DE19514328B4

DE19514328B4 - Abgassteuerungsfehlerdetektiervorrichtung und Verfahren zum Betrieb derselben

Info

Publication number: DE19514328B4
Application number: DE19514328A
Authority: DE
Inventors: Edward H. Chillicothe Betts; Shawn J. Edwards Weck
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1994-04-20
Filing date: 1995-04-18
Publication date: 2006-09-28
Anticipated expiration: 2015-04-19
Also published as: DE19514328A1; US5447031A; JPH07293302A

Abstract

Verfahren zum Steuern eines Motors, der mit einem Turbolader mit einem Abgassteuerventil ausgerüstet ist, wobei der Motor durch eine elektronische Steuerung gesteuert wird, wobei die elektronische Steuerung einen Brennstofflieferbefehl als eine Funktion eines Leistungskennfelds erzeugt, das in dem Speicher gespeichert ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Abfühlen eines ersten Ladedrucks in einer Einlaß- oder Ansaugsammelleitung des Motors und darauf ansprechendes Erzeugen eines ersten Ladedrucksignals; Vergleichen des ersten Ladedrucksignals mit einem vorbestimmten Wert;
Reduzieren des Brennstofflieferbefehls wenn das erste Ladedrucksignal den vorbestimmten Wert übersteigt;
Abfühlen eines zweiten Ladedrucks in der Ansaugsammelleitung und darauf ansprechendes Erzeugen eines zweiten Ladedrucksignals;
Mitteln des ersten Ladedrucksignals und des zweiten Ladedrucksignals;
Erzeugen eines gemittelten Ladedrucksignals als eine Funktion des Mittlungsschritts;
Vergleichen des gemittelten Ladedrucksignals mit dem vorbestimmten Wert; und
Herunterregeln des Leistungskennfeldes mit einem vorbestimmten Prozentsatz, wenn das gemittelte Ladedrucksignal den vorbestimmten Wert übersteigt, um dadurch eine...

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf das Gebiet von elektrisch gesteuerten turbogeladenen Motoren und insbesondere auf eine elektronische Steuerung zum Implementieren einer Abgassteuerungs- bzw. Abgasklappen- oder -gatterfehlerdetektierung und einer Motorherunterregelstrategie.
Hintergrund der Erfindung
Turbogeladene Motoren sind in der Technik bekannt. Ein Turbolader kann ein Turbinenrad aufweisen, das in den Abgaspfad des Motors eingeführt ist. Mit der Turbine ist mechanisch ein Kompressorrad verbunden, das in der Einlaß- bzw. Ansaugsammelleitung des Motors angeordnet ist. wie es in der Technik bekannt ist, bewirkt das Motorabgas, daß sich das Turbinenrad dreht, um dadurch zu bewirken, daß das Kompressorrad die Luft komprimiert, die in die Motoransaugsammelleitung eintritt. Durch Komprimieren der Luft kann eine größere Luftmenge in die Motorzylinder eingeführt werden, um dadurch zu erlauben, daß eine größere Brennstoffmenge injiziert wird, und auf diese Art und Weise wird die Ausgangsleistung des Motors gegenüber einem normalbetriebenen Motor erhöht.
In einigen Fällen kann das Komprimieren der Luft einen zu großen Druckanstieg in der Ansaugsammelleitung oder zu viel Druck in dem Motorzylinder erzeugen. In diesen Fällen kann, wenn dem Turbolader erlaubt wird, uneingeschränkt zu arbeiten, der Motor beschädigt werden. Eine Abgassteuerung wird oft installiert, um zu verhindern, daß der Druck ein Niveau übersteigt, bei dem eine Motorbeschädigung auftreten kann.
Eine Abgassteuerung ist typischerweise sowohl mit den Ansaug- wie auch den Auslaßsammelleitungen verbunden. Wenn der Druck in der Ansaugsammelleitung ein Niveau erreicht, das den Motor beschädigen könnte, öffnet die Abgassteuerung einen Anschluß innerhalb des Abgassystems bzw. der Abgasrohre des Motors, was bewirkt, daß das Abgas, das Turbolader-Turbinenrad umgeht. Dies reduziert wiederum die Geschwindigkeit bzw. Drehzahl der Turbine, um dadurch die Komprimierkraft zu reduzieren, die durch den Turboladerkompressor ausgeübt wird. Auf diese Art und Weise hilft die Abgassteuerung sicherzustellen, daß der Turbolader keinen beschädigenden Ansaugsammelleitungsdruck erzeugt.
Wenn das Abgassteuerventil jedoch fehlfunktioniert, schließt sich der Bypaß- bzw. Umgehungspfad, um das Turboladerturbinenrad herum, was verhindert, daß Abgas das Turbinenrad umgeht. Wenn somit die Abgassteuerung fehlfunktioniert, kann der Turboladerkompressor fortfahren, Luft über das Druckniveau hinaus zu komprimieren, was eine Beschädigung des Motors bewirken kann.

Andere Abgassteuerungssteuersysteme sind in der Technik bekannt. Zum Beispiel zeigt das US-Patent Nr. 5 121 604 einen Regelkreis für eine Abgassteuerung, die versucht, den Ladedruck in der Ansaugsammelleitung gemäß einem vorbestimmten Kennfeld zu regulieren, die eine Funktion der Motordrehzahl und anderer Parameter ist. Dabei wird der Ladedruck über eine Steuerung eines Abgassteuerventils in der Abgasleitung des Motors reguliert. Ferner sind Schutzvorrichtungen vorgesehen, um gegenüber elektrischen Ausfällen zu schützen. Zum Beispiel ist ein Schalter vorgesehen, der aktiviert wird, wenn die Servoschleife ausfällt. Durch Aktivieren des Schalters liefert die Steuerung einen festen Befehlswert, der nur eine Funktion der Motordrehzahl ist. Auf diese Art und Weise wird der An saugsammelleitungsdruck unterhalb eines Niveaus gehalten, das eine Motorbeschädigung bewirken könnte. Das US-Patent 5 121 604 zeigt jedoch keine Schutzvorrichtung, um den Motor in dem Fall zu schützen, wenn das Abgassteuerventil selbst ausfällt.

