DE102014216623B4

DE102014216623B4 - Wastegate-ventilsteuerung für beeinträchtigte messung

Info

Publication number: DE102014216623B4
Application number: DE102014216623.3A
Authority: DE
Inventors: Yan Wang; Hamza Derbas
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-08-27
Filing date: 2014-08-21
Publication date: 2023-09-07
Anticipated expiration: 2034-08-22
Also published as: US9109504B2; CN104420981B; DE102014216623A1; CN104420981A; RU153200U1; US20150059337A1

Abstract

Verfahren, umfassend:ansprechend darauf, dass die Rückkopplung von einem Wastegate-Ventilsensor nicht zur Verfügung steht:Bewegen eines Wastegate-Ventils teilweise über Abgasdrücke in eine zumindest teilweise geöffnete Stellung ansprechend darauf, dass eine Sollaufladung in einem ersten Bereich liegt, undBewegen des Wastegate-Ventils zu einer vollständig geschlossenen Stellung hin mit einer auf Ladedruckdynamik ansprechenden Rate ansprechend darauf, dass die Sollaufladung in einem zweiten, verschiedenen Bereich liegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerung eines Wastegate-Ventils in einem Turbolader.
Einige Brennkraftmaschinen verwenden eine Verdichtungsvorrichtung, wie zum Beispiel einen Turbolader, um das Kraftmaschinendrehmoment/die Kraftmaschinenleistungsdichte zu verbessern. In einem Beispiel kann ein Turbolader einen Verdichter und eine Turbine, die durch eine Antriebswelle verbunden sind, enthalten, wobei die Turbine an die Auslasskrümmerseite gekoppelt ist und der Verdichter an die Einlasskrümmerseite einer Kraftmaschine gekoppelt ist. Auf diese Weise führt die abgasgetriebene Turbine dem Verdichter Energie zu, um den Druck im Einlasskrümmer (zum Beispiel Aufladung oder Ladedruck) zu erhöhen und den Luftstrom in die Kraftmaschine zu erhöhen. Die Aufladung kann durch Einstellung der die Turbine erreichenden Gasmenge, zum Beispiel mit einem Wastegate, gesteuert werden. Ein Wastegate-Ventil kann basierend auf Betriebsbedingungen zum Erreichen der Sollaufladung gesteuert werden. Es kann ein den Zustand des Wastegate anzeigender Sensor vorgesehen sein, wie zum Beispiel ein Stellungssensor, der die Stellung des Wastegate-Ventils anzeigt. In einigen Beispielen wird das Wastegate-Ventil pneumatisch betätigt, während das Wastegate-Ventil in anderen Beispielen elektronisch, zum Beispiel durch einen Elektromotor, betätigt wird.
Die US 8 397 499 B2 beschreibt ein System zur Steuerung einer turboaufgeladenen Kraftmaschine. Das Ansprechverhalten von Ladedruckregelung wird durch Einstellen sowohl einer Einlassdrossel als auch eines Wastegate eines Turboladers zur Steuerung von der Kraftmaschine zugeführten Aufladungshöhen erhöht. Das Steuersystem verwendet mehrere Rückkopplungs- und Vorwärtskopplungsmechanismen, um Fehler zu reduzieren, einschließlich Messungen des Drosseleinlassdrucks (TIP - throttle inlet pressure), um durch Bewegung der Einlassdrossel verursachten Störungen Rechnung zu tragen und diese Störungen von anderen Wirkungen zu trennen. Ferner sind Verfahren und Systeme zur Steuerung eines Wastegate-Ventils in einem Turbolader in DE 10 2010 027 778 A1 , DE 103 14 985A1 und US 6 687 601 B2 offenbart.
Bei anderen Ansätzen verwenden Wastegate-Steuersysteme eine Steuerung sowohl mit innerer als auch äußerer Schleife, um die Positionierung eines Wastegate-Ventils zu ermöglichen und somit Sollaufladungshöhen für eine Kraftmaschine bereitzustellen. Die Steuerung mit äußerer Schleife kann Sollaufladungshöhen implementieren, während die Steuerung mit innerer Schleife einen Steuermechanismus mit geschlossenem Regelkreis enthält, der eine schnellere Wastegate-Steuerdynamik durch Steuerung des Wastegate-Ventils (zum Beispiel der Wastegate-Ventilstellung) durch Ausgabe von Befehlen zu einem Wastegate-Ventilaktuator bereitstellt.
Die vorliegenden Erfinder haben ein Problem bei solchen Ansätzen erkannt. Wenn der Betrieb eines den Zustand (zum Beispiel die Stellung) eines zugehörigen Wastegate-Ventils anzeigenden Sensors beeinträchtigt wird, steht für den Steuermechanismus mit innerer Schleife keine Rückkopplung mehr zur Verfügung. Somit können einer Kraftmaschine keine genauen Aufladungshöhen mehr zugeführt werden. Obgleich das Wastegate-Ventil in einer zumindest teilweise geöffneten Stellung gehalten werden kann, um Kraftmaschinenkomponenten vor einer Beschädigung zu schützen, können der Kraftmaschine in bestimmten Lastbereichen keine ausreichenden Aufladungshöhen zugeführt werden.
