung angeschlossen ist (aufgrund von Pulsweitenmodulation, PWM).
Eine Drossel 162, die eine Drosselklappe 164 umfasst, kann in den Motoransaugkanälen vorgesehen sein, um den Durchsatz und/oder Druck der Ansaugluft, die den Motorzylindern bereitgestellt ist, zu variieren. Beispielsweise kann die Drossel 162 dem Verdichter 174 nachgelagert positioniert sein, wie in 1 gezeigt, oder kann alternativ dem Verdichter 174 vorgelagert vorgesehen sein.
Der Abgaskanal 148 kann Abgase aus anderen Zylindern des Motors 10 zusätzlich zu Zylinder 14 aufnehmen. Der Darstellung nach ist ein Abgassensor 128 einer Emissionssteuervorrichtung 178 vorgelagert an den Abgaskanal 148 gekoppelt. Der Abgassensor 128 kann aus verschiedenen geeigneten Sensoren zum Bereitstellen einer Angabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (Air/Fuel Ratio - AFR) des Abgases ausgewählt sein, wie beispielsweise einer linearen Lambdasonde oder UEGO-Sonde (Breitband- oder Weitbereichslambdasonde), einer binären 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, eine NOx-Falle, verschiedene andere Emissionssteuervorrichtungen oder Kombinationen daraus handeln.
Jeder Zylinder des Motors 10 kann ein oder mehrere Einlassventile und ein oder mehrere Auslassventile umfassen. Beispielsweise weist der Zylinder 14 der Darstellung nach wenigstens ein Einlasstellerventil 150 und wenigstens ein Auslasstellerventil 156, die in einer oberen Region des Zylinders 14 angeordnet sind, auf. In einigen Beispielen kann jeder Zylinder des Motors 10, einschließlich Zylinder 14, mindestens zwei Einlasstellerventile und mindestens zwei Auslasstellerventile umfassen, die in einem oberen Bereich des Zylinders angeordnet sind. Das Einlassventil 150 kann durch die Steuerung 12 über einen Aktor 152 gesteuert werden. Gleichermaßen kann das Auslassventil 156 über einen Aktor 154 durch die Steuerung 12 gesteuert werden. Die Positionen des Einlassventils 150 und des Auslassventils 156 können durch jeweilige Ventilpositionssensoren (nicht gezeigt) bestimmt werden.
Unter einigen Bedingungen kann die Steuerung 12 die den Aktoren 152 und 154 bereitgestellten Signale variieren, um das Öffnen und Schließen des jeweiligen Einlass- bzw. Auslassventils zu steuern. Die Ventilaktoren können einem Typ mit elektrischer Ventilbetätigung, einem Typ mit Nockenbetätigung oder einer Kombination daraus angehören. Die Einlass- und Auslassventilzeitsteuerung kann gleichzeitig gesteuert sein oder es kann eine beliebige einer Möglichkeit zur variablen Einlassnockenzeitsteuerung, variablen Auslassnockenzeitsteuerung, dualen unabhängigen variablen Nockenzeitsteuerung oder festen Nockenzeitsteuerung verwendet werden. Jedes Nockenbetätigungssystem kann einen oder mehrere Nocken umfassen und eines oder mehrere aus Systemen zur Nockenprofilverstellung (Cam Profile Switching - CPS), variablen Nockenzeitsteuerung (Variable Cam Timing - VCT), variablen Ventilzeitsteuerung (Variable Valve Timing - VVT) und/oder zum variablen Ventilhub (Variable Valve Lift - VVL), die durch die Steuerung 12 betrieben sein können, zum Variieren des Ventilbetriebs verwenden. Beispielsweise kann der Zylinder 14 alternativ ein über elektrische Ventilbetätigung gesteuertes Einlassventil und ein über Nockenbetätigung, einschließlich CPS und/oder VCT, gesteuertes Auslassventil aufweisen. In anderen Beispielen können das Einlass- und das Auslassventil durch einen gemeinsamen Ventilbetätigungsaktor (oder ein gemeinsames Betätigungssystem) oder einen Aktor (oder ein Betätigungssystem) zur variablen Ventilzeitsteuerung gesteuert werden.
Der Zylinder 14 kann ein Verdichtungsverhältnis aufweisen, wobei es sich um ein Verhältnis vom Volumen des Kolbens 138 am unteren Totpunkt (UT) zu dem am oberen Totpunkt (OT) handelt. In einem Beispiel liegt das Verdichtungsverhältnis im Bereich von 9:1 bis 10:1. In einigen Beispielen, in 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 Verdunstungsenthalpie verwendet werden. Wenn eine Direkteinspritzung verwendet wird, kann das Verdichtungsverhältnis aufgrund von deren Auswirkung auf das Motorklopfen ebenfalls erhöht sein.
In einigen Beispielen kann jeder Zylinder des Motors 10 eine Zündkerze 192 umfassen, um die Verbrennung einzuleiten. Ein Zündsystem 190 kann bei ausgewählten Betriebsmodi der Brennkammer 14 als Reaktion auf ein Vorzündungssignal SA (Spark Advance - SA) von der Steuerung 12 über die Zündkerze 192 einen Zündfunken bereitstellen. Ein Zeitpunkt des Signals SA kann auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen und Drehmomentbedarf des Fahrers eingestellt werden. Beispielsweise kann der Zündfunken zu einem Zeitpunkt für maximales Bremsmoment (Maximum Brake Torque - MBT) bereitgestellt werden, um die Leistung und den Wirkungsgrad des Motors zu maximieren. Die Steuerung 12 kann Motorbetriebsbedingungen, einschließlich der Motordrehzahl, Motorlast und Abgas-AFR, in eine Nachschlagetabelle eingeben und den entsprechenden MBT-Zeitpunkt für die eingegebenen Motorbetriebsbedingungen ausgeben.
In einigen Beispielen kann jeder Zylinder des Motors 10 mit einer oder mehreren Kraftstoffeinspritzvorrichtungen ausgelegt sein, um diesen Kraftstoff bereitzustellen. Als ein nicht einschränkendes Beispiel ist gezeigt, dass der Zylinder 14 eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 umfasst. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 kann konfiguriert sein, um Kraftstoff, der aus einem Kraftstoffsystem 8 aufgenommen wird, abzugeben. Das Kraftstoffsystem 8 kann eine(n) oder mehrere Kraftstofftanks, Kraftstoffpumpen und Kraftstoffverteiler umfassen. Es ist gezeigt, dass die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 direkt an den Zylinder 14 gekoppelt ist, um Kraftstoff proportional zur Impulsbreite eines Signals FPW-1, das von der Steuerung 12 über den elektronischen Treiber 168 empfangen wird, direkt in diesen einzuspritzen. Auf diese Weise stellt die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 eine sogenannte Direkteinspritzung (im Folgenden auch als „DI“ (Direct Injection) bezeichnet) von Kraftstoff in den Zylinder 14 bereit. Obwohl 1 die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 auf einer Seite des Zylinders 14 positioniert zeigt, kann die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 alternativ dazu oberhalb des Kolbens angeordnet sein, wie etwa nahe der Position der Zündkerze 192. Eine derartige Position kann die Mischung und Verbrennung verbessern, wenn der Motor mit einem Kraftstoff auf Alkoholbasis betrieben wird, da einige Kraftstoffe auf Alkoholbasis eine niedrigere Flüchtigkeit aufweisen. Alternativ kann die Einspritzvorrichtung oberhalb und nahe dem Einlassventil angeordnet sein, um die Mischung zu verbessern. Der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 kann über eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe und einen Kraftstoffverteiler Kraftstoff aus einem Kraftstofftank des Kraftstoffsystems 8 zugeführt werden. Zudem kann der Kraftstofftank einen Druckwandler aufweisen, der der Steuerung 12 ein Signal bereitstellt.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 170 ist in dem Ansaugkanal 146 in einer Konfiguration, die die sogenannte Saugrohrkraftstoffeinspritzung (port fuel injection - PFI) in den Ansauganschluss, der dem Zylinder 14 vorgelagert ist, bereitgestellt, nachfolgend als „PFI“ bezeichnet, statt in dem Zylinder 14 angeordnet gezeigt. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 170 kann von dem Kraftstoffsystem 8 empfangenen Kraftstoff proportional zur Impulsbreite eines Signals FPW-2, das von der Steuerung 12 über einen 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 abgebildet, mehrere Treiber, beispielsweise 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 ausgelegt sein. In noch einem weiteren Beispiel kann jede der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 166 und 170 als Saugrohrkraftstoffeinspritzvorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff dem Einlassventils 150 vorgelagert ausgelegt sein. In noch anderen Beispielen kann der Zylinder 14 nur eine einzelne Kraftstoffeinspritzvorrichtung aufweisen, die dazu ausgelegt ist, unterschiedliche Kraftstoffe in variierenden relativen Mengen als Kraftstoffgemisch von den Kraftstoffsystemen aufzunehmen, und die zudem dazu ausgelegt ist, dieses Kraftstoffgemisch entweder als Kraftstoffdirekteinspritzvorrichtung direkt in den Zylinder oder als Kraftstoffsaugrohreinspritzvorrichtung den Einlassventilen vorgelagert einzuspritzen.
Kraftstoff kann während eines einzigen Zyklus des Zylinders durch beide Einspritzvorrichtungen an den Zylinder abgegeben werden. Beispielsweise kann jede Einspritzvorrichtung einen Teil einer Kraftstoffgesamteinspritzung abgeben, die in dem Zylinder 14 verbrannt wird. Zudem können die Verteilung und/oder die relative Menge des Kraftstoffs, der von einer jeweiligen Einspritzvorrichtung abgegeben wird, mit Betriebsbedingungen, wie etwa Motorlast, Klopfen und Abgastemperatur, wie in dieser Schrift nachstehend beschrieben, variieren. Der über 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 abgegeben werden. Gleichermaßen kann direkt eingespritzter Kraftstoff beispielsweise während eines Ansaugtakts sowie teilweise während eines vorhergehenden Ausstoßtakts, während des Ansaugtakts und teilweise während des Verdichtungstakts abgegeben werden. Demnach kann selbst bei einem einzelnen Verbrennungsereignis eingespritzter Kraftstoff zu unterschiedlichen Zeitpunkten aus der Saugrohr- und Direkteinspritzvorrichtung eingespritzt werden. Des Weiteren können für ein einziges 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.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 166 und 170 können unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Dazu gehören Unterschiede in Bezug auf die Größe; so kann eine Einspritzvorrichtung beispielsweise eine größere Einspritzöffnung als die andere aufweisen. Zu anderen Unterschieden gehören unter anderem unterschiedliche Spritzwinkel, unterschiedliche Betriebstemperaturen, unterschiedliche Zielausrichtungen, unterschiedliche Einspritzzeitpunkte, unterschiedliche Spritzeigenschaften, unterschiedliche Positionen usw. Darüber hinaus können in Abhängigkeit von dem Verteilungsverhältnis des eingespritzten Kraftstoffs zwischen den Einspritzvorrichtungen 170 und 166 unterschiedliche Wirkungen erzielt werden.
Die Kraftstofftanks in dem Kraftstoffsystem 8 können Kraftstoffe unterschiedlicher Kraftstoffarten enthalten, wie etwa Kraftstoffe mit unterschiedlichen Kraftstoffqualitäten und unterschiedlichen Kraftstoffzusammensetzungen. Zu den Unterschieden können Unterschiede in Bezug auf den Alkoholgehalt, den Wassergehalt, die Oktanzahl, Verdampfungswärme, Kraftstoffgemische und/oder Kombinationen daraus usw. gehören. Ein Beispiel für Kraftstoffe mit unterschiedlicher Verdampfungswärme könnte Benzin als erste Kraftstoffart mit geringerer Verdampfungswärme und Ethanol als zweite Kraftstoffart mit höherer Verdampfungswärme umfassen. In einem anderen Beispiel kann der Motor 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 zählen Wasser, Methanol, ein Gemisch aus Alkohol und Wasser, ein Gemisch aus Wasser und Methanol, ein Gemisch aus Alkoholen usw.
Die Steuerung 12 ist in 1 als ein Mikrocomputer gezeigt, der eine Mikroprozessoreinheit 106, Eingabe-/Ausgabeanschlüsse 108, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme (z. B. ausführbare Anweisungen) und Kalibrierungswerte, die in diesem konkreten Beispiel als nicht flüchtiger Festwertspeicherchip 110 gezeigt sind, Direktzugriffsspeicher 112, Keep-Alive-Speicher 114 und einen Datenbus umfasst. Die Steuerung 12 kann verschiedene Signale von an den Motor 10 gekoppelten Sensoren empfangen, einschließlich zuvor erörterter Signale und zusätzlich einschließlich einer Messung der eingeleiteten Luftmassenströmung (mass air flow - MAF) von einem Luftmassensensor 122; einer Motorkühlmitteltemperatur (engine coolant temperature - ECT) von einem Temperatursensor 116, der an eine Kühlhülse 118 gekoppelt ist; einer Abgastemperatur von einem Temperatursensor 158, der an den Abgaskanal 148 gekoppelt ist; eines Profilzündungsaufnahmesignals (PIP-Signals) (Profile Ignition Pickup - PIP) von einem Hall-Effekt-Sensor 120 (oder einer anderen Art), der an die Kurbelwelle 140 gekoppelt ist; einer Drosselposition (throttle position - TP) von einem Drosselpositionssensor; des Signals EGO von dem Abgassensor 128, das durch die Steuerung 12 dazu verwendet werden kann, das AFR des Abgases zu bestimmen; und eines Absolutkrümmerdrucksignals (absolute manifold pressure - MAP) von einem MAP-Sensor 124. Ein Motordrehzahlsignal, RPM, kann durch die Steuerung 12 anhand des Signals PIP erzeugt werden. Das Krümmerdrucksignal MAP von dem MAP-Sensor 124 kann dazu verwendet werden, eine Angabe von Vakuum oder Druck in dem Ansaugkrümmer bereitzustellen. Die Steuerung 12 kann eine Motortemperatur auf Grundlage der Motorkühlmitteltemperatur ableiten und eine Temperatur des Katalysators 178 auf Grundlage des von dem Temperatursensor 158 empfangenen Signals ableiten.