Ferner wird in dem US-Patent 5 155 998 ein Motor mit einem Turbolader offenbart, der eine Turbine, einen von der Turbine angetriebenen Kompressor und ein Überleitungsventil aufweist, welches innerhalb einer Bypaßleitung um die Turbine herum vorgesehen ist. Weiterhin ist eine Betätigungsvorrichtung zur Betätigung des Überleitungsventils vorgesehen. Das System weist einen Einlaßdrucksensor auf, um den Einlaßdruck zu detektieren, und einen Drosselpositionssensor, um eine Drosselposition zu detektieren. Abhängig von den gemessenen Werten wird dann ein Lastverhältnis abhängig von dem Einlaßdruck und der Motordrehzahl abgeleitet. Wenn eine Spitze des Einlaßdruckes bei einem Beschleunigungsvorgang des Motors detektiert wird, wird die Betätigungsvorrichtung für das Überleitungsventil angetrieben, um Druck an der Turbine vorbeizuleiten. Es wird somit ein Druckablaß über ein Bypaßventil bei einer Überlastung offenbart.

Ein anderes Beispiel einer bekannten Abgasteuerungssteuerung ist in dem US-Patent Nr. 4 646 834 gezeigt. Dieses Patent zeigt eine Steuerung, die das Abgassteuerventil zu einer vorbestimmten Position vorspannt in dem Fall, eines elektrischen Ausfalls. Die vorbestimmte Position hat reduzierte Druckniveaus über den Niveaus zur Folge, die ansonsten erlaubt werden würden, wenn das System korrekt arbeiten würde. Wie bei dem oben beschriebenen US-Patent 5 121 604 beschreibt diese Offenbarung kein Steuersystem, das gegenüber einem Abgassteuerungsausfall schützt.

Ferner mißt keine dieser Vorrichtungen weder irgendwelche anderen bekannten Steuersysteme, die speziell erlaubbaren Ladedruckniveaus für jeden Motor, die dann mit Ist-Ladedrücken verglichen werden können, um festzustellen, ob ein Abgassteuerventil ausgefallen ist. Ferner regeln die Steuersysteme des Standes der Technik nicht die Leistungsausgangsgröße bzw. die Ausgangsleistung in dem Fall eines Abgasteuerungsfehler herunter.

Die vorliegende Erfindung überwindet die Nachteile bestehender Abgassteuerventile und Abgassteuerungssteuerrungen. Diese und weitere Vorteile der vorliegende Erfindung ergeben sich durch das Lesen der Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung und den Ansprüchen.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Steuern eines Motors, der mit einem Turbolader mit einem Abgassteuer- oder -gatterventil ausgerüstet ist, gezeigt. Der Motor wird durch eine elektronische Steuerung gesteuert, die ein Brennstofflieferbefehl als eine Funktion einer Pferdestärke- bzw. Leistungskarte erzeugt, die in dem Speicher gespeichert ist. Das Verfahren umfaßt die folgenden Schritte: Abfühlen eines ersten Ladedrucks in einer Ansaugsammelleitung des Motors und darauf ansprechendes Erzeugen eines ersten Ladedrucksignals; Vergleichen des ersten Ladedrucksignals mit einem vorbestimmten Wert; und Reduzieren des Brennstofflieferbefehls als eine Funktion des Vergleichsschritts.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Detektieren eines Abgasteuerungsausfalls und danach zum Regulieren des Ladedrucks in einer Ansaugsammelleitung eines Motors, der mit einem Turbolader mit einer Abgassteuerung ausgerüstet ist, gezeigt. Die Vorrichtung umfaßt eine elektronische Steuerung; einen Drucksensor, der mit der elektronischen Steuerung verbunden ist und ein Ladedrucksignal erzeugt, ansprechend auf den Druck in der Ansaugsammelleitung; wobei die elektronische Steuerung einen ersten Brennstofflieferbefehl erzeugt als eine Funktion einer ersten Brennstofflieferkurve und einen zweiten Brennstofflieferbefehl erzeugt als eine Funktion einer zweiten Brennstofflieferkurve ansprechend darauf, daß das Ladedrucksignal größer ist als eine vorbestimmte Ladedruckgrenze.