Erfindungsgemäß wird das Problem mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1, einem System gemäß Anspruch 10 und einem Verfahren gemäß Anspruch 16 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
In einem Beispiel wird ansprechend darauf, dass Rückkopplung von einem Wastegate-Ventilsensor nicht zur Verfügung steht, ein Wastegate-Ventil ansprechend darauf, dass eine Sollaufladung in einem ersten Bereich liegt, teilweise über Abgasdrücke in eine zumindest teilweise geöffnete Stellung bewegt. Ansprechend darauf, dass Rückkopplung vom Wastegate-Ventilsensor nicht zur Verfügung steht, wird das Wastegate-Ventil ansprechend darauf, dass die Sollaufladung in einem zweiten, verschiedenen Bereich liegt, mit einer auf Ladedruckdynamik ansprechenden Rate zu einer vollständig geschlossenen Stellung hin bewegt. Auf diese Weise kann einer Kraftmaschine ausreichend Aufladung zugeführt werden, wenn Rückkopplung von einem Wastegate-Ventilsensor nicht zur Verfügung steht. Somit wird durch diese Aktionen das technische Ergebnis erzielt.
Die obigen Vorteile und andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Beschreibung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung alleine oder in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen leicht hervor.
Die Figuren zeigen:

1 zeigt ein Blockdiagramm einer turboaufgeladenen Kraftmaschine, die ein Wastegate enthält.
2 zeigt ein Beispiel für ein elektrisches Wastegate gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
3 zeigt ein Beispiel für ein pneumatisches Wastegate gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
4 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Steuerung eines Turboladers über das Wastegate von 2 oder 3 darstellt.
5 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Steuerung des Wastegate von 2 oder 3 bei Vorhandensein eines beeinträchtigten Wastegate-Ventilsensors darstellt.
6 zeigt eine Tabelle, die Wastegate-Steuerung bei Vorhandensein eines beeinträchtigten Wastegate-Ventilsensors darstellt.
7 zeigt schematisch ein Beispiel für ein Steuersystem, durch das die Wastegates der 2 und 3 gesteuert werden können.

Verdichtungsvorrichtungen, wie zum Beispiel ein Turbolader, können zur Erhöhung der Leistung einer Brennkraftmaschine verwendet werden. Ein Wastegate kann den der Kraftmaschine zugeführten Ladedruck teilweise regulieren, indem es ein Wastegate-Ventil positioniert, um dadurch die eine Turbine des Turboladers erreichende Abgasmenge zu steuern. Das Versagen eines die Stellung des Wastegate-Ventils verfolgenden Sensors kann jedoch eine genaue Positionierung des Wastegate-Ventils und somit eine genaue Aufladungsversorgung der Kraftmaschine verhindern. Bei einigen Ansätzen wird zur Positionierung des Wastegate-Ventils eine Steuerung mit innerer Schleife bereitgestellt. Im Falle einer Beeinträchtigung des Wastegate-Ventilsensors (zum Beispiel Stellungssensors) kann das Wastegate-Ventil in eine zumindest teilweise geöffnete Stellung positioniert werden, um die Kraftmaschine vor einer Beschädigung zu schützen, jedoch können infolgedessen keine ausreichenden Aufladungshöhen der Kraftmaschine für bestimmte Lastbereiche zugeführt werden.
Es werden verschiedene Systeme und Verfahren zur Steuerung eines Wastegate bei Vorhandensein eines beeinträchtigten Wastegate-Ventilsensors bereitgestellt. In einem Beispiel wird ein Wastegate-Ventil ansprechend darauf, dass Rückkopplung von einem Wastegate-Ventilsensor nicht zur Verfügung steht, teilweise über Abgasdrücke ansprechend darauf, dass eine Sollaufladung in einem ersten Bereich liegt, in eine zumindest teilweise geöffnete Stellung bewegt. Ansprechend darauf, dass Rückkopplung vom Wastegate-Ventilsensor nicht zur Verfügung steht, wird das Wastegate-Ventil mit einer Rate zu einer vollständig geschlossenen Stellung hin bewegt, die auf Ladedruckdynamik anspricht, die darauf, dass die Sollaufladung in einem zweiten, verschiedenen Bereich liegt, anspricht. 1 ist ein Blockdiagramm einer turboaufgeladenen Kraftmaschine, die ein Wastegate enthält. 2 zeigt ein Beispiel für ein elektrisches Wastegate gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. 3 zeigt ein Beispiel für ein pneumatisches Wastegate gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. 4 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Steuerung eines Turboladers über das Wastegate von 2 oder 3 darstellt. 5 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Steuerung des Wastegate von 2 oder 3 bei Vorhandensein eines beeinträchtigten Wastegate-Ventilsensors darstellt. 6 zeigt eine Tabelle, die die Wastegate-Steuerung bei Vorhandensein eines beeinträchtigten Wastegate-Ventilsensors darstellt. 7 zeigt schematisch ein Beispiel für ein Steuersystem, durch das die Wastegates der 2 und 3 gesteuert werden können. Die Kraftmaschine von 1 enthält auch eine Steuerung, die zur Durchführung der in den 4 und 5 gezeigten Verfahren konfiguriert ist.