Die Steuerung 12 empfängt Signale von den verschiedenen Sensoren aus 1 und setzt die verschiedenen Aktoren aus 1 ein, um den Motorbetrieb auf Grundlage der empfangenen Signale und Anweisungen, die in einem Speicher der Steuerung gespeichert sind, einzustellen. Beispielsweise kann die Motorsteuerung bei Empfang von Signalen von verschiedenen Sensoren Steuersignale an einen Aktor senden, um die Position einer Vorrichtung mit variablem Einlass (VID) des Verdichters 174 zu verändern. Das Signal kann einen Aktor der VID als Reaktion auf eine aktuelle Motordrehzahl und Motorlast bezogen auf einen Pumpschwellenwert und/oder einen Stopfschwellenwert des Verdichters anweisen, die VID aus einer offenen in eine geschlossene Position oder aus einer geschlossenen in eine offene Position zu verstellen. Als ein anderes Beispiel kann die Steuerung 12 Signale von dem elektrischen Aufladeunterstützungsmotor 192 und der zugeordneten Batterie 194 empfangen, die eine Gegen-EMK angeben, die auf den Motor 192 aufgebracht wird, wenn sich die VID in einer befohlenen Position befindet. Bezogen auf die aufgebrachte Gegen-EMK kann die Steuerung eine tatsächliche Verdichterdrehzahl berechnen und diese mit einer erwarteten Verdichterdrehzahl und einem erwarteten Verdichterdruckverhältnis vergleichen, um daraus zu schließen, dass die VID in einer Position klemmt, die sich von der befohlenen Position unterscheidet.
Wie zuvor beschrieben, zeigt 1 nur einen Zylinder eines Mehrzylindermotors. Demnach kann jeder Zylinder gleichermaßen seinen eigenen Satz Einlass-/Auslassventile, Kraftstoffeinspritzvorrichtung(en), Zündkerze usw. umfassen. Es versteht sich, dass der Motor 10 jede geeignete Anzahl von Zylindern, einschließlich 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 oder mehr Zylinder, umfassen kann. Zudem kann jeder dieser Zylinder einige oder alle der verschiedenen Komponenten umfassen, die in 1 mit Bezugnahme auf Zylinder 14 beschrieben und abgebildet sind.
Nun unter Bezugnahme auf die 2A-2B sind Detailansichten eines Verdichters mit variablem Einlass 201 mit einer Vorrichtung mit variablem Einlass zum Einstellen einer Durchflussbegrenzung dadurch gezeigt. In einem Beispiel kann der Verdichter 201 mit variablem Einlass den Verdichter 174 aus 1 umfassen. Es versteht sich, dass ein VIC in der vorliegenden Schrift auch als Leitschaufeln mit variablem Einlass (VIGV) bezeichnet werden kann.
In den 2A-2B ist jeweils ein Schema 200 einer Schnittansicht (z.B. Querschnitt) eines Verdichters 201, einschließlich der Vorrichtung mit variablem Einlass (VID) 210, abgebildet. Ein Satz von Bezugsachsen 202 ist zum Vergleichen der gezeigten Ansichten bereitgestellt und gibt eine „y“-Vertikalrichtung 204 und eine „x“-Horizontalrichtung 206 an. Eine Mittelachse 212 des Verdichters 201 ist enthalten, um die ein Laufrad 218 drehbar ist. Die Mittelachse 212 kann zudem eine Mittelachse einer Einlassleitung 216 des Verdichters 201 sein und die Richtung des Gasstroms durch den Verdichter ist durch einen Pfeil 214 angegeben. Elemente des Verdichters 201 können in der Gasströmungsrichtung 214 durch den Verdichter 201 beschrieben werden und jedes beliebige Element im Gasströmungsweg relativ zu einem Bezugspunkt wird als dem Bezugspunkt nachgelagert betrachtet. Im Gegensatz dazu befindet sich jedes beliebige Element, das in der Rückwärtsrichtung des Gasstroms relativ zu einem Bezugspunkt positioniert ist, dem Bezugspunkt vorgelagert.
Der Verdichter 201 kann die Einlassleitung 216, das Laufrad 218, einen Diffusor 220 und eine Spirale 222 umfassen. Das Laufrad 218 kann eine Vielzahl von Laufradflügeln 224 aufweisen und über eine Welle 226, welche die Drehung des Laufrads 218 um die Mittelachse 212 des Verdichters 201 antreibt, mit einer Turbine verbunden sein. Der Gasstrom (z. B. Ansaugluft von einem Ansaugkanal, wie etwa dem in 1 gezeigten Ansaugkanal 142) kann aufgrund der Drehung des Laufrads 218 in die Einlassleitung 216 gesaugt werden und die VID 210 durchströmen, die dem Laufrad 218 vorgelagert angeordnet ist, bevor er am Laufrad 218 vorbei weiterströmt, durch den Diffusor 220 beschleunigt und sich in der Spirale 222 ansammelt. Eine Verlangsamung des Gasstroms in der Spirale 222 kann eine Erhöhung des Drucks in der Spirale 222 hervorrufen, was zu einem Gasstrom zu dem Ansaugkrümmer führt.
Der Gasstrom zu dem Ansaugkrümmer kann durch den Betrieb der VID 210 in der Einlassleitung 216 des Verdichters 201 variiert werden. Bei Abwesenheit der VID 210 kann der Strom durch den Verdichter eine Funktion der Menge an Luft sein, die durch den Ansaugkanal, wie etwa den Ansaugkanal 142 aus 1 eingesaugt wird, ohne zusätzliche Steuerung der Menge an Gas, die in den Verdichter 201 einströmt. Die Anordnung der VID 210 im direkten Gasströmungsweg kann daher eine erhebliche Auswirkung auf die Regulierung des Stroms durch den Verdichter 201 haben, der gemäß Motorbetriebsbedingungen einstellbar ist.
Nachstehend sind konkrete Details der Ausrichtung und Geometrie der VID 210 beschrieben. Wie in den 2A-2B gezeigt, verläuft die VID 210 über die gesamte Einlassleitung 216. Die VID 210 umfasst ein Paar Schalen 229, das eine erste Schale 229a und eine zweite Schale 229b umfasst. Das Paar Schalen 229 weist Außenflächen 228 auf, die gemeinsam einen Kanal bilden, der um die Mittelachse 212 zentriert ist und den der Ansaugluftstrom durchströmen kann. Insbesondere können die Außenflächen 228 des Paars Schalen 229 mit einer Innenwand 230 der Einlassleitung 216 in Berührung stehen, wenn sich die VID 210 in der offenen Position befindet, wie in 2A gezeigt. Darüber hinaus ist eine Gesamtheit der VID 210 einer Gesamtheit des Laufrads 218 vorgelagert angeordnet, einschließlich einer Vorderkante der Laufradflügel 224. Ein Elektromotor 236 in elektronischer Kommunikation mit einer Steuerung 234 (die der in 1 gezeigten Steuerung 12 entsprechen oder ähneln kann) ist mechanisch an einen Stangenmechanismus 203 gekoppelt. Auf Grundlage eines oder mehrerer elektronischer Signale von der Steuerung 234 kann der Elektromotor 236 angewiesen werden, einen Satz Arme 209 des Stangenmechanismus 203, der an die VID 210 gekoppelt ist, zu schwenken, um die VID 210 zwischen der offenen und der geschlossenen Position zu betätigen.
Es sind andere Aktoren und Elektromotoren zum Betreiben der VID 210 denkbar, doch der Stangenmechanismus 203 kann eine geeignete Betätigungsvorrichtung für die zweischalige Konfiguration der VID 210 sein. Der Stangenmechanismus 203 kann einen Schaft 205 umfassen, der mit der Mittelachse 212 des Verdichters 201 ausgerichtet ist und an einem Ende mit einem Zwischenpunkt einer Verbindungsstange 207 verbunden ist, die senkrecht zu der Mittelachse 212 angeordnet ist. Der Satz Arme 209 kann an einem Satz erster Enden 211 an der Verbindungsstange 207 und an einem Satz zweiter Enden 213 an dem Paar Schalen 229 der VID 210 befestigt sein. Die Arme 209 können so um Verbindungsstellen zwischen den ersten Enden 211 und der Verbindungsstange 207 gedreht werden, dass die zweiten Enden 213 der Arme 209 zu der Mittelachse 212 hin und von dieser weg schwenken können.
2A zeigt ein erstes Schema 200 des Verdichters 201 und der VID 210 in der offenen Position. In der offenen Position sind die zweiten Enden 213 der Arme 209 der VID 10 von der Mittelachse 212 weggeschwenkt. Die erste Schale 229a umfasst ein erstes Auslassschalenende 240a und die zweite Schale 229b umfasst ein zweites Auslassschalenende 240b. Sowohl das erste als auch das zweite Auslassschalenende 240a und 240b sind an einem Auslassende 242 der VID 210 angeordnet. Das Auslassende 242 sowie das erste und das zweite Auslassschalenende 240a und 240b können dem Einlassende 238 nachgelagert in der Einlassleitung 216 angeordnet sein. Das Einlassende 238 kann ein erstes Einlassschalenende 244a der ersten Schale 229a und ein zweites Einlassschalenende 244b der zweiten Schale 229b umfassen. Das Paar Schalen 229 kann über einen Satz Scharniere 233, die einander gegenüberliegend im Umfang der Basis 231 angeordnet sein können, an einer Basis 231 der VID 210 befestigt sein. Der Satz Scharniere 233 kann an Zwischenpunkten entlang des ersten und des zweiten Einlassschalenendes 244a und 244b positioniert sein. In der offenen Position können sich die Außenflächen 228 des Paars Schalen 229 Flächen mit der Innenwand 230 der Einlassleitung 216 teilen und dadurch einen inneren Kanal durch die VID 210 bilden, der von dem Einlassende 238 bis zu dem Auslassende 242 einen einheitlichen Durchmesser aufweisen kann.
Das Paar Schalen 229 der VID 210 kann Formen aufweisen, die für eine gewünschte Wirkung auf den Strom eine Einstellung der Geometrie des inneren Kanals ermöglichen, der durch das Paar Schalen 229 ausgebildet wird. Sowohl die erste Schale 229a als auch die zweite Schale 229b der VID 210 können einen Mittelbereich 215 und zwei Seitenbereiche 217, die auf beiden Seiten des Mittelbereichs 215 angeordnet sind, aufweisen. Der Mittelbereich 215 verläuft in einer geraden Linie von dem Einlassende 238 zu dem Auslassende 242 der VID 210. Die Seitenbereiche 217 sind auf gegenüberliegenden Seiten des Mittelbereichs 215 voneinander beabstandet und können jeweils eine Seitenwand 246 aufweisen und jede Seitenwand 246 ist auch eine Seitenwand 246 einer des Paars Schalen 229. Da jede Schale des Paars Schalen 229 zwei Seitenbereiche 217 aufweist und jeder Seitenbereich der zwei Seitenbereiche die Seitenwand 246 aufweist, weist jede Schale des Paars Schalen 229 mehr als eine Seitenwand 246 auf, z. B. weist jede Schale des Paars Schalen 229 eine erste Seitenwand 246 und eine zweite Seitenwand 246 auf. In dem in den 2A-2B veranschaulichten Schema 200 ist nur die erste Seitenwand 246 gezeigt und daher bezieht sich die folgende Erörterung auf die sichtbare erste Seitenwand 246 sowohl der ersten Schale 229a als auch der zweiten Schale 229b. Es versteht sich jedoch, dass die Schilderung auch für die zweite Seitenwand 246 jeder des Paars Schalen 229 gilt, die nicht gezeigt ist.
Die Elemente der ersten Seitenwand 246 werden nun der Einfachheit halber unter Bezugnahme auf die VID 210 in der offenen Konfiguration, wie in 2A gezeigt, und auf die erste Schale 229a des Paars Schalen 229 beschrieben. Es versteht sich, dass die Beschreibung gleichermaßen die zweite Schale 229b beschreiben kann. Ein erster Abschnitt 248 der ersten Seitenwand 246 kann koaxial zu der Mittelachse 212 von dem Einlassende 238 bis zu einem Zwischenpunkt entlang der Länge der VID 210 verlaufen. Ein zweiter Abschnitt 250 kann von dem Ende des ersten Abschnitts 248 an dem Zwischenpunkt entlang der Länge der VID 210 zu dem Auslassende 242 der VID 210 verlaufen. Der zweite Abschnitt 250 kann so abgewinkelt sein, dass der zweite Abschnitt 250 an dem Auslassende 242 der VID 210 von der Mittelachse 212 weg abgewinkelt ist und den ersten Abschnitt 248 der ersten Seitenwand 246 mit dem Auslassschalenende 240a verbindet. In der offenen Position kann sich der erste Abschnitt 248 der ersten Seitenwand 246 der ersten Schale 229a eine Kante mit dem direkt benachbarten ersten Abschnitt 248 der ersten Seitenwand 246 der zweiten Schale 229b teilen. Die Arme 209 des Stangenmechanismus 203, die an den zweiten Enden 213 an dem Paar Schalen 229 der VID 210 befestigt sind, können senkrecht zu der Verbindungsstange 207 des Stangenmechanismus 203 stehen.