Diese und weitere Zeile der Erfindung ergeben sich beim Lesen der detaillierten Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung und den Ansprüchen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung zeigt:

1 in Blockdiagrammform ein Ausführungsbeispiel der Abgassteuerungssteuerung der vorliegenden Erfindung;

2 ein Flußdiagramm der Softwaresteuerung für ein Ausführungsbeispiel der Abgassteuerungsteuerung der vorliegenden Erfindung;

3 ein Flußdiagramm der Softwaresteuerung für ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der besten Ausführungsart
Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels der Abgasteuerungs- bzw. Abgasgattersteuerung 10 der vorliegenden Erfindung gezeigt. Ein Abgasteuerungssteuerventill 15 ist zwischen einer Auslaß- oder Abgassammelleitung 20 eines internen Verbrennungsmotors 25 und dem Einlaß eines Auspuffs 30 verbunden. Das Abgassteuerungsteuerventil 15 ist auch mit einem Einlaß eines Nachkühlers 70 in dem Einlaß oder An saugpfad des Motors 25 verbunden. Wie gezeigt ist, bildet das Abgassteuerventil einen Auslaßpfad, der parallel zu einem Auslaßpfad (A) ist, der durch einen Turbolader 30 läuft. Noch genauer umfaßt der Auslaß- bzw. Abgaspfad (A) durch den Turbolader im allgemeinen ein Hochdruckturbinenrad 35 und ein Niederdruckturbinenrad 40. Abgas strömt dann aus dem Turbolader 30 durch einen Niederdruckabgasauslaß 45 zu dem Auspuff 30.
Die Hochdruck- und Niederdruckturbinenräder 35, 40 sind mechanisch mit einem Hochdruck- bzw. einem Niederdruckkompressorrad 50, 55 verbunden. Luft strömt durch einen Luftreiniger 60 in einen Niederdruckturboladerlufteinlaß 65. Das Niederdruckkompressorrad 50 bewirkt, daß die Luft komprimiert wird, um dadurch den Druck der Luft zu erhöhen, wenn sie zu dem Hochdruckkompressorrad 55 strömt. Wie es bekannt ist, ist die Größe bzw. Menge, mit der die Luft durch das Niederdruckkompressorrad 50 komprimiert wird, und somit die Anstiegsgröße in dem Luftdruck, die sich aus dem Niederdruckkompressorrad 50 ergibt, eine Funktion der Drehgeschwindigkeit oder der Drehzahl des Niederdruckturbinenrades 40.
Die komprimierte Luft, die das Niederdruckkompressorrad 50 verläßt wird dann durch das Hochdruckkompressorrad 55 komprimiert. Obwohl das bevorzugte Ausführungsbeispiel einen Turbolader mit zwei Turbinenrädern und zwei Kompressorrädern aufweist, sind Turbolader mit einer einzelnen Turbine und einem Rad in der Technik bekannt. Die vorliegende Abgassteuerungssteuerung, wie sie durch die Ansprüche definiert wird, bezieht sich auf Anwendungen, die einen solchen Turbolader aufweisen.
Ein Nachkühler 70 ist mit dem Ausgang des Hochdruckkompressorrades 55 verbunden und ist mit einer Ansaugsammelleitung 75 des Motors 25 verbunden. Ein einzelner Zylinder 80 des Motors 25 ist in 1 gezeigt. Der Motor 25 kann jedoch irgendeine Anzahl von Zylindern 80 besitzen. Die Zylinder umfassen mindestens ein Einlaß- oder Ansaugventil 85 und mindestens ein Auslaßventil 90. Eine Brennstoffeinspritzvorrichtung 95 spritzt Brennstoff in den Zylinder 80 ein, und zwar ansprechend auf den Empfang eines Einspritztreiberbefehlssignals von der Einspritztreiberschaltung 100 über den Verbinder 105. Die Treiberschaltung 100 erzeugt den Einspritztreiberbefehl als eine Funktion eines Brennstoffbefehlssignals, das durch das elektronische Steuermodul (ECM = electronic control module) 110 geliefert wird, und zwar über den Verbinder 115. Nachdem die Luftbrennstoffmischung detoniert bzw. verbrannt wurde, verläßt Abgas den Motorzylinder 80 durch das Auslaßventil und tritt in eine Auslaß- oder Abgassammelleitung 20 ein.
Das ECM 110 ist mit einem Kühlmitteltemperatursensor 120 verbunden, und zwar über einen Verbinder 130. Der Kühlmitteltemperatursensor 120 ist vorzugsweise in einem Kühlmittelströmungsdurchlaß in dem Motor 25 installiert und erzeugt ein Kühlmitteltemperatursignal an dem Verbinder 130. Ein Motordrehzahlsensor 135 ist mit der Nockenwelle des Motors 25 verbunden und erzeugt ein Motordrehzahlsignal an dem Verbinder 140, der mit dem ECM 110 verbunden ist. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Speicher 145 innerhalb des ECM 110 umfaßt.
Ein Ladedrucksensor 111 ist mit der Ansaugsammelleitung 75 assoziiert und erzeugt ein Ladedrucksignal, das eine Funktion des Luftdrucks innerhalb der Ansaugsammelleitung 75 ist. Der Ladedrucksensor 111 ist mit dem ECM 110 durch einen Verbinder 112 verbunden. Das ECM 110 liest das Ladedrucksignal über den Verbinder 112 ab.