1 ist ein Schemadiagramm, das eine beispielhafte Kraftmaschine 10 zeigt, die in einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs enthalten sein kann. Die Kraftmaschine 10 wird mit vier Zylindern 30 gezeigt. Gemäß der vorliegenden Offenbarung können jedoch auch andere Anzahlen von Zylindern verwendet werden. Die Kraftmaschine 10 kann durch ein eine Steuerung 12 enthaltendes Steuersystem und durch Eingabe von einem Fahrzeugbediener 132 über eine Eingabevorrichtung 130 zumindest teilweise gesteuert werden. In diesem Beispiel enthält die Eingabevorrichtung 130 ein Fahrpedal und einen Pedalstellungssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalstellungssignals PP. Jede Brennkammer (zum Beispiel jeder Zylinder) 30 der Kraftmaschine 10 kann Brennkammerwände mit einem darin positionierten (nicht gezeigten) Kolben enthalten. Die Kolben können an eine Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, so dass eine Hin- und Herbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgewandelt wird. Die Kurbelwelle 40 kann über ein (nicht gezeigtes) Zwischengetriebesystem an mindestens ein Antriebsrad eines Fahrzeugs gekoppelt sein. Ferner kann ein Startermotor über ein Schwungrad an die Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, um einen Startbetrieb der Kraftmaschine 10 zu ermöglichen.
Die Brennkammern 30 können Einlassluft vom Einlasskrümmer 44 über den Einlassdurchgang 42 empfangen und können Verbrennungsgase über den Auslassdurchgang 48 ablassen. Der Einlasskrümmer 44 und der Auslasskrümmer 46 können über (nicht gezeigte) Einlassventile bzw. Auslassventile mit der Brennkammer 30 gezielt in Verbindung treten. Bei einigen Ausführungsformen kann die Brennkammer 30 zwei oder mehr Einlassventile und/oder zwei oder mehr Auslassventile enthalten.
Kraftstoffeinspritzdüsen 50 sind in der Darstellung direkt an die Brennkammer 30 gekoppelt, um Kraftstoff proportional zu der Impulsbreite des von der Steuerung 12 empfangenen Signals FPW direkt darin einzuspritzen. Auf diese Weise sorgt die Kraftstoffeinspritzdüse 50 für die so genannte Direkteinspritzung von Kraftstoff in die Brennkammer 30. Die Kraftstoffeinspritzdüse kann zum Beispiel in der Seite der Brennkammer oder im Oberteil der Brennkammer angebracht sein. Kraftstoff kann der Kraftstoffeinspritzdüse 50 durch ein nicht gezeigtes Kraftstoffsystem, das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und eine Kraftstoff-Verteilerleitung enthält, zugeführt werden. Bei einigen Ausführungsformen können die Brennkammern 30 als Alternative oder zusätzlich dazu eine Kraftstoffeinspritzdüse enthalten, die in einer die so genannte Saugkanaleinspritzung von Kraftstoff in den Einlasskanal stromaufwärts jeder Brennkammer 30 bereitstellenden Konfiguration im Einlasskrümmer 44 angeordnet ist.
Der Einlassdurchgang 42 kann Drosseln 21 und 23 mit Drosselplatten 22 bzw. 24 enthalten. In diesem bestimmten Beispiel kann die Stellung der Drosselplatten 22 und 24 durch die Steuerung 12 über Signale geändert werden, die einem Aktuator, der mit den Drosseln 21 und 23 enthalten ist, zugeführt werden. In einem Beispiel können die Aktuatoren elektrische Aktuatoren (zum Beispiel Elektromotoren) sein, wobei diese Konfiguration gemeinhin als elektronische Drosselklappensteuerung (ETC - electronic throttle control) bezeichnet wird. Auf diese Weise können die Drosseln 21 und 23 betätigt werden, um die der Brennkammer 30 unter anderen Kraftmaschinenzylindern zugeführte Einlassluft zu ändern. Die Stellung der Drosselplatten 22 und 24 kann der Steuerung 12 durch das Drosselklappenstellungssignal TP zugeführt werden. Der Einlassdurchgang 42 kann ferner einen Luftmassensensor 120, einen Einlasskrümmerdrucksensor 122 und einen Drosseleinlassdrucksensor 124 zur Bereitstellung jeweiliger Signale MAF (mass airflow - Luftmasse), MAP (manifold air pressure - Einlasskrümmerdruck) und TIP (throttle inlet pressure - Drosseleinlassdruck) für die Steuerung 12 enthalten.
Der Auslassdurchgang 48 kann Abgase von den Zylindern 30 empfangen. Der Abgassensor 128 ist in der Darstellung stromaufwärts der Turbine 62 und Abgasreinigungsvorrichtung 78 an den Auslassdurchgang 48 gekoppelt. Der Sensor 128 kann unter verschiedenen geeigneten Sensoren dazu ausgewählt sein, eine Anzeige des Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bereitzustellen, wie zum Beispiel ein linearer Sauerstoffsensor oder UEGO (universal or wide-range exhaust gas oxygen), ein Zweizustands-Sauerstoffsensor oder ein EGO-, ein NOx-, ein HC- oder ein CO-Sensor. Die Abgasreinigungsvorrichtung 78 kann ein Dreiwegekatalysator (TWC - three way catalyst), eine NO_x-Falle, verschiedene andere Abgasreinigungsvorrichtungen oder Kombinationen davon sein.
Die Abgastemperatur kann durch einen oder mehrere (nicht gezeigte) Temperatursensoren gemessen werden, die im Auslassdurchgang 48 positioniert sind. Als Alternative dazu kann die Auslasstemperatur basierend auf Kraftmaschinenbetriebsbedingungen, wie zum Beispiel Drehzahl, Last, Luft-Kraftstoff-Verhältnis (AFR - air-fuel ratio), Zündzeitpunktverstellung nach spät usw., abgeleitet werden.