Wenn die VID 210, wie vorstehend beschrieben, in der offenen Position konfiguriert ist, erzeugen die Innenflächen des Paars Schalen 229 eine geringe oder keine Durchflussbeschränkung durch die VID 210. Im Gegensatz dazu fungiert, wenn sich die VID 210 in der geschlossenen Position befindet, wie in 2B gezeigt, die Geometrie des durch das Paar Schalen 229 ausgebildeten inneren Kanals als Verengung des Gasströmungswegs, wie durch den Pfeil 214 angegeben. In der geschlossenen Position können sich die Arme 209 des Stangenmechanismus 203 so drehen, dass die Arme 209 spitze Winkel relativ zu der Verbindungsstange 207 bilden. Dementsprechend kann das Paar Schalen 229 der VID 210, das an den zweiten Enden 213 der Arme 209 befestigt ist, an dem Satz Scharniere 233 so schwenken, dass sich das erste und das zweite Auslassschalenende 240a und 240b zur Mittelachse 212 des Verdichters 201 hinbewegen. Die Außenflächen 228 des Paars Schalen 229 können sich nicht länger Flächen mit der Innenwand 230 der Einlassleitung 216 teilen, doch die VID 210 kann an dem Satz Scharniere 233 und der Basis 231 mit der Innenwand 230 in Berührung bleiben. Das Schwenken der Schalen 229 kann die Ausrichtung des Paars Schalen 229 relativ zueinander verändern, was zu der kantenteilenden Berührung zwischen dem zweiten Abschnitt 250 der ersten Seitenwand 246 der ersten Schale 229a und dem direkt benachbarten zweiten Abschnitt 250 der ersten Seitenwand 246 der zweiten Schale 229b führt.
Wenn sie in die geschlossene Position geschwenkt sind, bilden das erste und das zweite Auslassschalenende 240a und 240b der VID 210 zusammen eine durchgehende, gerade Kante und ein Querschnitt des ersten und des zweiten Auslassschalenendes 240a und 240b entlang einer Richtung senkrecht zur Mittelachse 212 kann ringförmig sein. Ein Durchmesser an dem Auslassende 242 kann in der geschlossenen Position geringer sein als der Durchmesser an dem Einlassende 238 der VID 210. Der erste Abschnitt 248 der ersten Seitenwand 246 der ersten Schale 229a teilt sich keine Kante mit dem ersten Abschnitt 248 der ersten Seitenwand 246 der zweiten Schale 229b und der erste Abschnitt 248 der ersten Seitenwand 246 für sowohl die erste als auch die zweite Schale 229a und 229b kann in einer der durch Pfeil 214 angegebenen Strömungsrichtung entgegengesetzten Richtung nach außen und von der Mittelachse 212 weg verlaufen. In der geschlossenen Position bilden die Innenflächen des Paars Schalen 229 einen Kanal durch die VID, der sich in der durch Pfeil 214 angegebenen Strömungsrichtung verengt und dadurch den Gasstrom beschränkt.
Wenn der Elektromotor 236 als Reaktion auf eine Motorbetriebsbedingung ein Signal von der Steuerung empfängt, kann der Elektromotor 236 den Stangenmechanismus 203 in Eingriff nehmen, um die Arme 209 zu schwenken, um die Position der VID 210 so einzustellen, dass sie eine gewünschte Strömungsmenge durch den Verdichter zulässt. Beispielsweise kann beim Betrieb in einem mittleren bis hohen Motordrehzahl- und - lastbereich die VID 210 in eine offene Position betätigt werden, um einen höheren Massenstrom durch das Laufrad des Verdichters zu ermöglichen. Im Vergleich dazu kann beim Betrieb in einem niedrigen bis mittleren Motordrehzahl- und -lastbereich die VID 210 in eine geschlossene Position betätigt werden, um einen niedrigeren Massenstrom durch das Laufrad des Verdichters zu ermöglichen. Wie in den 3 und 6 dargelegt, kann die Steuerung eine Sollposition der VID befehlen und die VID anschließend auf Grundlage von Änderungen einer Verdichterdrehzahl und einer elektrischen Leistung diagnostizieren, die von einem an eine Turboladerwelle gekoppelten elektrischen Aufladeunterstützungsmotor bezogen wird. Dies ermöglicht der Steuerung zu diagnostizieren, ob die VID geschlossen ist, wenn sie beispielsweise per Befehl geöffnet werden soll.
Die 2A-2B zeigen beispielhafte Konfigurationen mit einer relativen Anordnung der verschiedenen Komponenten. Wenn derartige Elemente so gezeigt sind, dass sie einander direkt berühren oder direkt miteinander gekoppelt sind, können sie zumindest in einem Beispiel als sich direkt berührend bzw. direkt gekoppelt bezeichnet werden. Gleichermaßen können Elemente, die aneinander anliegend oder zueinander benachbart gezeigt sind, zumindest in einem Beispiel aneinander anliegend bzw. zueinander benachbart sein. Als ein Beispiel können Komponenten, die in flächenteilendem Kontakt miteinander stehen, als in flächenteilendem Kontakt bezeichnet werden. Als ein anderes Beispiel können Elemente, die voneinander getrennt positioniert sind, wobei sich nur ein Abstand dazwischen befindet und keine anderen Komponenten, in zumindest einem Beispiel als solche bezeichnet werden. Als noch ein anderes Beispiel können Elemente, die über-/untereinander, an entgegengesetzten Seiten voneinander oder links/rechts voneinander gezeigt sind, in Bezug aufeinander als solche bezeichnet werden. Zudem kann, wie in den Figuren gezeigt, zumindest in einem Beispiel ein oberstes Element oder ein oberster Punkt eines Elements als eine „Oberseite“ der Komponente bezeichnet werden und ein unterstes Element oder ein unterster Punkt des Elements kann als eine „Unterseite“ der Komponente bezeichnet werden. Im vorliegenden Zusammenhang können sich Oberseite/Unterseite, obere(r/s)/untere(r/s), über/unter auf eine vertikale Achse der Figuren beziehen und dazu verwendet werden, die Positionen von Elementen der Figuren in Bezug aufeinander zu beschreiben. Demnach sind Elemente, die über anderen Elementen gezeigt sind, in einem Beispiel vertikal über den anderen Elementen positioniert. Als noch ein anderes Beispiel können Formen der Elemente, die in den Figuren dargestellt sind, als diese Formen aufweisend bezeichnet werden (wie z. B. als rund, gerade, eben, gekrümmt, abgerundet, abgeschrägt, abgewinkelt oder dergleichen). Zudem können Elemente, die so gezeigt sind, dass sie einander schneiden, in zumindest einem Beispiel als sich schneidende Elemente oder einander schneidend bezeichnet werden. Darüber hinaus kann ein Element, das innerhalb eines anderen Elements oder außerhalb eines anderen Elements gezeigt ist, in einem Beispiel als solches bezeichnet werden.
Unter Bezugnahme auf 3 ist ein Verfahren 300 zum Betreiben einer Vorrichtung mit variablem Einlass (VID) gezeigt, die in einer Einlassleitung eines Verdichters mit variablem Einlass eines Turboladers in einem aufgeladenen Motorsystem positioniert ist. Insbesondere kann die Vorrichtung mit variablem Einlass (VID) die VID 210 sein, die in den 2A-2B gezeigt ist. Das Verfahren ermöglicht zudem, dass die VID während einem stationären aufgeladenen Motorbetrieb diagnostiziert wird. Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens 300 und der restlichen Verfahren, die in der vorliegenden Schrift enthalten sind, können durch eine Steuerung (z. B. Steuerung 12 aus 1) auf Grundlage von Anweisungen, die in einem Speicher der Steuerung gespeichert sind, und in Verbindung mit Signalen ausgeführt werden, die von Sensoren des Motorsystems eingehen, wie etwa den Sensoren, die vorstehend unter Bezugnahme auf 1 beschrieben sind. Die Steuerung kann Motoraktoren des Motorsystems einsetzen, um den Betrieb des Motors gemäß den nachstehend beschriebenen Verfahren einzustellen. Beispielsweise kann die Steuerung einen Elektromotor einsetzen, der an einen Stangenmechanismus mit schwenkbaren Armen gekoppelt ist, um die VID zwischen einer offenen Position (wie in 2A gezeigt) und einer geschlossenen Position (wie in 2B gezeigt) zu verstellen. Ein Beispiel für einen derartigen an die VID gekoppelten Aktor ist in den 2A-2B gezeigt, wie vorstehend beschrieben. Die Steuerung kann zudem auf die Ausgabe eines anderen Elektromotors zurückgreifen, insbesondere eines Aufladeunterstützungsmotors (wie beispielsweise des Aufladeunterstützungsmotors 192 aus 1), um die Funktionalität der VID zu diagnostizieren.
Bei 302 gehört zu dem Verfahren das Schätzen und/oder Messen von Motorbetriebsbedingungen. Die Motorbetriebsbedingungen können die Drehmomentanforderung des Fahrzeugführers und die Brems- und/oder Gaspedalpositionen, die Motordrehzahl, die Motorlast, die Motortemperaturen (z. B. Motorkühlmitteltemperatur), den Luftmassenstrom zu dem Motor, den Saugrohrdruck, die Druckdifferenz über einen Verdichter, den Ladedruck, die aktuelle Position der VID usw. umfassen.
Bei 304 umfasst das Verfahren das Bestimmen, ob sich der aktuelle Motorbetrieb in einem Bereich mit hohem Massenstrom befindet, wie er auftreten kann, wenn der auf Grundlage der Drehmomentanforderung erforderliche Massenstrom höher als ein Schwellenstrom ist. Ein Massenstrom, der höher als der Schwellenwert ist, kann als Reaktion auf eine Drehmomentanforderung auftreten, die höher als der Schwellenwert ist, oder auf eine Erhöhung der Drehmomentanforderung des Bedieners, beispielsweise, wenn der Motor in einem mittleren bis hohen Drehzahl- oder Lastbereich läuft. Beispielsweise kann ein Zustand mit hohem Massenstrom als Reaktion auf ein Betätigen eines Pedals durch einen Fahrzeugführer bestätigt werden. In einem Beispiel können Bedingungen mit hohem Massenstrom bestätigt werden, wenn die angeforderte Drehmomentanforderung bei dem erforderlichen Luft/Kraftstoff-Verhältnis einen Massenstrom erfordert, der über einem kalibrierten Schwellenwert von 0,7 kg/s liegt. Es versteht sich jedoch, dass der Schwellenstrom auf Grundlage der Motorkonfiguration variieren kann, da der Massenstrom relativ zu der Verdichtergröße und der Gestaltung von Einlass und Auslass ist.
Wenn der Massenstrom über dem Schwellenstrom liegt, fährt das Verfahren mit 306 fort, um die VID zu öffnen. Das Öffnen der VID kann umfassen, dass die Steuerung ein elektronisches Signal an einen Aktor der VID sendet (wie beispielsweise den Elektromotor 236 und den Stangenmechanismus 203, die in den 2A-2B gezeigt sind), um entweder die VID von der geschlossenen Position in die offene Position zu bringen oder die VID in der offenen Position zu halten. Die offene Position der VID ist in 2A gezeigt, wie oben beschrieben. In der offenen Position behindert eine Innenfläche der VID den Fluss durch die VID von einem Einlassende zu einem Auslassende der VID nicht. Das Verstellen der VID aus der geschlossenen Position in die offene Position kann ein Schwenken eines Paars halbzylindrischer Schalen der VID über den Aktor, der an die Scharniere der Schalen gekoppelt ist, in einer Richtung relativ zu einer Mittelachse des Verdichters (um die sich das Laufrad dreht) umfassen, derart, dass sich die Außenflächen der Schalen Flächen mit den Innenwänden der Einlassleitung teilen und ein Durchmesser des Auslassendes der VID zunimmt.
Nach dem Befehl zum Öffnen der VID geht das Verfahren zu 312 über, in dem die Aufladeunterstützung nach Bedarf über einen Aufladeunterstützungsmotor bereitgestellt wird. Wenn beispielsweise der Druck in dem Einlass der Drosselklappe oder der Ladedruck nach dem Befehl zum Öffnen der VID nicht dem Sollwert entspricht, kann die Steuerung einen Strom an den an eine Turboladerwelle gekoppelten elektrischen Aufladeunterstützungsmotor anlegen, um ein positives Drehmoment auf die Welle aufzubringen, wodurch die Verdichterleistung erhöht wird. In einem Beispiel wird der dem Elektromotor zugeführte Strom erhöht, um die Verdichterdrehzahl zu erhöhen, wenn sich die Differenz zwischen dem gemessenen Druck in dem Einlass der Drosselklappe und dem Solldruck erhöht.
Alternativ fährt das Verfahren mit 308 fort, um die VID zu schließen, wenn der Motor unterhalb des Schwellenmassenstroms arbeitet. Ein Massenstrom, der niedriger ist als der Schwellenwert ist, kann als Reaktion auf eine Drehmomentanforderung auftreten, die niedriger als der Schwellenwert ist, oder auf eine Senkung der Drehmomentanforderung des Fahrzeugführers, beispielsweise, wenn der Motor in einem niedrigen bis mittleren Drehzahl-oder Lastbereich läuft. Beispielsweise kann ein Zustand mit niedrigem Massenstrom als Reaktion auf ein Beenden der Betätigung eines Pedals durch einen Fahrzeugführer bestätigt werden. Das Schließen der VID kann umfassen, dass die Steuerung ein elektronisches Signal an den Aktor der VID sendet, um entweder die VID aus der offenen Position in die geschlossene Position zu verstellen oder die VID in der geschlossenen Position zu belassen. Die geschlossene Position der VID ist in 2B gezeigt, wie vorstehend beschrieben. In der geschlossenen Position verengt sich die Innenfläche der VID entlang einer Länge der VID. Das Verstellen der VID aus der offenen Position in die geschlossene Position kann ein Schwenken jeder Schale der VID über den Aktor umfassen, der an die Scharniere der Schalen gekoppelt ist, derart, dass das Auslassende jeder Schale zu der Mittelachse des Verdichters hinschwenkt.