Wie in 1 gezeigt ist, ist das Abgassteuerventil 115 vorzugsweise zwischen der Auslagsammelleitung 20 und dem Auslaß des Hochdruckturboladerkompressorrades 55 ver bunden. In einer herkömmlichen Art und Weise umfaßt die Abgassteuerung ein Gehäuse 175 und eine Membran 180, die mit dem Gehäuse 175 verbunden ist, und zwar in der Nähe eines Umfangs der Membran 180. Ein Ventil 195 und eine Feder 185 sind mit der Membran 180 verbunden. Die Feder 185 spannt das Ventil 195 zu einer geschlossenen Position vor, in der das Ventil eine Auslaß- bzw. Abgasbypaß oder Umgehungsöffnung 200 schließt, um zu verhindern, daß Abgas das Hochdruckturbinenrad 35 und das Niederdruckturbinenrad 40 umgeht. Ein Teiler 190 ist innerhalb des Gehäuses 175 befestigt, um separate Hohlräume innerhalb des Gehäuses 175 zu erzeugen. Zum Beispiel umfaßt das Gehäuse 175 einen Einlaßladedruckhohlraum 205 und einen Auslaß- bzw. Abgashohlraum 210. Der Einlaßladedruckhohlraum 205 steht mit dem Auslaß des Hochdruckkompressorrades 55 in Verbindung. Der Druck der Luft, die aus dem Hochdruckkompressorrad 55 austritt, bewirkt, daß die Membran 180 das Ventil 195 gegen die nach unten vorspannende Kraft der Feder drückt. Wenn der Luftdruck zum Beispiel ausreichend ist, um zu bewirken, daß die Membran 195 die Feder 185 zusammendrückt, dann wird sich das Ventil 195 zu einer offenen Position bewegen, um dadurch die Abgasströmung durch den Auslaßhohlraum 210 und durch die Auslaßbypaßöffnung 200 zu dem Auspuff 30 zu erlauben. Wenn auf diese Art und Weise der Ladedruck einen vorbestimmten Wert übersteigt, der durch die Vorspannkraft der Feder festgelegt ist, wird sich das Abgassteuerventil öffnen um dadurch Abgas von dem Hochdruckturbinenrad 35 und dem Niederdruckturbinenrad 45 umzulenken bzw. umzuleiten. Dies reduziert wiederum die Kraft, die durch die Kompressorräder 50, 55 ausgeübt wird und reduziert den Ladedruck in der Einlaß- oder Ansaugsammelleitung 75. Die Abgassteuerung hilft dadurch, eine Beschädigung des Motors zu verhindern, die ansonsten bewirkt werden könnte, wenn es dem Turbolader erlaubt würde, übermäßige Einlaßluftdrücke zu erzeugen.
Unter Bezugnahme auf 2 ist ein Blockdiagramm der Softwaresteuerung gezeigt, die verwendet wird bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Software kann schnell und leicht aus 2 codiert werden unter Verwendung irgendeines geeigneten Mikroprozessors und einer Assemblersprache, die mit dem Mikroprozessor assoziiert ist. Das Codieren einer solchen Software aus dem in 2 gezeigten Flußdiagramm ist für den Fachmann ein mechanischer Schritt.
Es wird angenommen, daß wenn ein Motor zum ersten Mal nach der Herstellung des Motors gestartet wird, daß das Abgasteuerventil 15 korrekt arbeitet. Beim Starten des Motors beginnt die Abgassteuerungssteuerung der vorliegenden Erfindung einen speziellen Ladedruckfehlerwert für den speziellen Motor zu messen. Solche Ladedruckfehlerwerte können von Motor zu Motor variieren infolge geringer Differenzen bei Toleranzen usw. zwischen Motoren. Die vorliegende Erfindung erlaubt dem ECM einen kundenspezifischen Ladedruckfehlerwert für jeden Motor auszuwählen.
Im Block 300 wird die Softwaresteuerung für ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung initiiert. Im Block 310 wird ein Zähler auf Null zurückgesetzt und die Softwaresteuerung geht zum Block 320.
Im Block 320 liest das ECM 110 ein Kühlmitteltemperatursignal auf der Leitung 130 ab, das durch den Kühlmitteltemperatursensor 120 erzeugt wurde. Das ECM 110 vergleicht den Wert mit einem vorbestimmten Kühlmitteltemperaturwert. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der vorbestimmte Kühlmitteltemperaturwert ungefähr 85 °C, obwohl andere Werte schnell und leicht verwendet werden könnten. Wenn das Kühlmitteltemperatursignal den vorbestimmten Kühlmitteltemperaturwert übersteigt, geht die Softwaresteuerung zum Block 330 über.
Ansonsten kehrt die Softwaresteuerung zu dem Block 320 zurück.
Im Block 330 schätzt das ECM 110 die derzeitige oder Ist-Motorbelastung als eine Funktion des Brennstoffbefehlsignals auf dem Leiter 115. Das ECM 110 tut dies durch Vergleichen des Brennstoffbefehlssignals 115 mit einem vorbestimmten Brennstoffbefehlswert. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel entspricht der vorbestimmte Brennstoffbefehlswert einem Wert, der ungefähr 95 % eines vollen Brennstoffbefehls entspricht. Wenn der Brennstoffbefehl den vorbestimmten Brennstoffbefehlswert übersteigt, dann geht die Softwaresteuerung zum Block 340 Ansonsten kehrt die Softwaresteuerung zum Block 320 zurück.
Im Block 340 liest das ECM 110 ein Motordrehzahlsignal ab, das durch den Motordrehzahlsensor 135 auf der Leitung 140 erzeugt wird. Das ECM vergleicht das Motordrehzahlsignal mit einer ersten und zweiten vorbestimmten Motordrehzahl. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel entsprechen die ersten und zweiten vorbestimmten Motordrehzahlen Drehzahlen von ungefähr 1600 U/min bzw. 1700 U/min. Wenn das Motordrehzahlsignal einer Motordrehzahl entspricht, die zwischen den ersten und zweiten vorbestimmten Motordrehzahlwerten ist, dann geht die Softwaresteuerung zum Block 350. Ansonsten geht die Softwaresteuerung zum Block 320.