In der Darstellung von 1 ist die Steuerung 12 ein Mikrocomputer, der eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingangs-/Ausgangs-Ports (I/O) 104, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, das in diesem speziellen Beispiel als ein Nurlesespeicher(ROM-)Chip 106 gezeigt wird, einen Direktzugriffsspeicher (RAM) 108, einen Erhaltungsspeicher (KAM) 110 und einen Datenbus enthält. Die Steuerung 12 kann neben den zuvor besprochenen Signalen verschiedene Signale von an die Kraftmaschine 10 gekoppelten Sensoren erhalten, darunter Messung der eingeleiteten Luftmasse (MAF - mass air flow) von dem Luftmassensensor 120; den Drosseleinlassdruck (TIP - throttle inlet pressure) von dem stromaufwärts der Einlassdrossel 21 positionierten Drosseleinlassdrucksensor 124; die Kraftmaschinenkühlmitteltemperatur (ECT - engine coolant temperature) von dem Temperatursensor 112, der an einer Stelle in der Kraftmaschine 10 schematisch gezeigt wird; ein Profilzündungsaufnahmesignal (PIP - profile ignition pickup) von dem an die Kurbelwelle 40 gekoppelten Hall-Sensor 118 (oder Sensor anderer Art); die Drosselstellung (TP) von einem Drosselstellungssensor, wie besprochen; und ein Absolutkrümmerdrucksignal, MAP (manifold air pressure), von dem Sensor 122, wie besprochen. Ein Kraftmaschinendrehzahlsignal RPM (Revolutions per Minute) kann von der Steuerung 12 aus dem Signal PIP generiert werden. Das Krümmerdrucksignal MAP von einem Krümmerdrucksensor kann dazu verwendet werden, eine Angabe hinsichtlich Unterdruck oder Druck in dem Einlasskrümmer 44 zu liefern. Es sei darauf hingewiesen, dass verschiedene Kombinationen der obigen Sensoren verwendet werden können, wie etwa ein MAF-Sensor ohne einen MAP-Sensor oder umgekehrt. Bei stöchiometrischem Betrieb kann der MAP-Sensor eine Angabe über das Motordrehmoment abgeben. Weiterhin kann dieser Sensor zusammen mit der erfassten Motordrehzahl eine Schätzung der in den Zylinder eingeleiteten Ladung (einschließlich Luft) liefern. In einem Beispiel kann der Sensor 118, der auch als Kraftmaschinendrehzahlsensor verwendet wird, eine vorbestimmte Anzahl von gleichmäßig beabstandeten Impulsen pro Umdrehung der Kurbelwelle 40 erzeugen. In einigen Beispielen kann das Nurlesespeicher-Speichermedium 106 mit rechnerlesbaren Daten programmiert sein, die Instruktionen darstellen, die durch den Prozessor 102 ausführbar sind, um die unten beschriebenen Verfahren sowie andere Varianten, die antizipiert werden, aber nicht speziell angeführt sind, durchzuführen.
Ferner kann die Kraftmaschine 10 eine Verdichtungsvorrichtung, wie zum Beispiel einen Turbolader oder Auflader, enthalten, der mindestens einen Verdichter 60 enthält, der entlang dem Einlasskrümmer 44 angeordnet ist. Bei einem Turbolader kann der Verdichter 60 durch eine Turbine 62, zum Beispiel über eine Welle oder eine andere Kopplungsanordnung, zumindest teilweise angetrieben werden. Die Turbine 62 kann entlang dem Auslassdurchgang 48 angeordnet sein. Es können verschiedene Anordnungen zum Antrieb des Verdichters vorgesehen sein. Bei einem Auflader kann der Verdichter 60 zumindest teilweise durch die Kraftmaschine und/oder eine elektrische Maschine angetrieben werden und enthält möglicherweise keine Turbine. Somit kann das Ausmaß der Verdichtung, mit der ein oder mehrere Zylinder der Kraftmaschine über einen Turbolader oder Auflader beaufschlagt werden, durch die Steuerung 12 variiert werden. In einigen Fällen kann die Turbine 62 zum Beispiel einen elektrischen Generator 64 antreiben, um einer Batterie 66 über einen Turbotreiber 68 Energie zuzuführen. Dann kann Energie von der Batterie 66 zum Antrieb des Verdichters 60 über einen Motor 70 verwendet werden. Ferner kann ein Sensor 123 im Einlasskrümmer 44 angeordnet sein, um der Steuerung 12 ein Aufladesignal (BOOST) zuzuführen.
Ferner kann der Auslassdurchgang 48 ein Wastegate 26 zum Wegleiten von Abgas von der Turbine 62 enthalten. Bei einigen Ausführungsformen kann das Wastegate 26 ein mehrstufiges Wastegate sein, wie zum Beispiel ein zweistufiges Wastegate, wobei eine erste Stufe zur Steuerung des Ladedrucks und eine zweite Stufe zur Erhöhung des Wärmeflusses zur Abgasreinigungsvorrichtung 78 konfiguriert sind. Das Wastegate 26 kann mit einem Aktuator 150 betrieben werden, bei dem es sich zum Beispiel um einen elektrischen oder einen pneumatischen Aktuator handeln kann. Der Einlassdurchgang 42 kann ein Verdichterbypassventil 27 enthalten, das dazu konfiguriert ist, Einlassluft um den Verdichter 60 herumzuleiten. Das Wastegate 26 und/oder das Verdichterbypass-Ventil 27 können durch die Steuerung 12 über Aktuatoren (zum Beispiel den Aktuator 150) zum Öffnen, wenn zum Beispiel ein niedrigerer Ladedruck erwünscht ist, gesteuert werden.