Während das dargestellte Verfahren die Position der VID auf Grundlage des Massenstroms relativ zu einem Schwellenwert bei 304 einstellt, versteht es sich, dass in anderen Beispielen die Betätigung der VID als Reaktion auf Motordrehzahl und -last relativ zu einem Pumpschwellenwert erfolgen kann. Dabei kann die Steuerung die aktuelle Motorlast und Motordrehzahl mit der Pumpgrenze oder dem Schwellenwert eines Kennfeldes für Motordrehzahl und Motorlast vergleichen, das in dem Speicher der Steuerung gespeichert ist.
Als ein Beispiel kann sich die Steuerung auf das in 4 gezeigte Kennfeld 400 beziehen, das in einem Speicher der Steuerung gespeichert ist. Unter kurzer Bezugnahme auf 4 umfasst das Kennfeld 400 eine betriebsbezogene Begrenzungslinie 402. Alle möglichen Motordrehzahl- und Motorlastbetriebspunkte des Motors können in den Achsen und der Betriebsbegrenzungslinie 402 des Kennfeldes 400 enthalten sein. Das Kennfeld 400 umfasst zudem eine Pumpschwellenwertlinie 404. Wenn der Motor bei einem Motordrehzahl- und Motorlastpunkt arbeitet, der unter oder links der Pumpschwellenwertlinie 404 liegt, kann die Wahrscheinlichkeit von Verdichterpumpen relativ dazu, wenn der Motor bei einem Motordrehzahl- und Motorlastpunkt arbeitet, der über oder rechts der Pumpschwellenwertlinie 404 liegt, erhöht sein. Das Kennfeld 400 umfasst deshalb zwei unterschiedliche Zonen: eine erste Zone 406, die unter oder links der Pumpschwellenwertlinie 404 liegt, und eine zweite Zone 408, die über oder rechts der Pumpschwellenwertlinie 404 liegt.
Wenn der Motor bei einem Motordrehzahl- und Motorlastpunkt arbeitet, der innerhalb der ersten Zone 406 liegt, kann der Motor unter einer Bedingung mit geringerer Last arbeiten und die Steuerung kann die VID in die geschlossene Position betätigen. Im Gegensatz dazu kann der Motor, wenn der Motor bei einem Motordrehzahl- und Motorlastpunkt arbeitet, der innerhalb der zweiten Zone 408 liegt, unter einer Bedingung mit höherer Last arbeiten und die Steuerung kann die VID in die offene Position betätigen. In alternativen Ausführungsformen kann die Steuerung anstelle eines Kennfeldes der Motordrehzahl und Motorlast ein Kennfeld von Verdichterbedingungen nutzen, wie etwa Druckdifferenz über dem Verdichter und Luftmassenstrom durch den Verdichter bezogen auf eine Pumpgrenze, um zu bestimmen, in welche Position die VID zu verstellen ist.
Unter Bezugnahme auf 3 kann die Steuerung bei 304 gegebenenfalls unter Verwendung eines gespeicherten Kennfeldes oder einer gespeicherten Nachschlagetabelle, ähnlich der des in 4 gezeigten Kennfeldes 400, bestimmen, ob der Motor unterhalb der Pumpgrenze arbeitet. Beispielsweise kann die Steuerung die aktuelle Motordrehzahl und Motorlast bestimmen und diesen Punkt anschließend mit dem Kennfeld 400 vergleichen, um zu bestimmen, ob dieser Betriebspunkt über oder unter dem Pumpschwellenwert liegt. In einem Beispiel kann der Pumpschwellenwert ein voreingestellter Pumpschwellenwert sein, der in dem Kennfeld oder der Nachschlagetabelle gespeichert ist. Wenn der Motor nicht unter dem Pumpschwellenwert arbeitet (z. B. die aktuelle Motordrehzahl und der aktuelle Lastpunkt in dem in Kennfeld 400 gezeigten zweiten Bereich 408 liegen), kann das Verfahren mit 306 fortfahren, um die VID zu öffnen. Alternativ geht das Verfahren, wenn der Motor unterhalb des Pumpschwellenwerts arbeitet (z. B. der aktuelle Motordrehzahl- und -lastpunkt in der in dem Kennfeld 400 gezeigten ersten Zone 406 liegt), zu 308 über, um die VID zu schließen.
Nach dem Befehl, die VID je nach Motordrehzahl- oder -lastbedingung in eine geschlossene oder offene Position zu bringen, geht das Verfahren zu 314 über, um die VID-Diagnose einzuleiten. Insbesondere umfasst das Verfahren bei 314 das Messen einer gegenelektromotorischen Kraft (Gegen-EMK), die auf den elektrischen Aufladeunterstützungsmotor aufgebracht wird. Da sich in den Magnetfeldern des elektrischen Aufladeunterstützungsmotors Spulen drehen, wird eine EMK induziert. Diese EMK, bekannt als die Gegen-EMK, wirkt gegen die angelegte Spannung, die den Motor in erster Linie zum Drehen bringt, und reduziert den durch die Spulen des Motors fließenden Strom.
Die Gegen-EMK führt zu einer Spannung, wenn der Motor im Leerlauf ist. Diese Spannung kann direkt gemessen werden, wenn der Motor nicht angetrieben wird. Gleichstrommotoren werden nahezu universell über eine PWM-Steuerung angesteuert, in der Regel in einer H-Brücken-Konfiguration. Dies bedeutet, dass während der PWM-Befehl den Ansteuerkreis für den Elektromotor nicht schließt, ein ADC verwendet werden kann, um die Spannung an dem Motor abzutasten. Die Strommessung während der Fahrt ist eine weitere Option zum Berechnen der EMK.
Somit besteht eine Korrelation zwischen Drehzahl und Gegen-EMK, da die Rate, mit der eine Spule ein Magnetfeld durchläuft, proportional zu der in der Spule erzeugten Spannung ist. Diese Spannung, die in dem Draht durch dessen Durchgang durch das Magnetfeld erzeugt wird, bewirkt, dass die von der Quelle in dem Stromkreis bereitgestellte Spannung nicht der einzige Stromlieferant ist, und der Stromfluss durch den Motor wird folglich aufgrund der erzeugten kontraproduktiven Kraft verringert. Wenn der Stromkreis offen ist, fließt kein Strom und die Spannung ist unschädlich, da Strom durch ein Magnetfeld eine Kraft erzeugt. Durch Messen dieses Stroms, der proportional zu der Drehzahl ist, kann die Beziehung zwischen Gegen-EMK und Drehzahl bestimmt werden.
Bei 316 umfasst das Verfahren das Schätzen einer tatsächlichen Verdichterdrehzahl und eines tatsächlichen Druckverhältnisses über den Verdichter basierend auf der gemessenen Gegen-EMK. In einem Beispiel kann die Steuerung die tatsächliche Verdichterdrehzahl auf Grundlage der Gegen-EMK unter Verwendung einer Nachschlagetabelle oder gemäß Gleichung (1) schätzen: $ω_{A u s g l} = K_{v} \cdot V_{H ö c h s t w e r t} V e r b r a u c h e r,$
wobei der Verbraucher Kv die Motorgeschwindigkeitskonstante für den verwendeten Motor ist und die Einheiten RPM/Volt aufweist, V_Höchstwert die Spannung ist, die an die Drähte des Motors angelegt wird, und die Last effektiv null ist, wenn sie in dem kleinen Fenster der PWM abgetastet wird, in dem der Motor nicht angetrieben wird. Auf diese Weise kann jeder Motor eine eindeutige Kv (wie von dem Motorlieferanten angegeben) haben, die die Gegen-EMK-Spannung proportional in Drehzahl (RPM) umwandelt. Durch Messen der Gegen-EMK auf diese Weise wird die Notwendigkeit vermieden, die Belastung des Motors durch den Verdichter und die Turbinenräder zu schätzen, wodurch der Rechenaufwand verringert wird.
Als ein anderes Beispiel kann die Steuerung eine Motordrehzahl des elektrischen Aufladeunterstützungsmotors als eine Funktion der auf den Motor aufgebrachten Gegen-EMK schätzen und dann die Verdichterdrehzahl in Abhängigkeit von der Motordrehzahl schätzen, da der Aufladeunterstützungsmotor an die Turboladerwelle gekoppelt ist.
Die Steuerung schätzt dann das tatsächliche Druckverhältnis (PR) über den Verdichter auf Grundlage der gemessenen Verdichterdrehzahl. Beispielsweise kann die Steuerung das Druckverhältnis auf Grundlage der tatsächlichen Verdichterdrehzahl unter Verwendung einer Nachschlagetabelle und eines turboladerspezifischen Konturkennfeldes schätzen.
Eine Motorsteuerung kann den Ladedruck auf eine Rückkopplungsweise steuern. Beispielsweise kann ein Solldruck in dem Einlass der Drosselklappe und/oder ein Sollmassenstrom durch den Verdichter auf Grundlage der Drehmomentanforderung erwünscht sein. Wenn der Solldruck in der Drossel nicht erreicht wird, beispielsweise, wenn die Turbine während eines Zeitraums mit Turboladerloch hochspult, kann die Steuerung der Turboladerwelle ein Motordrehmoment von dem elektrischen Aufladeunterstützungsmotor bereitstellen, um die Verdichterdrehzahl zu erhöhen und den Solldruck zu erreichen. Wenn die VID wunschgemäß arbeitet, kann die von dem Elektromotor bereitgestellte Aufladeunterstützung vorübergehend sein und unterbrochen werden, sobald die Turbine ausreichend hochgelaufen ist. Andernfalls kann die Steuerung, wenn der Druck in dem Einlass der Drosselklappe nicht erreicht wird, weiterhin Drehmoment von dem Aufladeunterstützungsmotor auf die Welle aufbringen und den Verdichter weiter hochdrehen.
Bei 318 umfasst das Verfahren das Bestätigen, ob das geschätzte Druckverhältnis innerhalb eines erwarteten Bereichs liegt. Beispielsweise wird die Verdichterdrehzahl mit einem Verdichterkennfeld abgeglichen, um zu bestimmen, ob das gemessene Druckverhältnis innerhalb eines Schwellenwertes oder innerhalb eines Schwellenwertes eines Solldruckverhältnisses liegt, das für die gegebene Verdichterdrehzahl erwartet wird.
In einem Beispiel kann die Steuerung das Verdichterkennfeld 500 aus 5 verwenden. Das Kennfeld 500 zeigt das Verdichterdruckverhältnis (entlang der y-Achse) bei verschiedenen Verdichterdurchsätzen (entlang der x-Achse) für einen Turboladerverdichter mit einem an dessen Welle gekoppelten Elektromotor. Die Linie 502 zeigt eine harte Pumpgrenze für den Turboladerverdichter. Die durchgehenden Linien 504 (nur 1 ist beschriftet) zeigen die Linien konstanter Verdichterdrehzahl des Turboladerverdichters. Der Betrieb des Verdichters bei Durchflussraten, die unter dem Schwellenwert 502 für eine harte Pumpgrenze liegen, führt zu einem Turboladerverdichterbetrieb in einem harten Pumpgrenzbereich mit schlechtem Fahrverhalten, unerwünschtem NVH und möglicher Verschlechterung der Motorleistung.
Es versteht sich, dass sich die Steuerung auf eine Vielzahl derartiger Kennfelder stützen kann. Zudem kann sich jedes Kennfeld ändern, wenn der variable Einlass betätigt wird. Beispielsweise kann, wie unter Bezugnahme auf den Verlauf 700 aus 7 gezeigt, es ein erstes Kennfeld mit einem ersten Satz Werte geben, die sich auf einen VIC-Öffnungszustand beziehen (dargestellt durch durchgezogene Linien in 7), sowie ein zweites Kennfeld mit einem zweiten Satz Werte, die sich auf einen VIC-Schließzustand beziehen (dargestellt durch die gestrichelte Linie in 7). Als ein anderes Beispiel kann sich die Pumpgrenze nach links bewegen (in Richtung eines niedrigeren Wertes für das Verdichterverhältnis) und die Konturen des Kennfelds können sich auch mit der Änderung des variablen Einlasses ändern, wodurch es möglich wird, höhere Druckverhältnisse mit kleineren Massenströmen ohne Druckanstieg zu erhalten. Dadurch kann der Turbolader dynamischer werden.
Unter Bezugnahme auf 5 ist ein beispielhafter Betriebspunkt bei 510 gezeigt. Der Betriebspunkt 510 entspricht einem gewünschten Verdichterbetrieb bei einer höheren Durchflussrate und einem höheren Druckverhältnis, wenn der Verdichter mit einer Drehzahl entlang der Drehzahlgrenze 504a dreht. In diesem Betriebspunkt kann die VID in die offene Position betätigt werden. Während eines Zustands mit hohem Massenstrom, in dem die VID per Befehl geöffnet wird, steigt der Durchfluss durch den Verdichter, was einen schnellen Anstieg des Drucks in dem Einlass der Drosselklappe (oder in dem Auslass des Verdichters) ermöglicht. Dies führt zu einem hohen Druckverhältnis über den Turboladerverdichter. Da die Steuerung den Aufladeunterstützungsmotor so steuert, dass er einen Solldruck in dem Einlass der Drosselklappe bereitstellt, haben die Erfinder in der vorliegenden Schrift erkannt, dass, wenn die VID bei Befehl zum Öffnen in der geschlossenen Position klemmt, die Drehzahl des Verdichterrads durch die Steuerung erhöht werden würde, um den Solldruck in dem Einlass der Drosselklappe zu erreichen (TIP). Dies würde das Bereitstellen einer zusätzlichen Aufladeunterstützung über den Aufladeunterstützungsmotor einschließen. Infolgedessen würde der Strom, der an dem Aufladeunterstützungsmotor abgenommen wird, mit einem entsprechenden Anstieg der Verdichterdrehzahl, jedoch ohne einen entsprechenden Anstieg des TIP erhöht. Dies würde zudem zu einem niedrigeren Druckverhältnis über den Verdichter für die gegebene Aufladeunterstützung und die gegebene Verdichterdrehzahl führen.