Im Block 350 berechnet das ECM die abgelaufene Zeit, seit die letzte Ladedruckprobe genommen wurde und vergleicht die abgelaufene Zeit mit einer vorbestimmten Zeitperiode T1. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die vorbestimmte Zeitperiode ungefähr 30 Minuten. Jedoch können schnell und leicht andere Werte substituiert werden, ohne vom Umfang der Erfindung, der durch die Ansprüche definiert wird, abzuweichen. Wenn die abgelaufene Zeit die vorbestimmte Zeitperiode übersteigt, dann geht die Soft waresteuerung zum Block 360. Ansonsten geht die Steuerung zum Block 320.
Im Block 360 liest das ECM 110 ein Ladedrucksignal eine vorbestimmte Anzahl von Malen ab und mittelt diese Ablesungen. Das Ladedrucksignal wird durch den Ladedrucksensor 111 erzeugt, und zwar an der Leitung 112. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die vorbestimmte Anzahl von Malen fünf. Die vorbestimmte Anzahl von Ablesungen kann jedoch schnell und leicht verändert werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er durch die Ansprüche definiert wird. Das ECM 110 mittelt die vorbestimmte Anzahl von Ladedruckwerten und speichert das Mittel im Speicher 145. Die Softwaresteuerung geht dann vom Block 360 zum Block 370.
Im Block 370 stellt das ECM 110 fest, ob zehn Ladedruckmittel bzw. -mittelwerte (BOOSTAV) genommen und im Speicher gespeichert wurden. Wenn zehn Ladedruckmittel bzw. -mittelwerte genommen wurden, dann geht die Softwaresteuerung zum Block 380. Ansonsten geht die Softwaresteuerung zum Block 390. In dem Block 390 wird der Zähler (n) erhöht und die Steuerung geht zum Block 320.
Im Block 380 wird der Ladedruckgrenzwert auf das Mittel der zehn Ladedruckmittel (BOOSTAV) eingestellt. Die Steuerung geht dann zum Block 395. Im Block 395 liest das ECM den derzeitigen oder Ist-Ladedruckwert BPS ab, der durch den Ladedrucksensor 111 einer Leitung 112 erzeugt wird. Der Ist-Ladedruckwert wird dann mit der Summe des Ladedruckgrenzwerts und einem vorbestimmten Druckdifferential ΔP verglichen. Wenn der Ist-Ladedruck BPS größer als die Summe ist, wird eine Überladungs- bzw. Überdrucksituation angezeigt. Die Steuerung geht dann zum Block 396, in dem die Brennstoffbefehle, die durch das ECM ausgegeben werden, auf 80 % der Normalwerte heruntergeregelt werden. wenn andererseits der Ist-Ladedruck BPS kleiner ist als die Summe des Ladedruckgrenzwerts und des vorbestimmten Druckdifferentials ΔP, dann kehrt die Steuerung zum Block 395 zurück, wo ein weiterer Ist-Ladedruckwert BPS abgelesen wird. Wie aus dem Flußdiagramm zu sehen ist, wird, solange der Ist-Ladedruckwert kleiner ist als die Summe des Ladedruckgrenzwerts und des vorbestimmten Druckdifferentials ΔP, das ECM 110 wiederholt Ist-Ladedruckwerte ablesen und den im Block 395 bezeichneten Vergleich durchführen.
Obwohl bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel das ECM die Motorleistungsabgabe um 20 % herunterregelt, kann diese Größe schnell und leicht auf andere Werte eingestellt werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er durch die Ansprüche definiert wird.
Die im Block 320 bis 350 gezeigten Bedingungen zeigen beispielhaft Motorbetriebsbedingungen, wenn der Motor höhere Ladedruckwerte erzeugt. Es ist vorteilhaft, einen Ladedruckgrenzwert zu berechnen, wenn der Motor höhere Ladedruckniveaus innerhalb eines erlaubten Betriebsbereichs erzeugt. Auf diese Art und Weise entspricht der Ladedruckgrenzwert einem Ladedruck im oberen Bereich des erlaubten Ladedruckwertbetriebsbereichs. Die Abgassteuerungsfehlersteuerung wird dann mit geringerer Wahrscheinlichkeit einen Abgassteuerungsfehler anzeigen und den Motor herunterregeln, wenn der Motor tatsächlich bei einem erlaubten Ladedruck arbeitet. Nach dem Berechnen des Ladedruckgrenzwerts stellt das ECM 110 dann fest, daß das Abgassteuerventil ausgefallen ist durch Messen des tatsächlichen oder Ist-Ladedruckwertes an dem Verbinder 112, Vergleichen des Werts mit dem Ladedruckgrenzwert und Feststellen, ob der Ist-Wert den Grenzwert übersteigt.
Mehrere spezielle Werte wurden für die Motorbetriebsparameter vorgeschlagen, wie in den Blöcken 320 bis 350 gezeigt ist. Diese Parameter können jedoch variiert wer den abhängig von dem speziellen Motor oder der speziellen Anwendung, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er durch die Ansprüche definiert wird. Wie oben bemerkt, sollten diese Parameterwerte so ausgewählt sein, daß der Motor bei höheren Ladedruckniveaus innerhalb eines erlaubten Betriebsbereichs arbeitet.
Bei einigen Fällen kann es zweckmäßig sein, einen Ladedruckgrenzwert zu berechen, der spezielle Betriebsbedingungen reflektiert, die sich über die Zeit hinweg verändern können. Zum Beispiel kann sich der Ladedruck innerhalb des Motors mit der Höhe oder extremen Temperaturveränderungen verändern. In diesen Fällen wäre es zweckmäßig, ein System zu haben, das den Ladedruckgrenzwert modifiziert, um diese Veränderungen aufzunehmen bzw. zu berücksichtigen.