Der Einlassdurchgang 42 kann ferner einen Ladeluftkühler (CAC - charge air cooler) 80 (zum Beispiel einen Zwischenkühler) enthalten, um die Temperatur der turboaufgeladenen oder aufgeladenen Einlassgase zu verringern. Bei einigen Ausführungsformen kann der Ladeluftkühler 80 ein Luft-Luft-Wärmetauscher sein. Bei anderen Ausführungsformen kann der Ladeluftkühler 80 ein Luft-Flüssigkeit-Wärmetauscher sein.
Ferner kann bei den offenbarten Ausführungsformen ein Abgasrückführungssystem (AGR-System) einen Sollabgasanteil von dem Auslassdurchgang 48 über einen AGR-Durchgang 140 zu dem Einlassdurchgang 42 leiten. Die dem Einlassdurchgang 42 zugeführte AGR-Menge kann durch die Steuerung 12 über ein AGR-Ventil 142 variiert werden. Weiterhin kann ein (nicht gezeigter) AGR-Sensor in dem AGR-Kanal angeordnet sein und kann eine Anzeige von Druck und/oder Temperatur und/oder Konzentration des Abgases bereitstellen. Als Alternative kann die AGR durch einen berechneten Wert auf Grundlage von Signalen von dem MAF-Sensor (stromaufwärts), MAP-(Einlasskrümmer)-, MAT(manifold air temperature - Krümmerlufttemperatur)- und dem Kurbelwellendrehzahlsensor gesteuert werden. Ferner kann die AGR basierend auf einem Abgas-O₂-Sensor und/oder einem Einlasssauerstoffsensor (Einlasskrümmer) gesteuert werden. Unter einigen Bedingungen kann das AGR-System zur Regelung der Temperatur des Luft- und Kraftstoffgemisches in der Brennkammer verwendet werden. 1 zeigt ein Hochdruck-AGR-System, bei dem AGR von stromaufwärts einer Turbine eines Turboladers nach stromabwärts eines Verdichters eines Turboladers geleitet wird. Bei anderen Ausführungsformen kann die Kraftmaschine zusätzlich oder als Alternative dazu ein Niederdruck-AGR-System verwenden, bei dem AGR von stromabwärts einer Turbine eines Turboladers zu stromaufwärts eines Verdichters des Turboladers geleitet wird.
Nunmehr auf 2 Bezug nehmend, wird ein beispielhaftes Wastegate 200, bei dem es sich um das Wastegate 26 von 1 handeln kann, gezeigt. Das Wastegate 200 ist entlang einem Teil des in 1 gezeigten Auslasskrümmers 46 enthalten. Bei der dargestellten Ausführungsform ist das Wastegate 201 ein elektrisches Wastegate und wird durch einen Aktuator 150, bei dem es sich in diesem Beispiel um ein Solenoid handelt, durch verschiedene geeignete Vorrichtungen, die zum Antrieb des Wastegate verwendet werden können, angetrieben. Der Aktuator 150 überträgt eine Antriebskraft über ein Gestänge 204 (zum Beispiel eine zylindrische Stange) zu einem Wastegate-Ventil 206, das zwischen einer vollständig geschlossenen Stellung und einer vollständig geöffneten Stellung wechseln kann und an einer beliebigen Stelle dazwischen zum Halt kommen kann. Die Stellung des Wastegate-Ventils 206 kann somit stufenlos verstellbar sein und kann über einen Stellungssensor 203, der zum Senden von Signalen zu einer Kraftmaschinensteuerung, wie zum Beispiel der Steuerung 12 von 1, konfiguriert ist, überwacht werden. Es versteht sich jedoch, dass der Zustand des Wastegate-Ventils 206 auf andere Weisen verfolgt werden kann, zum Beispiel durch andere Arten von Sensoren.
Wenn das Wastegate-Ventil 206 aus der vollständig geschlossenen Stellung geöffnet wird, kann eine Öffnung geschaffen werden, durch die durch den Auslasskrümmer 46 strömende Gase in eine Kammer 207 strömen können. Aus der Kammer 207 können Gase zu einer Entlüftungsöffnung 208 strömen, die Abgas vom Auslasskrümmer 46 empfangen kann, wenn sich das Wastegate-Ventil 206 nicht in der vollständig geschlossenen Stellung befindet. Somit kann die einer Kraftmaschine zugeführte Aufladungshöhe durch Antreiben des Wastegate-Ventils 206 über den Aktuator 150 gesteuert werden, wodurch die Stellung eines Wastegate-Ventils 206 und die Gasmenge, die einen Einlasskrümmer und eine Turbine eines Turboladers (zum Beispiel die Turbine 62 in 1) erreicht, geändert werden. In einem Beispiel kann das Ventil 206 durch einen Zapfen gebildet werden, der eine der Strömung durch den Krümmer 202 zugewandte Oberfläche aufweist. Die Druckdifferenz über den Zapfen kann zur Bewegung des Zapfens wirkende Kräfte erzeugen. Obgleich dies nicht gezeigt ist, kann das Wastegate 200 einen Motor und ein Getriebe enthalten, wobei sich das Gestänge 204 von einer Ausgangswelle des Getriebes zum Wastegate-Ventil 206 erstreckt. Bei einigen Ausführungsformen kann der Stellungssensor 203 die Ausrichtung solcher Komponenten, wie zum Beispiel die translatorische Lage des Gestänges 204, die Drehausrichtung der Ausgangswelle oder anderer Komponenten innerhalb des Motors messen. In diesem Beispiel können solche Messungen zur indirekten Bestimmung der Stellung des Wastegate-Ventils 206 verwendet werden.