Das erwartete Druckverhältnis kann direkt aus dem Kennfeld abgerufen werden, da der Massenstrom, die Turbinendrehzahl und das tatsächliche Druckverhältnis bei dem gegebenen Betriebspunkt auf Grundlage von Eingaben von Motorsensoren bekannt sind. Das zu erwartende Druckverhältnis wird durch Rückspeisung der bekannten Drehzahl und des Massenstroms in das Kennfeld ermittelt. In Reaktion darauf, dass die Sensormessung nicht mit den Verdichterkennfeldwerten übereinstimmt, von denen die Steuerung annimmt, dass sie verwendet werden, kann gefolgert werden, dass die VIC-Position nicht der befohlenen Position entspricht. Insbesondere, wenn das gemessene Druckverhältnis niedriger als das erwartete Druckverhältnis ist, kann die Steuerung schlussfolgern, dass der VIC n der geschlossenen Position klemmt. Gleichermaßen kann, wenn das gemessene Druckverhältnis höher als das erwartete Druckverhältnis ist, die Steuerung schlussfolgern, dass der VIC in der offenen Position klemmt. Beispielsweise kann für ein erwartetes Druckverhältnis, wenn die Verdichterdrehzahl 80.000 U/min beträgt und der Massendurchsatz 0,5 kg/s beträgt, in einem Szenario, in dem der VIC in der offenen Position klemmt, das tatsächliche Druckverhältnis höher sein als bei einem Szenario, in dem der VIC in der geschlossenen Position klemmt. Als ein Beispiel kann das Druckverhältnis 1,4 in dem offenen Kennfeld und 1,2 in dem geschlossenen Kennfeld betragen (wie unter Bezugnahme auf die in 7 gezeigten Kennfelder gefolgert). Unter Bezugnahme auf das Verdichterkennfeld aus 5 kann die Steuerung dem VIC eine Einstellung befehlen, bei der erwartet wird, dass sich der Turbolader in dem Betriebspunkt von 512 befindet. Dann kann die Steuerung eine Sensoreingabe verwenden, um ein gemessenes Druckverhältnis zu bestimmen. Wenn das gemessene Druckverhältnis in Bezug auf den Betriebspunkt 512 nicht mit dem aus dem Kennfeld abgerufenen Druckverhältnis übereinstimmt, kann geschlussfolgert werden, dass der VIC klemmt. Zudem kann die Steuerung auf Grundlage dessen, ob das gemessene Druckverhältnis höher oder niedriger als das Druckverhältnis ist, das dem Betriebspunkt 512 entspricht, schlussfolgern, ob der VIC in der offenen oder der geschlossenen Position klemmt.
Insbesondere während des Betriebsbereichs mit hohem Massenstrom (hohe Drehzahl, hohe Last) würde der Verdichter mit variablem Einlass in der Regel per Befehl geöffnet. Wenn er in der geschlossenen Position klemmen würde, würden die maximale Druckkapazität des Systems aufgrund des gedrosselten Flusses verringert und die Verdichterraddrehzahl erhöht, um die gleichen Druckverhältnisse zu erreichen. Dies würde jedoch nicht auf demselben Kennfeld widergespiegelt, da bei Betätigung des VICs ein anderes Kennfeld als Referenz verwendet werden würde. Während eines Zustands mit niedrigem Massenstrom, in dem die VID per Befehl geschlossen wird, sinkt der Durchfluss durch den Verdichter, was einen schnellen Abfall des Drucks in dem Einlass der Drosselklappe (oder in dem Auslass des Verdichters) ermöglicht. Dies führt zu einem Abfallen des Druckverhältnisses über den Turboladerverdichter. Da die Steuerung den Aufladeunterstützungsmotor so steuert, dass er den Solldruck in dem Einlass der Drosselklappe bereitstellt, wenn die VID bei Befehl zum Schließen in der offenen Position klemmt, würde die Drehzahl des Verdichterrads durch die Steuerung gesenkt, um den Solldruck in dem Einlass der Drosselklappe zu erreichen (TIP). Dies würde das Bereitstellen einer reduzierten Aufladeunterstützung über den Aufladeunterstützungsmotor oder das Erhöhen einer regenerativen Energiemenge umfassen, die durch den als Generator arbeitenden elektrischen Aufladeunterstützungsmotor zum Laden einer Systembatterie erzeugt wird. Infolgedessen würde der Strom, der durch den Aufladeunterstützungsmotor abgenommen wird (der als ein Generator fungiert), ohne einen entsprechenden Abfall der Verdichterdrehzahl oder TIP steigen. Dies würde zudem zu einem höheren Druckverhältnis über den Verdichter für die gegebene Verdichterdrehzahl führen.
Unter erneuter Bezugnahme auf 3, wenn sich das geschätzte PR bei 318 in dem erwarteten Bereich befindet, umfasst das Verfahren bei 320 das Anzeigen, dass die VID nicht verschlechtert ist. Ansonsten, wenn sich das geschätzte PR nicht in dem erwarteten Bereich befindet, umfasst das Verfahren bei 322 das Anzeigen, dass die VID verschlechtert ist. Wenn beispielsweise der Befehl zum Öffnen der VID bei Bedingungen mit hohem Massenstrom erfolgt, da das geschätzte PR niedriger ist als erwartet, kann angezeigt werden, dass die VID in der geschlossenen Position klemmt. Als ein weiteres Beispiel, wenn der Befehl zum Schließen der VID bei Bedingungen mit niedrigem Massenstrom erfolgt, da das geschätzte PR höher ist als erwartet, kann angezeigt werden, dass die VID in der offenen Position klemmt.
Beispielsweise führt das Druckverhältnis mit einer festsitzenden geschlossenen Position zu einer höheren Verdichterdrehzahl, um dasselbe Druckverhältnis zu erreichen, wenn überhaupt dasselbe Druckverhältnis erreicht wird. Die Steuerung kann sich auf ein kalibriertes Verdichterkennfeld für die erwartete VIC-Position beziehen, wie in 5 gezeigt. Eine VIC-Verschlechterung wird abgeleitet, wenn die Drehzahl- und Druckverhältnisse gemäß dem angegebenen Kennfeld nicht übereinstimmen. Es versteht sich, dass es ein separates Kennfeld für mehrere VIC-Positionen geben würde und die Steuerung auf Grundlage einer geschätzten VIC-Position zwischen diesen interpolieren würde.
Das Anzeigen der VID-Verschlechterung kann das Einstellen eines Diagnosecodes und das Benachrichtigen des Fahrzeugführers über eine Störungsanzeige (MIL) umfassen, dass der Aktor, der konfiguriert ist, um die Durchflussbeschränkung durch einen Einlass des Verdichters mit variablem Einlass des elektrischen Turboladers zu variieren, verschlechtert ist. Bei 324 kann eine Abschwächungsmaßnahme als Reaktion auf die Anzeige einer VID-Verschlechterung durchgeführt werden. Beispielsweise kann die Steuerung einen Ladedruck und ein Motorausgangsdrehmoment in Reaktion darauf begrenzen, dass die VID in der geschlossenen Position klemmt. Als ein anderes Beispiel kann die Steuerung die über den elektrischen Aufladeunterstützungsmotor bereitgestellte Aufladeunterstützung begrenzen, bis die VID gewartet wird. Zu dem Begrenzen des Ladedrucks kann gehören, dass die Steuerung eine Öffnung der Einlassdrossel reduziert, um den Luftstrom zu dem Motor zu reduzieren. Als ein anderes Beispiel kann die Steuerung ein Verdichter-Bypass-Ventil per Befehl öffnen, um entweder den gesamten Ladedruck aus dem Verdichterauslass abzulassen oder ihn gesteuert zu begrenzen, abhängig von dem für das Rückführungsventil möglichen Steuerungsniveau (z. B. auf Grundlage dessen, ob das Ventil kontinuierlich gesteuert oder passiv ist).
In noch weiteren Beispielen kann die VID-Verschlechterung auf der Antwortzeit des Turboladers beruhen, die auf das Befehlen der VID zu einer Zielposition folgt. Die Steuerung kann eine Zeit überwachen, die benötigt wird, um eine Soll-TIP oder eine Sollturbinendrehzahl zu erreichen, nachdem die Betätigung der VID befohlen wurde. Beispielsweise kann während einer Pedalbetätgigungstransiente die Steuerung die VID per Befehl öffnen und die Reaktionszeit überwachen, die benötigt wird, um einen Soll-TIP oder eine Sollturbinendrehzahl zu erreichen. Wenn die VID in der geschlossenen Position klemmt, zeigt der Übergangsvorgang eine schnellere Reaktionszeit als erwartet, was dazu führt, dass der elektrische Hilfsmotor weniger elektrische Leistung aufnimmt, um den Ziel-TIP zu erreichen. Die Steuerung kann dies als einen Abfall des Stroms messen, der von dem elektrischen Aufladeunterstützungsmotor gezogen wird. In der vorliegenden Schrift bezieht sich die Übergangsreaktionszeit auf Sollwerte für den Druck in dem Einlass der Drosselklappe. Eine anfängliche Reaktion ist schneller, wenn der VIC geschlossen ist, kann jedoch durch einen gedrosselten Durchfluss bei hohen Durchflussraten eingeschränkt sein.
Als ein weiteres Beispiel kann die Steuerung während eines ersten Zustands in Reaktion auf einen ersten Anstieg der Drehmomentanforderung den an einen Verdichter mit variablem Einlass eines elektrischen Turboladers gekoppelten Aktor in eine geschlossene Position überführen. Im Vergleich dazu kann der Aktor während eines zweiten Zustands in Reaktion auf einen zweiten Anstieg der Drehmomentanforderung in eine offene Position übergehen. Während sowohl des ersten als auch des zweiten Zustands kann die Steuerung ein tatsächliches Druckverhältnis des Turboladers aus der gemessenen Gegen-EMK eines an den Turbolader gekoppelten Elektromotors abschätzen. Beispielsweise kann der Strom- und/oder Spannungsverbrauch des Elektromotors für eine erste Dauer seit dem Befehl zum Übergehen des Aktors überwacht werden und dies kann verwendet werden, um eine Gegen-EMK abzuschätzen, die über den Verdichter auf den Motor aufgebracht wird. Dies wird dann verwendet, um die tatsächliche Verdichterdrehzahl über einen Algorithmus abzuleiten. Während des ersten Zustands kann sich die Steuerung auf ein erstes Kennfeld der Verdichterdrehzahl und des Druckverhältnisses in Bezug auf den Sollmassenstrom durch den Verdichter beziehen, wobei sich der Aktor in der offenen Position befindet. Wenn die erwartete Verdichterdrehzahl und das erwartete Verdichterdruckverhältnis, die dem ersten Kennfeld entsprechen, nicht mit der tatsächlichen Verdichterdrehzahl und dem tatsächlichen Verdichterdruckverhältnis übereinstimmen, die über die Gegen-EMK geschätzt wurden, kann die Steuerung schlussfolgern, dass der Aktor in der geschlossenen Position klemmt. Insbesondere wenn der Aktor beim Befehl zum Öffnen in der geschlossenen Position klemmt, kann das tatsächliche Druckverhältnis auf Grundlage des Kennfelds niedriger sein als erwartet. Darüber hinaus kann die Verdichterdrehzahl auf Grundlage des ersten Kennfelds höher sein als erwartet. Als ein weiteres Beispiel kann sich während des zweiten Zustands die Steuerung auf ein zweites Kennfeld der Verdichterdrehzahl und des Druckverhältnisses in Bezug auf den Sollmassenstrom durch den Verdichter beziehen, wobei sich der Aktor in der geschlossenen Position befindet. Wenn die erwartete Verdichterdrehzahl und das erwartete Verdichterdruckverhältnis, die dem zweiten Kennfeld entsprechen, nicht mit der tatsächlichen Verdichterdrehzahl und dem tatsächlichen Verdichterdruckverhältnis übereinstimmen, die über die Gegen-EMK geschätzt wurden, kann die Steuerung schlussfolgern, dass der Aktor in der offenen Position klemmt. Insbesondere wenn der Aktor beim Befehl zum Schließen in der offenen Position klemmt, kann das tatsächliche Druckverhältnis auf Grundlage des Kennfelds höher sein als erwartet. Darüber hinaus kann die Verdichterdrehzahl auf Grundlage des Kennfelds niedriger sein als erwartet.
Unter Bezugnahme auf 6, ist ein prophetisches Beispiel einer VID-Diagnose eines Turboladers gezeigt. Das Kennfeld 600 zeigt bei dem Verlauf 602 eine Drehmomentanforderung des Fahrzeugführers. In einem Beispiel wird die Drehmomentanforderung des Fahrzeugführers über ein Gaspedal empfangen. Die Verdichterdrehzahl für den elektrischen Turbolader ist in Verlauf 614 dargestellt. Die Position (offen oder geschlossen) einer VID, die an einen Verdichter des elektrischen Turboladers gekoppelt ist, ist in Verlauf 606 gezeigt. Die Motorleistung, die von einem an eine Welle des elektrischen Turboladers gekoppelten elektrischen Aufladeunterstützungsmotor bereitgestellt wird, ist in Verlauf 608 gezeigt. Ein positives Motordrehmoment umfasst den Betrieb eines Elektromotors in einem Motormodus, wobei der Motor elektrische Leistung aus einer Systembatterie entnimmt, um ein Drehmoment auf die Welle aufzubringen. Das regenerative (oder negative) Motordrehmoment umfasst den Betrieb eines Elektromotors in einem Erzeugungsmodus, wobei das Drehmoment von der Welle genommen wird, um elektrische Energie zu erzeugen, die in der Systembatterie gespeichert wird. Ein Ladezustand (State of Charge, SOC) der Systembatterie ist in Verlauf 610 gezeigt. Ein Druckverhältnis über dem Verdichter, das sich aus dem kombinierten Betrieb der VID, der Turbine und des Aufladeunterstützungsmotors ergibt, ist in Verlauf 612 gezeigt. Alle Verläufe sind im Verhältnis zur Zeit auf der x-Achse gezeigt.