3 illustriert ein Flußdiagramm einer Softwaresteuerung zur Verwendung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, die einen Ladedruckgrenzwert als ein laufendes Mittel der Ladedruckablesungen berechnet. Der Softwarecode kann schnell und leicht aus dem Flußdiagramm geschrieben werden durch irgendeinen Fachmann.
Im Block 400 beginnt die Softwaresteuerung durch Einstellen der Softwareflagge bzw. des -Merkers TABLEFULL gleich Null. Die Programmsteuerung geht dann vom Block 400 zum Block 402. Im Block 402 setzt das ECM 110 einen Zähler (n) auf Null. Die Softwaresteuerung geht dann zum Block 405.
Im Block 405 liest das ECM 110 das Ladedrucksignal (BPS), das durch den Ladedrucksensor 111 an den Verbinder 112 ausgegeben wird. Das ECM 110 speichert den Wert als eine Variable BPS_n, wobei n der derzeitige Zählerwert ist. Die Softwaresteuerung geht dann zum Block 410.
Im Block 410 vergleicht das ECM 110 das derzeitige Ladedrucksignal BPS_n mit einem Ladedruckgrenzwert. Wie genauer nachfolgend beschrieben wird, berechnet das ECM 110 den Ladedruckgrenzwert als eine Funktion eines laufenden Mittels von derzeitigen Ladedrucksignalen. Wenn der derzeitige Ladedruckwert BPS_n größer ist als der Ladedruckgrenzwert plus einem vorbestimmten Druckdifferential ΔP, dann geht die Steuerung zum Block 480. Im Block 480 liest das ECM eine Softwareflagge TABLEFULL, um festzustellen, ob eine ausreichende Anzahl von Ladedrucksignalen BPS_n abgelesen wurde, damit das ECM einen Ladedruckgrenzwert berechnen kann. In 3 wird, wie nachfolgend noch genauer beschrieben wird, das TABLEFULL-Flag auf eins gesetzt bzw. eingestellt, wenn das ECM 110 mindestens zehn Ladedrucksignale BPS abgelesen hat. Das TABLEFULL-Flag könnte jedoch schnell und leicht auf irgendeinen anderen Wert eingestellt werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er durch die Ansprüche definiert wird. Wenn das TABLEFULL-Flag nicht gleich eins ist, dann wird angenommen, daß die Anzahl der genommenen Ladedruckproben nicht ausreicht, um einen akkuraten Ladedruckgrenzwert erzeugt zu haben und die Softwaresteuerung geht zum Block 420. Wenn ansonsten der derzeitige Ladedruckwert die Summe des berechneten Ladedruckgrenzwerts und des vorbestimmten Druckdifferentials ΔP übersteigt und das TABLEFULL-Flag gleich eins ist, dann geht die Softwaresteuerung zum Block 490. Im Block 490 werden alle Brennstoffbefehle, die durch das ECM 110 zu der Einspritztreiberschaltung 100 ausgegeben werden, mit 80 % multipliziert. Somit erzeugt die Treiberschaltung 100 Einspritzsignale, die um 20 % reduziert sind. Auf diese Art und Weise wird die Motorausgangsleistung um 20 % heruntergeregelt. Die Programmsteuerung geht vom Block 490 zum Block 500 und zurück zum Hauptprogramm.
Wenn das derzeitige Ladedrucksignal BPS_n kleiner als der Ladedruckgrenzwert + ΔP ist, dann geht die Programmsteuerung vom Block 410 zum Block 420. In den Blöcken 420 bis 450 stellt das ECM 110 fest, ob der Motor innerhalb bestimmter Betriebsparameter arbeitet, die hohe Ladedrücke innerhalb eines erlaubten Betriebsbereichs anzeigen. Dieser Entscheidungsblock hilft sicherzustellen, daß der Motor bei hohen Ladedruckniveaus läuft, wenn das ECM 110 einen auf den neuesten Stand gebrachten Ladedruckgrenzwert im Block 460 berechnet.
Im Block 420 liest das ECM 110 ein Signal auf der Leitung 130, das durch den Kühlmitteltemperatursensor 120 erzeugt wurde. Das ECM 110 vergleicht den Wert mit einem vorbestimmten Kühlmitteltemperaturwert. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der vorbestimmte Kühlmitteltemperaturwert ungefähr 85 °C. Wenn das Kühlmitteltemperatursignal den vorbestimmten Kühlmitteltemperaturwert übersteigt, dann geht die Softwaresteuerung zum Block 430. Ansonsten geht die Softwaresteuerung zurück zum Block 405.
Im Block 430 schätzt das ECM 110 die derzeitige Motorbelastung als eine Funktion des Brennstoffbefehlssignals auf der Leitung 115 ab. Das ECM vergleicht das Brennstoffbefehlssignal mit einem vorbestimmten Brennstoffbefehlswert. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel entspricht der vorbestimmte Brennstoffbefehlswert einem Wert, der ungefähr 95 % des vollen Brennstoffbefehls entspricht. Wenn der Brennstoffbefehl den vorbestimmten Brennstoffbefehlswert übersteigt, geht die Softwaresteuerung zum Bock 440. Ansonsten geht die Softwaresteuerung zurück zum Block 405.
Im Block 440 liest das ECM 110 ein Motordrehzahlsignal ab, das durch den Motordrehzahlsensor 135 auf der Leitung 140 erzeugt wurde. Das ECM vergleicht das Motordreh zahlsignal mit ersten und zweiten vorbestimmten Motordrehzahlen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel entsprechen die ersten und zweiten vorbestimmten Motordrehzahlen Drehzahlen von ungefähr 1600 U/min bzw. 1700 U/min. Wenn das Motordrehzahlsignal einer Motordrehzahl entspricht, die zwischen den ersten und zweiten vorbestimmten Motordrehzahlwerten liegt, dann geht die Softwaresteuerung zum Block 450. Ansonsten geht die Steuerung zum Block 405.