Das Wastegate 200 kann wahlweise ein Vorbelastungsglied 210 enthalten. Das Vorbelastungsglied 210 ist an einem Ende an dem Wastegate 200 und am anderen Ende am Wastegate-Ventil 206 angebracht. Bei einigen Ausführungsformen wird das Vorbelastungsglied 210 dazu ausgewählt, eine Schließkraft zuzuführen, die das Wastegate-Ventil 206 bis zu einem Schwellendruck in einer vollständig geschlossenen Stellung hält. Als nicht einschränkendes Beispiel kann das Vorbelastungsglied 210 dazu ausgewählt werden, dem Wastegate-Ventil 206 zu gestatten, sich bei einer mittleren Druckdifferenz über die Turboladerturbine zwischen 0,75 bar und 1 bar zu öffnen. Im Falle einer Beeinträchtigung des Wastegate, zum Beispiel aufgrund eines Ausfalls der Energieversorgung des Aktuators 150, kann das Wastegate-Ventil 206 über die Federvorbelastung bis zu einem Schwellendruck in einer vollständig geschlossenen Stellung gehalten werden, wodurch gewährleistet wird, dass der Kraftmaschine ein ausreichender Aufladungsaufbau zugeführt wird. Solch eine Konfiguration kann insbesondere bei Downsizing-Kraftmaschinen von Vorteil sein, da das Ausmaß des Downsizings nicht begrenzt zu sein braucht, um der Möglichkeit einer Beeinträchtigung des Wastegate-Aktuators Rechnung zu tragen. Umgekehrt kann das Vorbelastungsglied 210 auf oder über dem Schwellendruck dem Wastegate-Ventil 206 gestatten, sich zu einer vollständig geöffneten Stellung hin zu bewegen, wodurch, insbesondere bei hohen Lasten, die maximale Aufladung begrenzt wird. Des Weiteren können die Größe eines Wastegate-Aktuators (zum Beispiel des Aktuators 150) und sein Energieverbrauch reduziert werden, da das Vorbelastungsglied 210 dem Wastegate 26 zusätzliche Schließkraft zuführt. Deshalb kann der Aktuator während nicht beeinträchtigten Betriebs das Ventil mit einer Stromhöhe, die geringer ist, als wenn die Federvorbelastung null wäre, in der vollständig geschlossenen Stellung halten. Der dem Aktuator 150 zugeführte Strom kann dazu ausgewählt werden, der Schließkraft eines Vorbelastungsglieds, wie zum Beispiel der Feder, Rechnung zu tragen. Bei der dargestellten Ausführungsform wird das Vorbelastungsglied 210 als eine Feder in einem vorkomprimierten Zustand gezeigt, obgleich auch verschiedene andere geeignete Strukturen verwendet werden können, um dem Wastegate 26 zusätzliche Schließkraft zuzuführen. In dem Fall, in dem eine Feder eingesetzt wird, kann die Federkonstante dazu ausgewählt werden, eine Schließkraft bis zu einem bestimmten Schwellendruck zuzuführen und einer Kraftmaschine ausreichende Aufladung zuzuführen.
In der vollständig geschlossenen Stellung kommt das Wastegate-Ventil 206 mit einem Ventilsitz 212 in Kontakt, kommt zum Aufsitzen auf dem Ventilsitz und dichtet das Wastegate 200 fluidisch gegen den Auslassdurchgang 46 ab, so dass den Auslassdurchgang durchströmende Gase nicht in das Wastegate eintreten. In dieser Stellung kann der Kraftmaschine 10 in Abhängigkeit von anderen Bedingungen, wie zum Beispiel den Stellungen der Drosseln 21 und 23 von 1, maximale Aufladung zugeführt werden. Weiterhin zeigt 2 einen Niedrighubbereich 214, der einen Bereich bezeichnet, in dem die Trennung zwischen dem Wastegate-Ventil 206 und dem Ventilsitz 212 als relativ gering für die mehreren Stellungen (zum Beispiel Hübe) des Wastegate-Ventils in diesem Niedrighubbereich betrachtet wird. Wie hierin verwendet, kann sich „Hub“ gleichermaßen auf die Trennung eines Wastegate-Ventils von einem entsprechenden Ventilsitz beziehen. Der Niedrighubbereich 214 kann von einer Oberseite 216 des Ventilsitzes 212 bis zu irgendeinem geeigneten definierten Punkt in der Kammer 207 verlaufen und kann von dieser Oberseite bis zu der Oberseite des Wastegate-Ventils 206 gemessen werden. Zum Beispiel kann der Niedrighubbereich 214 von der Oberseite 216 des Ventilsitzes 212 bis zu einer Höhe von ungefähr 20% der Gesamthöhe der Kammer 207 verlaufen. Es versteht sich jedoch, dass geeignete Niedrighubbereiche basierend auf den physischen Eigenschaften eines Wastegate vorbestimmt sein können oder basierend auf verschiedenen Betriebsparametern dynamisch bestimmt werden können. Das Wastegate-Ventil 206 kann im Falle einer Beeinträchtigung des Betriebs des Stellungssensors 203, wie unten unter Bezugnahme auf 5 in näherer Einzelheit beschrieben, in eine Position im Niedrighubbereich 114 platziert werden.