Vor t1 arbeitet der Motor bei niedrigen Lasten als Reaktion auf eine geringere Drehmomentanforderung (Verlauf 602). Der Motor arbeitet zu diesem Zeitpunkt mit natürlicher Ansaugung und ohne Aufladung, wie durch die Verdichterdrehzahl angezeigt (Verlauf 614). Aufgrund der Notwendigkeit eines geringeren Massenstroms durch den Verdichter wird die VID in die geschlossene Position gebracht (Verlauf 606). Zu diesem Zeitpunkt ist keine Aufladeunterstützung von dem Motor erforderlich und daher wird kein Motordrehmoment bereitgestellt (Verlauf 608). Infolge des fehlenden Motordrehmoments von dem Aufladeunterstützungsmotor bleibt der Batterie-SOC konstant (Verlauf 610). Der geringere Massenstrom durch den Verdichter spiegelt sich in dem geringeren Druckverhältnis über den Verdichter wider (Verlauf 612).
Bei t1 steigt die Drehmomentanforderung des Fahrzeugführers beispielsweise aufgrund einer Pedalbetätigung durch den Fahrzeugführer, die größer als ein Schwellenwert ist. Die Pedalbetätigung, die höher als der Schwellenwert ist, führt zu einem Wechsel von dem Motorbetrieb ohne Aufladung zu dem Motorbetrieb mit Aufladung. Die erhöhte Drehmomentanforderung macht es erforderlich, dass der Motor in einem mittleren bis hohen Motordrehzahl- und -lastbereich arbeitet. Ein höherer Massenstrom durch den Verdichter ist erforderlich und eine höhere Verdichterdrehzahl ist erforderlich, um die Drehmomentanforderung zu erfüllen. Dementsprechend wird die VID von der geschlossenen Position in eine offene Position betätigt, um den Massenstrom durch den Verdichter zu erhöhen. Um die Drehmomentanforderung während des Hochfahrens der Turbine zu erfüllen, wird über den Aufladeunterstützungsmotor ein positives Drehmoment auf die Turboladerwelle aufgebracht. Dies führt zu einer Erhöhung der Verdichterdrehzahl. Wenn die VID erwartungsgemäß arbeitet und sich auf Befehl in eine offene Position bewegt, führt der erhöhte Massenstrom durch den Verdichter aufgrund des Öffnens der VID und des Durchdrehens der Welle (und des Verdichters) über den Elektromotor zu einem Anstieg des Druckverhältnisses über den Verdichter. Außerdem steigt die Turbinendrehzahl allmählich an. Die Aufladeunterstützung wird während des Übergangs zwischen t1 und t2 bereitgestellt. Bei t2 wird, sobald die Verdichterdrehzahl eine Solldrehzahl erreicht, die die erhöhte Drehmomentanforderung erfüllen kann, die Aufladeunterstützung unterbrochen und die Sollverdichterdrehzahl wird über den Betrieb der Turbine aufrechterhalten. Danach wird das erhöhte Druckverhältnis über den Turboladerbetrieb ohne Aufladeunterstützung aufrechterhalten.
Wenn jedoch die VID beim Befehl zum Öffnen in der geschlossenen Position klemmt (wie durch den gestrichelten Verlauf 607a gezeigt), kann die Steuerung weiterhin ein positives Motordrehmoment über den Aufladeunterstützungsmotor (wie durch den gestrichelten Verlauf 609a gezeigt) bereitstellen, um einen Solldruck in dem Einlass der Drosselklappe zu erreichen. Dies würde dazu führen, dass der Verdichter weiter dreht (wie durch den gestrichelten Verlauf 615a gezeigt), während das Druckverhältnis weiterhin niedriger als das Solldruckverhältnis bleibt (wie durch den gestrichelten Verlauf 613a gezeigt). Der längere Betrieb des elektrischen Aufladeunterstützungsmotors kann umfassen, dass der Motor von t1 bis t3 (und darüber hinaus) weiterhin ein positives Motordrehmoment auf die Welle aufbringt und der Batterie-SOC schneller und auf einen niedrigeren Wert entleert wird (wie durch den gestrichelten Verlauf 611a gezeigt). Gleichzeitig würde sich auch die Turbinendrehzahl nicht wie erwartet erhöhen. Während einer Erhöhung der Drehmomentanforderung, die eine Erhöhung des Verdichterflusses erfordert, als Reaktion auf eines oder mehrere von einem niedriger als erwarteten Druckverhältnis, einer höher als erwarteten Verdichterdrehzahl, einer höher (und länger) als erwarteten Leistungsaufnahme des elektrischen Aufladeunterstützungsmotors und einer niedriger als erwarteten Turbinendrehzahl, kann die Steuerung schlussfolgern, dass die VID in der geschlossenen Position klemmt, wenn der Befehl zum Öffnen erteilt wird.
Bei t4 steigt die Drehmomentanforderung des Fahrzeugführers erneut beispielsweise aufgrund einer Pedalbetätigung durch den Fahrzeugführer, die niedriger als ein Schwellenwert ist. Die Pedalbetätigung, die niedriger als der Schwellenwert ist, führt zu einem Wechsel von dem Motorbetrieb mit einer geringeren Aufladung zu dem Motorbetrieb mit einer größeren Aufladung. Der geringere Anstieg des Drehmomentbedarfs kann durch einen geringeren Massenstrom durch den Verdichter und eine geringere Verdichterdrehzahl erreicht werden. Dementsprechend wird die VID von der offenen Position in eine geschlossene Position betätigt, um den Massenstrom durch den Verdichter zu senken.
Um eine übermäßige Drehzahl der Turbine zu verringern, wird über den Aufladeunterstützungsmotor ein regeneratives Drehmoment auf die Turboladerwelle aufgebracht. Dies führt zu einer Erhöhung des Batterie-SOCs, wenn elektrische Energie über den als Generator wirkenden Aufladeunterstützungsmotor erzeugt wird. Das regenerative Drehmoment führt zudem zu einer Verringerung der Turbinendrehzahl. Wenn die VID erwartungsgemäß arbeitet und sich auf Befehl in eine geschlossenen Position bewegt, führt der niedrigere Massenstrom durch den Verdichter aufgrund des Öffnens der VID und des Bremsens der Welle (und der Turbine) über den Elektromotor zu einem Abfall des Druckverhältnis über den Verdichter. Daneben sinkt die Verdichterdrehzahl allmählich. Regeneratives Drehmoment wird von dem Motor/Generator während des Übergangs zwischen t4 und t5 bereitgestellt. Bei t5, sobald die Turbinendrehzahl eine Solldrehzahl erreicht, die den unteren Massenstrom erfüllt, wird die Regeneration über den Aufladeunterstützungsmotor unterbrochen und wird die Sollverdichterdrehzahl über den Betrieb der Turbine aufrechterhalten. Danach wird das niedrigere Druckverhältnis über den Turboladerbetrieb ohne Aufladeunterstützung durch den Motor aufrechterhalten.
Wenn jedoch die VID beim Befehl zum Schließen in der offenen Position klemmt (wie durch den gestrichelten Verlauf 607b gezeigt), kann die Steuerung weiterhin ein regeneratives Motordrehmoment über den Aufladeunterstützungsmotor (wie durch den gestrichelten Verlauf 609b gezeigt) bereitstellen, um den Solldruck in dem Einlass der Drosselklappe zu erreichen. Aufgrund des höheren Luftstroms durch die weniger eingeschränkte Öffnung des Verdichters würde die Verdichterdrehzahl jedoch höher bleiben als gewünscht (wie durch den gestrichelten Verlauf 615b gezeigt), was dazu führen würde, dass das Druckverhältnis auch höher bleibt als das Solldruckverhältnis (wie durch den gestrichelten Verlauf 613b gezeigt). Der längere Betrieb des elektrischen Aufladeunterstützungsmotors in dem regenerativen Modus kann umfassen, dass der Motor von t4 bis t6 (und darüber hinaus) weiterhin ein regeneratives Motordrehmoment auf die Welle aufbringt und der Batterie-SOC schneller und auf einen höheren Wert aufgeladen wird (wie durch den gestrichelten Verlauf 611b gezeigt). Gleichzeitig würde sich die Turbinendrehzahl ebenfalls nicht wie erwartet erhöhen (wie durch den gestrichelten Verlauf 605b gezeigt). Während einer Erhöhung der Drehmomentanforderung, die eine Verringerung des Verdichterflusses erfordert, als Reaktion auf eines oder mehrere von einem höher als erwarteten Druckverhältnis, einer höher als erwarteten Verdichterdrehzahl, einer höher (und länger) als erwarteten Leistungsaufnahme des elektrischen Aufladeunterstützungsmotors und einer höher als erwarteten Turbinendrehzahl, kann die Steuerung schlussfolgern, dass die VID in der offenen Position klemmt, wenn der Befehl zum Schließen erteilt wird.
Auf diese Weise kann ein Aktor, der konfiguriert ist, um eine Durchflussbegrenzung an einem Einlass eines Verdichters mit variablem Einlass zu variieren, unter Verwendung vorhandener Komponenten und Sensoren diagnostiziert werden. Der technische Effekt der Messung einer elektrischen Spannung und eines elektrischen Stroms, die/der einem elektrischen Aufladeunterstützungsmotor eines Turboladers mit einem Verdichter mit variablem Einlass bereitgestellt wird, besteht darin, dass die Vorrichtung mit variablem Einlass oder der Aktor während des aufgeladenen Motorbetriebs zuverlässig diagnostiziert werden kann. Durch Korrelieren der gemessenen elektrischen Leistungsaufnahme des Elektromotors mit einem Sollmassenstrom durch den Verdichter kann eine Variation der Gegen-EMK an dem Elektromotor mit der Gegenwart eines übermäßigen oder unzureichenden Massenstroms durch den Verdichter assoziiert werden. Zudem kann die Gegenwart eines übermäßigen oder unzureichenden Massenstroms durch den Verdichter mit der Funktionalität des an den Einlass des Verdichters gekoppelten strömungsbegrenzenden Aktors korreliert werden. Durch die Verwendung vorhandener Komponenten und Sensoren zum Diagnostizieren des Verdichters mit variablem Einlass werden die Diagnosekosten reduziert, ohne die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Diagnoseergebnisse zu beeinträchtigen. Durch rechtzeitiges Erkennen einer VIC-Verschlechterung kann der strömungsbegrenzende Aktor rechtzeitig gewartet werden, wodurch eine Verschlechterung des Turboladers und ein Abfall der Motorleistung ausgeschlossen werden.
Ein beispielhaftes Motorverfahren umfasst das Anzeigen einer Verschlechterung eines Aktors, der an einen Verdichter mit variablem Einlass eines elektrischen Turboladers gekoppelt ist, auf Grundlage des Stromverbrauchs eines elektrischen Aufladeunterstützungsmotors des Turboladers im Anschluss an eine befohlene Lageänderung des Aktors. In dem vorstehenden Beispiel umfasst das Verfahren zusätzlich oder gegebenenfalls zudem das Öffnen des Aktors per Befehl als Reaktion auf eine größere Zunahme des von dem Fahrzeugführer angeforderten Drehmoments, das eine Zunahme des Verdichtermassenstroms erfordert; sowie das Schließen des Aktors per Befehl als Reaktion auf eine geringere Zunahme des von dem Fahrzeugführer angeforderten Drehmoments, das eine Abnahme des Verdichtermassenstroms erfordert. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele umfasst das Anzeigen der Verschlechterung zusätzlich oder gegebenenfalls das Anzeigen, dass der Aktor in der geschlossenen Position klemmt, wenn ein Befehl zum Öffnen vorliegt, oder das Anzeigen, dass der Aktor in der offenen Position klemmt, wenn ein Befehl zum Schließen vorliegt. In einem oder allen vorstehenden Beispielen umfasst das Anzeigen auf Grundlage des Stromverbrauchs zusätzlich oder gegebenenfalls das Messen einer Strom- oder Spannungsaufnahme des Motors, um eine gegenelektromotorische Kraft (EMK) abzuschätzen, die auf den Motor ausgeübt wird. In einem oder allen vorstehenden Beispielen umfasst das Anzeigen zusätzlich oder gegebenenfalls zudem das Schätzen einer tatsächlichen Verdichterdrehzahl auf Grundlage der Gegen-EMK; das Schätzen eines tatsächlichen Druckverhältnisses über den Verdichter auf Grundlage der tatsächlichen Verdichterdrehzahl; und das Vergleichen des tatsächlichen Druckverhältnisses mit einem erwarteten Druckverhältnis eines Verdichterströmungskennfelds. In einem oder allen vorstehenden Beispielen umfasst das Anzeigen zusätzlich oder gegebenenfalls Folgendes: das Anzeigen, dass der Aktor in der geschlossenen Position klemmt, wenn als Reaktion darauf, dass das tatsächliche Druckverhältnis niedriger als das erwartete Druckverhältnis ist, ein Befehl zum Öffnen vorliegt, und das Anzeigen, dass der Aktor in der offenen Position klemmt, wenn als Reaktion darauf, dass das tatsächliche Druckverhältnis höher als das erwartete Druckverhältnis ist, ein Befehl zum Schließen vorliegt. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele umfasst das Verfahren zusätzlich oder gegebenenfalls zudem als Reaktion auf das Anzeigen, dass der Aktor in der geschlossenen oder in der offenen Position klemmt, das Reduzieren einer Öffnung des Einlasses der Drosselklappe, um das Motordrehmoment zu begrenzen, das Verzögern des Zündzeitpunktes und das Erhöhen einer Öffnung eines Abgasabführventils oder Erhöhen einer Öffnung eines Verdichterrückführventils. In einem oder allen vorstehenden Beispielen umfasst das Anzeigen zusätzlich oder gegebenenfalls das Anzeigen einer Verschlechterung in Reaktion auf einen oder mehrere von einem höher als erwarteten und einem länger als erwarteten Stromverbrauch. In einem oder allen vorstehenden Beispielen beruht die Anzeige zusätzlich oder gegebenenfalls zudem auf einer Übergangsreaktionszeit, wobei angezeigt wird, dass der Aktor in der geschlossenen Position klemmt, wenn als Reaktion auf eine Verringerung der Übergangsreaktionszeit im Anschluss an die Verringerung des von dem Fahrzeugführer angeforderten Drehmoments ein Befehl zum Öffnen vorliegt, und dass der Aktor in der offenen Position klemmt, wenn als Reaktion auf eine Zunahme der Einschwingzeit infolge der Abnahme des von dem Fahrzeugführer angeforderten Drehmoments ein Befehl zum Schließen vorliegt.