Im Block 450 berechnet das ECM 110 die abgelaufene Zeit, seit die letzte Ladedruckprobe genommen wurde und vergleicht die abgelaufene Zeit mit einer vorbestimmten Zeitperiode T1. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die vorbestimmte Zeitperiode ungefähr 30 Minuten. Jedoch können andere Werte schnell und leicht substituiert werden, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er durch die Ansprüche definiert wird. Wenn die abgelaufene Zeit die vorbestimmte Zeitperiode übersteigt, dann geht die Softwaresteuerung zum Block 455. Ansonsten geht die Softwaresteuerung zum Block 405.
Im Block 455 wird, wenn der Zähler (n) neun übersteigt, der Zähler dann auf Null zurückgesetzt und das TABLEFULL-Flag wird auf eins gesetzt bzw. eingestellt. Das TABLEFULL-Flag zeigt dadurch an, daß genügend Ladedruckwerte gemittelt wurden, um einen gültigen Ladedruckgrenzwert zu erzeugen.
Im Block 460 berechnet das ECM 110 einen auf den neuesten Stand gebrachten Ladedruckgrenzwert. Das ECM 110 summiert die zehn neuesten Ladedruckwerte, die aufgezeichnet wurden, als die Motorbetriebsbedingungen in die Bedingungen der Blöcke 420 bis 450 fielen. Der Ladedruckgrenzwert wird dann als ein Mittel der Summe berechnet. Vom Block 460 geht die Programmsteuerung zum Block 470, wo das ECM 110 den Zähler (n) erhöht. Vom Block 470 geht die Programmsteuerung zurück zum Block 405.
Dieses Ausführungsbeispiel erlaubt, daß das ECM ein laufendes Mittel der Ladedrucksignale beibehält zum Berechnen eines Ladedruckgrenzwerts. Auf diese Art und Weise kann der Abgassteuerungsfehlerdetektor dieses Ausführungsbeispiels den Ladedruckgrenzwert einstellen, um allmähliche Veränderungen der Temperatur, der Höhe, sowie der atmosphärischen oder anderer Bedingungen zu berücksichtigen.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung kann verwendet werden, um festzustellen, wann ein Abgassteuerventil ausgefallen ist. Wenn ein Abgassteuerventil ausfällt, schließt es oft den Bypaß- oder Umgehungspfad, der erlaubt, daß Abgas aus dem Motor austritt, ohne weiter ein Turboladerturbinenrad zu drehen. Das Abgas kann dann eine weitere Kompression der Einlaß- bzw. Ansaugluft bewirken und dadurch das Potential erzeugen, daß der Ladedruck übermäßig wird und den Motor beschädigt.
Die vorliegende Erfindung vergleicht den derzeitigen Ladedruck mit einer Ladedruckgrenze. Ein Abgassteuerungsfehler wird angezeigt, wenn der Ladedruck den Ladedruckgrenzwert übersteigt. Darauf ansprechend bewirkt das elektronische Steuermodul, daß die Motorausgangsleistung heruntergeregelt wird, um dadurch den Ladedruck, der durch den Motor erzeugt wird, zu verringern.
Zusammenfassend sieht die Erfindung eine dynamische Abgassteuerungsausfalldetektiervorrichtung zur Bestimmung von Abgassteuerungsfehlerniveaus für individuelle interne Verbrennungsmotoren vor. Die Vorrichtung mißt und speichert wiederholt Einlaß- oder Ansaugladedrücke zu Zeiten, wenn der Motor höhere Ladedruckniveaus erzeugt. Die Vorrichtung berechnet einen Ladedruckgrenzwert als eine Funktion der gespeicherten Ladedrücke. Ein Abgassteuerungsausfall oder -fehler wird angezeigt und die Motorausgangsleistung wird heruntergeregelt, wenn ein Ladedruckwert die Summe aus dem Ladedruckgrenzwert und einer vorbestimmten Druckdifferenz übersteigt.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Motors, der mit einem Turbolader mit einem Abgassteuerventil ausgerüstet ist, wobei der Motor durch eine elektronische Steuerung gesteuert wird, wobei die elektronische Steuerung einen Brennstofflieferbefehl als eine Funktion eines Leistungskennfelds erzeugt, das in dem Speicher gespeichert ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Abfühlen eines ersten Ladedrucks in einer Einlaß- oder Ansaugsammelleitung des Motors und darauf ansprechendes Erzeugen eines ersten Ladedrucksignals; Vergleichen des ersten Ladedrucksignals mit einem vorbestimmten Wert; Reduzieren des Brennstofflieferbefehls wenn das erste Ladedrucksignal den vorbestimmten Wert übersteigt; Abfühlen eines zweiten Ladedrucks in der Ansaugsammelleitung und darauf ansprechendes Erzeugen eines zweiten Ladedrucksignals; Mitteln des ersten Ladedrucksignals und des zweiten Ladedrucksignals; Erzeugen eines gemittelten Ladedrucksignals als eine Funktion des Mittlungsschritts; Vergleichen des gemittelten Ladedrucksignals mit dem vorbestimmten Wert; und Herunterregeln des Leistungskennfeldes mit einem vorbestimmten Prozentsatz, wenn das gemittelte Ladedrucksignal den vorbestimmten Wert übersteigt, um dadurch eine entsprechende Verringerung des Brennstofflieferbefehls zu bewirken.