Nunmehr auf 3 Bezug nehmend, wird ein anderes Beispiel eines Wastegate 300 gezeigt, bei dem es sich um das Wastegate 26 von 1 handeln kann. Wie bei dem in 2 gezeigten elektrischen Wastegate 200 ist das Wastegate 300 entlang einem Teil des in 1 gezeigten Auslasskrümmers 46 enthalten und enthält ein Wastegate-Ventil 302, das an ein Gestänge 304 (zum Beispiel eine zylindrische Stange) gekoppelt ist. Das Wastegate 300 ist jedoch ein pneumatisches Wastegate, das durch druckbeaufschlagtes Fluid gesteuert wird. Somit ist das Gestänge 304 an eine Membran 306 gekoppelt, die wiederum an ein Vorbelastungsglied 308 gekoppelt ist, bei dem es sich um das Vorbelastungsslied 210 von 2 oder um irgendein anderes geeignetes Vorbelastungsglied handeln kann. Das Vorbelastungsglied 308 kann das Wastegate-Ventil 302 und die Membran 306 in irgendeine geeignete Stellung - zum Beispiel in eine vollständig geschlossene Stellung, eine vollständig geöffnete Stellung oder irgendwo dazwischen - vorbelasten. Ein Stellungssensor 303 verfolgt die Stellung des Wastegate-Ventils 302 und leitet die verfolgte Stellung zu einer Kraftmaschinensteuerung, wie zum Beispiel der Steuerung 12 von 1, weiter. Als Alternative oder zusätzlich dazu kann das Wastegate 300 einen Drucksensor 305 enthalten, um die Verfolgung des Zustands des Wastegate zu ermöglichen.
Um die pneumatische Positionierung des Wastegate-Ventils 302 zu ermöglichen, liefert eine Druckfluidquelle 310 verschiedene Druckfluidniveaus (zum Beispiel Druckluftniveaus) über einen ersten Kanal 313 zu einer ersten Kammer 312 des Wastegate 300. In die erste Kammer 312 eintretendes Druckfluid wirkt gegen die Membran 306, wodurch die Stellung der Membran 306 und somit des Wastegate-Ventils 302 mit ausreichenden Drücken eingestellt wird. Wenn sich das Wastegate-Ventil 302 in einer vollständig geschlossenen Stellung (zum Beispiel vollständig auf einem Ventilsitz 314 aufsitzend und aus der ersten Kammer 312 durch den Auslasskrümmer 46 strömende Gase fluidisch abdichtend) befindet, stellt der ersten Kammer von der Druckfluidquelle 310 zugeführtes Druckfluid den Mechanismus bereit, durch den sich das Wastegate-Ventil 302 zu öffnen beginnen kann. In anderen teilweise geöffneten Stellungen kann von der Druckfluidquelle 310 zugeführtes Druckfluid jedoch mit aus dem Auslasskrümmer 46 in die erste Kammer 312 eintretenden Abgasen kombiniert werden, um das Wastegate-Ventil 302 zu positionieren. Die Druckfluidquelle 310 kann zum Beispiel ein Luftverdichter oder eine Einlassluftquelle von der Kraftmaschine 10 von 1 sein. Obgleich dies nicht gezeigt wird, kann die Druckfluidquelle 310 einen Unterdruckregler und/oder ein oder mehrere Ventile zur Steuerung der Druckfluidzufuhr zur ersten Kammer 312 enthalten. Ebenso kann das Wastegate 300 wahlweise eine zweite Druckfluidquelle 316 enthalten, die zur Zuführung von Druckfluid (zum Beispiel Druckluft) zu einer zweiten Kammer 318 im Wastegate 300 über einen zweiten Kanal 320 konfiguriert ist. Von dieser Quelle der zweiten Kammer 318 zugeführtes Druckfluid kann in einer Richtung gegen die Membran 306 wirken, die der von der ersten Kammer 312 zugeführtem Fluid entgegengesetzt ist. Mit dem Vorsehen eines Unterdruckreglers und/oder eines oder mehrerer Ventile in der zweiten Druckfluidquelle 316 und/oder im zweiten Kanal 320 kann eine genaue Positionierung des Wastegate-Ventils 302 über ausgeglichene Druckfluidversorgung sowohl der ersten als auch der zweiten Kammer 312 und 318 erreicht werden. Es versteht sich, dass an dem Wastegate 300 geeignete Modifikationen durchgeführt werden können, ohne von dem Schutzbereich der Offenbarung abzuweichen. Zum Beispiel kann eine (nicht gezeigte) Entlüftungsöffnung vorgesehen werden, um die Druckregelung im Wastegate weiter zu unterstützen.