Ein anderes Verfahren für einen Motor umfasst: das Öffnen eines Aktors per Befehl, der an einen Verdichter mit variablem Einlass eines Turboladers gekoppelt ist, als Reaktion auf eine Erhöhung des von dem Fahrzeugführer angeforderten Drehmoments; und das Anzeigen einer Aktorverschlechterung auf Grundlage der Verdichterdrehzahl nach dem Befehl, wobei die Verdichterdrehzahl aus dem Stromverbrauch eines an den Turbolader gekoppelten elektrischen Aufladeunterstützungsmotors abgeleitet wird. In einem oder allen vorstehenden Beispielen umfasst das Verfahren zusätzlich oder gegebenenfalls zudem das Schätzen des Stromverbrauchs des Motors auf Grundlage eines gemessenen Stroms und einer gemessenen Spannung, die an dem Motor nach dem Anweisen gezogen werden. In einem oder allen vorstehenden Beispielen beruht die Anzeige zusätzlich oder gegebenenfalls zudem auf einer Zeit, die benötigt wird, um einen Solldruck in dem Einlass der Drosselklappe nach dem Befehl zu erreichen, wobei angezeigt wird, dass der Aktor in der geschlossenen Position klemmt, wenn die benötigte Zeit kürzer ist als erwartet. In einem oder allen vorstehenden Beispielen umfasst das Verfahren zusätzlich oder gegebenenfalls zudem: als Reaktion darauf, dass der Aktor in der geschlossenen Position klemmt, das Reduzieren einer Öffnung in dem Einlass der Drosselklappe, um das Motordrehmoment zu begrenzen. In einem oder allen vorstehenden Beispielen umfasst das Anzeigen auf Grundlage der Verdichterdrehzahl zusätzlich oder gegebenenfalls das Anzeigen einer Verschlechterung als Reaktion auf ein tatsächliches Druckverhältnis, das niedriger ist als erwartet, nach dem Befehl, wobei das tatsächliche Druckverhältnis aus der abgeleiteten Verdichterdrehzahl berechnet wird. In einem oder allen vorstehenden Beispielen umfasst das Verfahren zusätzlich oder gegebenenfalls zudem Folgendes: das Schließen des Aktors per Befehl als Reaktion auf eine Verringerung des von dem Fahrzeugführer angeforderten Drehmoments; und das Anzeigen einer Aktorverschlechterung als Reaktion darauf, dass das tatsächliche Druckverhältnis nach dem Befehl höher ist als erwartet. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele umfasst das Verfahren zusätzlich oder gegebenenfalls zudem als Reaktion darauf, dass der Aktor in der offenen Position klemmt, eines oder mehrere der Folgenden: das Reduzieren einer Öffnung des Einlasses der Drosselklappe, um das Motordrehmoment zu begrenzen, das Verzögern des Zündzeitpunktes und das Erhöhen einer Öffnung eines Abgasabführventils und Erhöhen einer Öffnung eines Verdichterrückführventils.
Ein anderes beispielhaftes Motorsystem umfasst: einen Motor mit einem Einlass und einem Auslass; ein Pedal zum Empfangen einer Drehmomentanforderung des Fahrzeugführers; einen Turbolader mit einem Einlassverdichter, der über eine Welle an eine Abgasturbine gekoppelt ist, eine Vorrichtung mit variablem Einlass, die an einen Einlass des Verdichters gekoppelt ist, um eine Durchflussbegrenzung durch den Verdichter zu variieren; eine an eine Batterie gekoppelte elektrische Maschine zum Aufbringen oder Entfernen eines Drehmoments auf die/von der Welle; einen Sensor zum Messen des Stromverbrauchs der elektrischen Maschine; einen Drucksensor für den Einlass der Drosselklappe, der einer Einlassdrosselklappe vorgelagert und dem Verdichter nachgelagert gekoppelt ist; und eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die auf einem nicht flüchtigen Speicher gespeichert sind und bei Ausführung die Steuerung veranlassen: die Vorrichtung mit variablem Einlass in Reaktion auf eine Pedalbetätigung von einer geschlossenen Position in eine offene Position zu betätigen; die Vorrichtung mit variablem Einlass auf Grundlage von einem oder mehreren tatsächlichen Druckverhältnissen über den Verdichter zu diagnostizieren, die aus der gemessenen Stromaufnahme der elektrischen Maschine nach der Betätigung und einer Zeit abgeleitet werden, die benötigt wird, um einen Solldruck in dem Einlass der Drosselklappe zu erreichen; und eine Öffnung der Einlassdrossel in Reaktion auf eine Diagnose einer Vorrichtungsverschlechterung zu verringern. In dem vorstehenden Beispiel umfasst die Steuerung zusätzlich oder gegebenenfalls weitere Anweisungen, um zu diagnostizieren, dass die Vorrichtung verschlechtert ist, einschließlich, dass die Vorrichtung bei Betätigung in die offene Position in der geschlossenen Position klemmt, als Reaktion darauf, dass eines oder mehrere der tatsächlichen Druckverhältnisse niedriger sind als ein erwartetes Druckverhältnis für eine gegebene befohlene Verdichterdrehzahl, und darauf, dass die Zeit, die benötigt wird, um den Solldruck in dem Einlass der Drosselklappe zu erreichen, kürzer als für die befohlene Verdichterdrehzahl erwartet ist. In einem oder allen vorstehenden Beispielen umfasst die Steuerung zusätzlich oder gegebenenfalls weitere Anweisungen zum: Schätzen einer Gegen-EMK auf die elektrische Maschine auf Grundlage des gemessenen Stromverbrauchs; Schätzen einer tatsächlichen Verdichterdrehzahl auf Grundlage der geschätzten Gegen-EMK; und Berechnen eines tatsächlichen Druckverhältnisses über den Verdichter aus einem Verdichterkennfeld unter Verwendung der geschätzten tatsächlichen Verdichterdrehzahl als Eingabe. In einem oder allen vorstehenden Beispielen umfasst die Steuerung zusätzlich oder gegebenenfalls weitere Anweisungen, um die Vorrichtung mit variablem Einlass von der offenen Position in die geschlossene Position zu betätigen, als Reaktion auf ein Loslassen des Pedals; zu diagnostizieren, dass die Vorrichtung mit variablem Einlass in der offenen Position klemmt, wenn diese in die geschlossene Position betätigt wird, auf Grundlage dessen, dass eines oder mehrere von einem oder mehreren tatsächlichen Druckverhältnissen höher ist als das erwartete Druckverhältnis für eine bestimmte befohlene Verdichterdrehzahl, sowie der Zeit, die benötigt wird, bis der Soll druck in dem Einlass der Drosselklappe kleiner als für die befohlene Verdichterdrehzahl erwartet ist; und eine Öffnung der Einlassdrosselklappe als Reaktion auf eine Diagnose einer Vorrichtungsverschlechterung zu verringern.
In einer anderen Darstellung ist das Motorsystem in einem Hybridfahrzeugsystem gekoppelt. In einer weiteren Darstellung ist das Motorsystem in einem autonomen Fahrzeugsystem gekoppelt.
In einer weiteren Darstellung umfasst ein Verfahren: während eines ersten Zustands, als Reaktion auf einen ersten Anstieg der Drehmomentanforderung, das Überführen eines an einen Verdichter mit variablem Einlass eines elektrischen Turboladers gekoppelten Aktors in eine geschlossene Position; während eines zweiten Zustands, als Reaktion auf einen zweiten Anstieg der Drehmomentanforderung, das Überführen des Aktors in eine offene Position; und während sowohl des ersten als auch des zweiten Zustands das Schätzen eines tatsächlichen Druckverhältnisses des Turboladers aus der gemessenen Gegen-EMK eines an den Turbolader gekoppelten Elektromotors; und das Anzeigen einer Verschlechterung des Aktors auf Grundlage des tatsächlichen Druckverhältnisses relativ zu einem erwarteten Druckverhältnis.
Es ist anzumerken, dass die in der vorliegenden Schrift enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die in der vorliegenden Schrift offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in einem nicht flüchtigen Speicher gespeichert sein und durch das Steuersystem, einschließlich der Steuerung, in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und sonstiger Motorhardware ausgeführt werden. Die in der vorliegenden Schrift beschriebenen konkreten Routinen können eine oder mehrere aus 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 Abfolge oder parallel durchgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwangsläufig erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der in der vorliegenden Schrift beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erreichen, 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. Zudem können die beschriebenen Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen grafisch Code darstellen, der in einen nicht flüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Motorsteuersystem zu programmieren ist, wobei die beschriebenen Handlungen durch Ausführen der Anweisungen in einem System, das die verschiedenen Motorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung umfasst, ausgeführt werden.
Es versteht sich, dass die in der vorliegenden Schrift offenbarten Konfigurationen 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 V6-, 14-, I6-, V12-, 4-Zylinder-Boxer- und andere Verbrennungsmotorarten angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuartigen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Auslegungen und sonstige in der vorliegenden Schrift offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
Im vorliegenden Zusammenhang ist der Ausdruck „ungefähr“ als plus oder minus fünf Prozent des jeweiligen Bereichs aufgefasst, es sei denn, es wird etwas anderes vorgegeben.
Die folgenden Ansprüche heben bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen besonders hervor, 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 umfassen 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 in 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.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein beispielhaftes Motorverfahren: das Anzeigen einer Verschlechterung eines Aktors, der an einen Verdichter mit variablem Einlass eines elektrischen Turboladers gekoppelt ist, auf Grundlage des Stromverbrauchs eines elektrischen Aufladeunterstützungsmotors des Turboladers im Anschluss an eine befohlene Lageänderung des Aktors.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung zudem durch folgendes gekennzeichnet: Öffnen des Aktors per Befehl als Reaktion auf eine größere Zunahme des von dem Fahrzeugführer angeforderten Drehmoments, das eine Zunahme des Verdichtermassenstroms erfordert; sowie das Schließen des Aktors per Befehl als Reaktion auf eine geringere Zunahme des von dem Fahrzeugführer angeforderten Drehmoments, das eine Abnahme des Verdichtermassenstroms erfordert.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Anzeigen der Verschlechterung das Anzeigen, dass der Aktor in der geschlossenen Position klemmt, wenn ein Befehl zum Öffnen vorliegt, oder das Anzeigen, dass der Aktor in der offenen Position klemmt, wenn ein Befehl zum Schließen vorliegt.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Anzeigen auf Grundlage des Stromverbrauchs zusätzlich oder gegebenenfalls das Messen einer Strom- oder Spannungsaufnahme des Motors, um eine gegenelektromotorische Kraft (EMK) abzuschätzen, die auf den Motor ausgeübt wird.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Anzeigen zudem das Schätzen einer tatsächlichen Verdichterdrehzahl auf Grundlage der Gegen-EMK; das Schätzen eines tatsächlichen Druckverhältnisses über den Verdichter auf Grundlage der tatsächlichen Verdichterdrehzahl; und das Vergleichen des tatsächlichen Druckverhältnisses mit einem erwarteten Druckverhältnis eines Verdichterströmungskennfelds.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Anzeigen Folgendes: das Anzeigen, dass der Aktor in der geschlossenen Position klemmt, wenn als Reaktion darauf, dass das tatsächliche Druckverhältnis niedriger als das erwartete Druckverhältnis ist, ein Befehl zum Öffnen vorliegt, und das Anzeigen, dass der Aktor in der offenen Position klemmt, wenn als Reaktion darauf, dass das tatsächliche Druckverhältnis höher als das erwartete Druckverhältnis ist, ein Befehl zum Schließen vorliegt.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung zudem gekennzeichnet durch, als Reaktion auf das Anzeigen, dass der Aktor in der geschlossenen oder in der offenen Position klemmt, das Reduzieren einer Öffnung des Einlasses der Drosselklappe, um das Motordrehmoment zu begrenzen, das Verzögern des Zündzeitpunktes und das Erhöhen einer Öffnung eines Abgasabführventils oder Erhöhen einer Öffnung eines Verdichterrückführventil s.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Anzeigen das Anzeigen einer Verschlechterung in Reaktion auf einen oder mehrere von einem höher als erwarteten und einem länger als erwarteten Stromverbrauch.