Verfahren zum Steuern eines Motors, der mit einem Turbolader mit einem Abgassteuerventil ausgerüstet ist, wobei der Motor durch eine elektronische Steuerung gesteuert wird, wobei die elektronische Steue rung einen Brennstofflieferbefehl als eine Funktion eines Leistungskennfeldes erzeugt, das in einem Speicher gespeichert ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: wiederholtes Abfühlens eines Ladedrucks in einer Ansaugsammelleitung des Motors und darauf ansprechendes Erzeugen eines Ladedrucksignals; Mitteln der Ladedrucksignale zum Erzeugen eines gemittelten Ladedrucksignals; Erzeugen eines Ladedruckgrenzwerts, wobei das entsprechende Ladedruckgrenzsignal die Summe des gemittelten Ladedrucksignals und eines vorbestimmten Druckwerts ist; Abfühlen eines weiteren Ladedrucksignals; Vergleichen des weiteren Ladedrucksignals mit dem Ladedruckgrenzwert; und Reduzieren des Brennstofflieferbefehls wenn das weitere Ladedrucksignal den Ladedruckgrenzwert übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schritt des wiederholten Abfühlens eines Ladedrucks die folgenden Schritte aufweist: Abfühlen eines Motorkühlmitteltemperatursensors und darauf ansprechendes Erzeugen eines Motorkühlmitteltemperatursignals; Abfühlen eines Motordrehzahlsensors und darauf ansprechendes Erzeugen eines Motordrehzahlsignals; Abfühlen des Ladedrucks darauf ansprechend, daß die Motorkühlmitteltemperatur einen vorbestimmten Kühlmitteltemperaturwert übersteigt, ein Brennstoffbefehl einen vorbestimmten Brennstoffbefehlswert übersteigt, und das Motordrehzahlsignal zwischen einem ersten vorbestimmten Motordrehzahlwert und einem zweiten vorbestimmten Motordrehzahlwert liegt.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der vorbestimmte Kühlmitteltemperaturwert ungefähr 85 °C beträgt.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei der vorbestimmte Brennstoffbefehlswert ungefähr 95 % eines vollen Brennstoffbefehls entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei der erste vorbestimmte Motordrehzahlwert ungefähr 1600 U/min entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei der zweite vorbestimmte Motordrehzahlwert ungefähr 1700 U/min entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei der Schritt des wiederholten Abfühlens das Abfühlen von mindestens fünf Ladedrücken aufweist.
Vorrichtung zum Regulieren des Ladedrucks in einer Ansaugsammelleitung eines Motors, der mit einem Turbolader mit einer Abgassteuerung ausgerüstet ist, wobei die Vorrichtung folgendes aufweist: eine elektronische Steuerung; Brennstoffliefermittel, die mit der elektronischen Steuerung verbunden sind; einen Drucksensor, der mit der elektronischen Steuerung verbunden ist und mit der Ansaugsammelleitung des Motors assoziiert ist, wobei der Drucksensor ein Ladedrucksignal erzeugt, und zwar ansprechend auf den Druck in der Ansaugsammelleitung; wobei die elektronische Steuerung einen ersten Brennstofflieferbefehl als eine Funktion einer ersten Brennstofflieferkurve erzeugt und einen zweiten Brennstofflieferbefehl als eine Funktion einer zweiten Brennstofflieferkurve, wenn das Ladedrucksignal größer ist als eine vorbestimmte Ladedruckgrenze; und wobei die elektronische Steuerung das Ladedrucksignal zu vorbestimmten Zeitintervallen aufnimmt und die vorbestimmte Ladedruckgrenze als ein Mittel einer vorbestimmten Anzahl von Ladedrucksignalen erzeugt.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Ladedruckgrenze ein laufendes Mittel einer vorbestimmten Anzahl der neuesten Ladedrucksignale ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Vorrichtung ferner folgendes aufweist: einen Motordrehzahlsensor, der mit der elektronischen Steuerung verbunden ist, wobei der Motordrehzahlsensor ein Motordrehzahlsignal erzeugt; einen Kühlmitteltemperatursensor, der mit der elektronischen Steuerung verbunden ist, wobei der Kühlmitteltemperatursensor ein Kühlmitteltemperatursignal erzeugt; Zeitsteuermittel, die mit der elektronischen Steuerung verbunden sind, wobei die Zeitsteuermittel ein Signal für die abgelaufene Zeit erzeugen; wobei die elektronische Steuerung ein Soll-Brennstoffbefehlssignal ausgibt und ein Ladedrucksignal aufnimmt, wenn das Motordrehzahlsignal einen vorbestimmten Motordrehzahlwert übersteigt, das Kühlmitteltemperatursignal einen vorbestimmten Kühlmitteltemperaturwert übersteigt, das Soll-Brennstoffbefehlssignal einen vorbestimmten Brennstoffbefehlswert übersteigt und die Zeitsteuerung ein Signal für die abgelaufene Zeit erzeugt hat.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Zeitsteuermittel das Signal für die abgelaufene Zeit periodisch mit vorbestimmten Intervallen erzeugen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die vorbestimmten Intervalle ungefähr 30 Minuten übersteigen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei der vorbestimmte Motordrehzahlwert ungefähr 1600 U/min beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei der vorbestimmte Brennstoffbefehlswert ungefähr 95 % eines vollen Brennstoffsbefehls entspricht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei der vorbestimmte Temperaturwert ungefähr 85 °C beträgt.