Gemäß einer Ausführungsform beruht die Anzeige zudem auf einer Übergangsreaktionszeit, wobei angezeigt wird, dass der Aktor in der geschlossenen Position klemmt, wenn als Reaktion auf eine Verringerung der Übergangsreaktionszeit im Anschluss an die Verringerung des von dem Fahrzeugführer angeforderten Drehmoments ein Befehl zum Öffnen vorliegt, und dass der Aktor in der offenen Position klemmt, wenn als Reaktion auf eine Zunahme der Einschwingzeit infolge der Abnahme des von dem Fahrzeugführer angeforderten Drehmoments ein Befehl zum Schließen vorliegt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst in Verfahren für einen Motor: das Öffnen eines Aktors per Befehl, der an einen Verdichter mit variablem Einlass eines Turboladers gekoppelt ist, als Reaktion auf eine Erhöhung des von dem Fahrzeugführer angeforderten Drehmoments; und das Anzeigen einer Aktorverschlechterung auf Grundlage der Verdichterdrehzahl nach dem Befehl, wobei die Verdichterdrehzahl aus dem Stromverbrauch eines an den Turbolader gekoppelten elektrischen Aufladeunterstützungsmotors abgeleitet wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung zudem dadurch gekennzeichnet, dass der Stromverbrauch des Motors auf der Grundlage eines gemessenen Stroms und einer gemessenen Spannung geschätzt wird, die an dem Motor nach dem Befehl gezogen werden.
Gemäß einer Ausführungsform beruht die Anzeige zudem auf einer Zeit, die benötigt wird, um einen Solldruck in dem Einlass der Drosselklappe nach dem Anweisen zu erreichen, wobei angezeigt wird, dass der Aktor in der geschlossenen Position klemmt, wenn die benötigte Zeit kürzer ist als erwartet.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung zudem gekennzeichnet durch, als Reaktion darauf, dass der Aktor in der geschlossenen Position klemmt, das Verringern einer Einlassdrosselöffnung, um das Motordrehmoment zu begrenzen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Anzeigen auf Grundlage der Verdichterdrehzahl das Anzeigen einer Verschlechterung als Reaktion auf ein tatsächliches Druckverhältnis, das niedriger ist als erwartet, nach dem Befehl, wobei das tatsächliche Druckverhältnis aus der abgeleiteten Verdichterdrehzahl berechnet wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung zudem durch Folgendes gekennzeichnet: das Schließen des Aktors per Befehl als Reaktion auf eine Verringerung des von dem Fahrzeugführer angeforderten Drehmoments; und das Anzeigen einer Aktorverschlechterung als Reaktion darauf, dass das tatsächliche Druckverhältnis nach dem Befehl höher ist als erwartet.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung zudem gekennzeichnet durch, als Reaktion darauf, dass der Aktor in der offenen Position klemmt, eines oder mehrere der Folgenden: das Reduzieren einer Öffnung des Einlasses der Drosselklappe, um das Motordrehmoment zu begrenzen, das Verzögern des Zündzeitpunktes und das Erhöhen einer Öffnung eines Abgasabführventils oder das Erhöhen einer Öffnung eines Verdichterrückführventil s.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Motorsystem vorgesehen, umfassend: einen Motor mit einem Einlass und einem Auslass; ein Pedal zum Empfangen einer Drehmomentanforderung des Fahrzeugführers; einen Turbolader mit einem Einlassverdichter, der über eine Welle an eine Abgasturbine gekoppelt ist, eine Vorrichtung mit variablem Einlass, die an einen Einlass des Verdichters gekoppelt ist, um eine Durchflussbegrenzung durch den Verdichter zu variieren; eine an eine Batterie gekoppelte elektrische Maschine zum Aufbringen oder Entfernen eines Drehmoments auf die/von der Welle; einen Sensor zum Messen des Stromverbrauchs der elektrischen Maschine; einen Drucksensor für den Einlass der Drosselklappe, der einer Einlassdrosselklappe vorgelagert und dem Verdichter nachgelagert gekoppelt ist; und eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die auf einem nicht flüchtigen Speicher gespeichert sind und bei Ausführung die Steuerung veranlassen: die Vorrichtung mit variablem Einlass in Reaktion auf eine Pedalbetätigung von einer geschlossenen Position in eine offene Position zu betätigen; die Vorrichtung mit variablem Einlass auf Grundlage von einem oder mehreren tatsächlichen Druckverhältnissen über den Verdichter zu diagnostizieren, die aus der gemessenen Stromaufnahme der elektrischen Maschine nach der Betätigung und einer Zeit abgeleitet werden, die benötigt wird, um einen Solldruck in dem Einlass der Drosselklappe zu erreichen; und eine Öffnung der Einlassdrossel in Reaktion auf eine Diagnose einer Vorrichtungsverschlechterung zu verringern.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Steuerung weitere Anweisungen, um zu diagnostizieren, dass die Vorrichtung verschlechtert ist, einschließlich, dass die Vorrichtung bei Betätigung in die offene Position in der geschlossenen Position klemmt, als Reaktion darauf, dass eines oder mehrere der tatsächlichen Druckverhältnisse niedriger sind als ein erwartetes Druckverhältnis für eine gegebene befohlene Verdichterdrehzahl, und darauf, dass die Zeit, die benötigt wird, um den Solldruck in dem Einlass der Drosselklappe zu erreichen, kürzer als für die befohlene Verdichterdrehzahl erwartet ist.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Steuerung weitere Anweisungen zum: Schätzen einer Gegen-EMK auf die elektrische Maschine auf Grundlage des gemessenen Stromverbrauchs; Schätzen einer tatsächlichen Verdichterdrehzahl auf Grundlage der geschätzten Gegen-EMK; und Berechnen eines tatsächlichen Druckverhältnisses über den Verdichter aus einem Verdichterkennfeld unter Verwendung der geschätzten tatsächlichen Verdichterdrehzahl als Eingabe.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Steuerung weitere Anweisungen, um die Vorrichtung mit variablem Einlass von der offenen Position in die geschlossenen Position zu betätigen, als Reaktion auf eine weitere Pedalbetätigung; zu diagnostizieren, dass die Vorrichtung mit variablem Einlass in der offenen Position klemmt, wenn diese in die geschlossene Position betätigt wird, auf Grundlage dessen, dass eines oder mehrere von einem oder mehreren tatsächlichen Druckverhältnissen höher ist als das erwartete Druckverhältnis für eine bestimmte befohlene Verdichterdrehzahl, sowie der Zeit, die benötigt wird, bis der Solldruck in dem Einlass der Drosselklappe kleiner als für die befohlene Verdichterdrehzahl erwartet ist; und eine Öffnung der Einlassdrosselklappe als Reaktion auf eine Diagnose einer Vorrichtungsverschlechterung zu verringern.
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 6637205 [0005]
US 2010/0172745 [0005]
US 2014/0377051 [0005]

Claims

Motorverfahren, umfassend: Anzeigen einer Verschlechterung eines Aktors, der an einen Verdichter mit variablem Einlass eines elektrischen Turboladers gekoppelt ist, auf Grundlage des Stromverbrauchs eines elektrischen Aufladeunterstützungsmotors des Turboladers im Anschluss an eine befohlene Lageänderung des Aktors.
Verfahren nach Anspruch 1, zudem umfassend: Öffnen des Aktors per Befehl als Reaktion auf eine größere Zunahme des von dem Fahrzeugführer angeforderten Drehmoments, das eine Zunahme des Verdichtermassenstroms erfordert; und Schließen des Aktors per Befehl als Reaktion auf eine geringere Zunahme des von dem Fahrzeugführer angeforderten Drehmoments, das eine Abnahme des Verdichtermassenstroms erfordert.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Anzeigen der Verschlechterung das Anzeigen umfasst, dass der Aktor in der geschlossenen Position klemmt, wenn ein Befehl zum Öffnen vorliegt, oder das Anzeigen, dass der Aktor in der offenen Position klemmt, wenn ein Befehl zum Schließen vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Anzeigen auf Grundlage des Stromverbrauchs das Messen einer Strom- oder Spannungsaufnahme des Motors umfasst, um eine gegenelektromotorische Kraft (EMK) abzuschätzen, die auf den Motor ausgeübt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Anzeigen zudem Folgendes umfasst: Schätzen einer tatsächlichen Verdichterdrehzahl auf Grundlage der Gegen-EMK; Schätzen eines tatsächlichen Druckverhältnisses über den Verdichter auf Grundlage der tatsächlichen Verdichterdrehzahl; und Vergleichen des tatsächlichen Druckverhältnisses mit einem erwarteten Druckverhältnis eines Verdichterströmungskennfelds.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Anzeigen Folgendes umfasst: Anzeigen, dass der Aktor in der geschlossenen Position klemmt, wenn als Reaktion darauf, dass das tatsächliche Druckverhältnis niedriger als das erwartete Druckverhältnis ist, ein Befehl zum Öffnen vorliegt; und Anzeigen, dass der Aktor in der offenen Position klemmt, wenn als Reaktion darauf, dass das tatsächliche Druckverhältnis höher als das erwartete Druckverhältnis ist, ein Befehl zum Schließen vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 3, zudem umfassend als Reaktion auf das Anzeigen, dass der Aktor in der geschlossenen oder in der offenen Position klemmt, das Reduzieren einer Öffnung des Einlasses der Drosselklappe, um das Motordrehmoment zu begrenzen, das Verzögern des Zündzeitpunktes und das Erhöhen einer Öffnung eines Abgasabführventils oder das Erhöhen einer Öffnung eines Verdichterrückführventils.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Anzeigen das Anzeigen einer Verschlechterung in Reaktion auf einen oder mehrere von einem höher als erwarteten und einem länger als erwarteten Stromverbrauch umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Anzeige zudem auf einer Übergangsreaktionszeit beruht, wobei angezeigt wird, dass der Aktor in der geschlossenen Position klemmt, wenn als Reaktion auf eine Verringerung der Übergangsreaktionszeit im Anschluss an die Verringerung des von dem Fahrzeugführer angeforderten Drehmoments ein Befehl zum Öffnen vorliegt, und dass der Aktor in der offenen Position klemmt, wenn als Reaktion auf eine Zunahme der Einschwingzeit infolge der Abnahme des von dem Fahrzeugführer angeforderten Drehmoments ein Befehl zum Schließen vorliegt.
Motorsystem, umfassend: einen Motor mit einem Einlass und einem Auslass; ein Pedal zum Empfangen einer Drehmomentanforderung des Fahrzeugführers; einen Turbolader mit einem Ansaugverdichter, der über eine Welle an eine Abgasturbine gekoppelt ist, einer Vorrichtung mit variablem Einlass , die an einen Einlass des Verdichters gekoppelt ist, um eine Durchflussbegrenzung durch den Verdichter zu variieren; eine elektrische Maschine, die an eine Batterie gekoppelt ist, um Drehmoment auf die Welle aufzubringen oder Drehmoment von der Welle zu nehmen; einen Sensor zum Messen des Stromverbrauchs der elektrischen Maschine; einen Drucksensor für den Einlass der Drosselklappe, der einer Einlassdrosselklappe vorgelagert und dem Verdichter nachgelagert gekoppelt ist; und eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die in einem nicht flüchtigen Speicher gespeichert sind, die bei Ausführung die Steuerung zu Folgendem veranlassen: Betätigen der Vorrichtung mit variablem Einlass von einer geschlossenen Position in eine offene Position als Reaktion auf eine Pedalbetätigung; Diagnostizieren der Vorrichtung mit variablem Einlass auf Grundlage von einem oder mehreren eines tatsächlichen Druckverhältnisses über den Verdichter, wie dieses von dem gemessenen Stromverbrauch der elektrischen Maschine abgeleitet ist, im Anschluss an die Betätigung, und einer Zeit, die benötigt wird, um einen Solldruck in dem Einlass der Drosselklappe zu erreichen; und Verringern einer Öffnung der Einlassdrosselklappe als Reaktion auf eine Diagnose einer Vorrichtungsverschlechterung.
System nach Anspruch 10, wobei die Steuerung weitere Anweisungen umfasst, um: zu diagnostizieren, dass die Vorrichtung verschlechtert ist, einschließlich, dass die Vorrichtung bei Betätigung in die offene Position in der geschlossenen Position klemmt, als Reaktion darauf, dass eines oder mehrere der tatsächlichen Druckverhältnisse niedriger sind als ein erwartetes Druckverhältnis für eine gegebene befohlene Verdichterdrehzahl, und darauf, dass die Zeit, die benötigt wird, um den Solldruck in dem Einlass der Drosselklappe zu erreichen, kürzer als für die befohlene Verdichterdrehzahl erwartet ist.
System nach Anspruch 10, wobei die Steuerung weitere Anweisungen umfasst, um: eine Gegen-EMK auf die elektrische Maschine auf Grundlage des gemessenen Stromverbrauchs zu schätzen, eine tatsächliche Verdichterdrehzahl auf Grundlage der geschätzten Gegen-EMK zu schätzen, und ein tatsächliches Druckverhältnis über den Verdichter aus einem Verdichterkennfeld unter Verwendung der geschätzten tatsächlichen Verdichterdrehzahl als Eingabe zu berechnen.
System nach Anspruch 12, wobei die Steuerung weitere Anweisungen umfasst, um: die Vorrichtung mit variablem Einlass von der offenen Position in die geschlossenen Position zu betätigen, als Reaktion auf eine weitere Pedalbetätigung; zu diagnostizieren, dass die Vorrichtung mit variablem Einlass in der offenen Position klemmt, wenn diese in die geschlossene Position betätigt wird, auf Grundlage dessen, dass eines oder mehrere von einem oder mehreren tatsächlichen Druckverhältnissen höher ist als das erwartete Druckverhältnis für eine bestimmte befohlene Verdichterdrehzahl, sowie der Zeit, die benötigt wird, bis der Soll druck in dem Einlass der Drosselklappe kleiner als für die befohlene Verdichterdrehzahl erwartet ist, und eine Öffnung der Einlassdrosselklappe als Reaktion auf eine Diagnose einer Vorrichtungsverschlechterung zu verringern.