3 zeigt ferner einen Niedrighubbereich 322, in dem die Trennung zwischen dem Wastegate-Ventil 302 und dem Ventilsitz 314 als relativ gering für die mehreren Stellungen (zum Beispiel Hübe) des Wastegate-Ventils in diesem Niedrighubbereich betrachtet wird. Wie bei dem in 2 gezeigten Niedrighubbereich 214 kann sich der Niedrighubbereich 322 von einer Oberseite 324 des Ventilsitzes 314 zu irgendeinem geeigneten definierten Punkt in der ersten Kammer 312 erstrecken und kann von dieser Oberseite zu der Oberseite des Wastegate-Ventils 302 gemessen werden. Als nicht einschränkendes Beispiel kann sich der Niedrighubbereich 322 von der Oberseite 324 des Ventilsitzes 314 zu einer Höhe von ungefähr 15% der Summe der Höhe der ersten und der zweiten Kammer 312 und 318 erstrecken. Der Niedrighubbereich 322 kann als irgendein geeigneter Teil der Summe der Höhe der ersten und der zweiten Kammer 312 und 318 definiert werden und kann basierend auf den physischen Eigenschaften des Wastegate 300 vorbestimmt sein oder basierend auf verschiedenen gewünschten Betriebsparametern dynamisch bestimmt werden. Das Wastegate-Ventil 302 kann in dem Fall, dass Betrieb der Sensoren 302 und/oder 303 beeinträchtigt wird, in einer Position im Niedrighubbereich 322 platziert werden, wie unten unter Bezugnahme auf 5 in weiterer Einzelheit beschrieben.
4 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren 400 darstellt, das durch eine Kraftmaschinensteuerung (zum Beispiel die Steuerung 12) zum Steuern eines Turboladers über ein Wastegate (zum Beispiel die Wastegates 200 und 300) ausgeführt werden kann. In einem Beispiel kann ein Verfahren zur Steuerung eines Turboladers einer Kraftmaschine über ein Wastegate Bestimmen eines Sollladedrucks und eines Istladedrucks umfassen. Das Wastegate kann gemäß einer Differenz zwischen dem Sollladedruck und dem Istladedruck eingestellt werden.
Bei 410 umfasst das Verfahren Bestimmen einer Sollaufladung gemäß Kraftmaschinenbetriebsbedingungen. Die bewerteten Bedingungen können mit Sensoren, wie zum Beispiel den Sensoren 112, 118, 120, 122, 123, 124 und 134, direkt gemessen werden, und/oder die Bedingungen können anhand anderer Kraftmaschinenbetriebsbedingungen geschätzt werden. Die bewerteten Bedingungen können Kraftmaschinenkühlmitteltemperatur, Kraftmaschinenöltemperatur, Luftmasse (MAF), Einlasskrümmerdruck (MAP), Aufladung (zum Beispiel BOOST-Druck vom Sensor 123), Drosseleinlassdruck (TIP), Kraftmaschinendrehzahl, Leerlaufdrehzahl, Barometerdruck, ein vom Fahrer angefordertes Drehmoment (zum Beispiel von einem Pedalstellungssensor 134), Lufttemperatur, Fahrzeuggeschwindigkeit usw. umfassen.
Als Nächstes kann bei 420 ein Istladedruck bestimmt werden. Die Istaufladung kann von einem Sensor, wie zum Beispiel dem Sensor 123, direkt gemessen werden. Die Messung kann zur Steuerung 12 über das BOOST-Drucksignal gesendet und in einem rechnerlesbaren Speichermedium gespeichert werden. Bei einer alternativen Ausführungsform kann der Istladedruck basierend auf anderen Betriebsparametern, wie zum Beispiel basierend auf MAP und RPM, geschätzt werden.
Als Nächstes kann bei 430 Atmosphärendruck bestimmt werden. Zum Beispiel kann Atmosphärendruck vom MAP-Sensor bei Kraftmaschinenstart gemessen und/oder basierend auf Betriebsbedingungen der Kraftmaschine, einschließlich MAF, MAP, Drosselstellung usw., geschätzt werden. Die Messung kann zu der Steuerung 12 gesendet und in einem rechnerlesbaren Speichermedium gespeichert werden. Bei einer alternativen Ausführungsform kann der Atmosphärendruck basierend auf anderen Betriebsparametern geschätzt werden.
Als Nächstes wird bei 440 bestimmt, ob eine Anzeige des Zustands des Wastegate verfügbar ist. Bei Ausführungsformen, bei denen ein Stellungssensor (zum Beispiel der Stellungssensor 203) verwendet wird, um die Stellung eines Wastegate-Ventils des Wastegate zu verfolgen, kann bestimmt werden, ob eine Ausgabe von dem Stellungssensor zur Verfügung steht. Bei anderen Ausführungsformen, bei denen ein Drucksensor (zum Beispiel der Drucksensor 305) verwendet wird, um den Wastegate-Zustand anzuzeigen, kann bestimmt werden, ob eine Ausgabe vom Drucksensor zur Verfügung steht. Wenn keine Anzeige des Wastegate-Zustands zur Verfügung steht (NEIN), geht das Verfahren zu 502 von 5 über, wo das Wastegate über ein getrenntes, unten in weiterer Einzelheit beschriebenes Verfahren 500 in einem beeinträchtigten Modus gesteuert wird. Wenn eine Anzeige des Wastegate-Zustands zur Verfügung steht (JA), geht das Verfahren zu 450 über.
Als Nächstes kann bei 450 eine Wastegate-Betätigungskraft basierend auf einem Druckdifferenzial über das Wastegate, Abgasströmung und/oder dem Winkel des Wastegate-Ventils berechnet werden. Das Wastegate kann gemäß der Wastegate-Betätigungskraft eingestellt werden. Die Wastegate-Betätigungskraft kann ein Druckdifferenzial über das Wastegate genau widerspiegeln. Zum Beispiel kann die Wastegate-Betätigungskraft als eine Eingabe in eine Wastegate-Dynamik verwendet werden. Die Wastegate-Dynamik kann ein Kennfeld eines Soll-Wastegate-Drucks oder einer Soll-Wastegate-Ventilstellung gegenüber einem Wastegate-Tastverhältnis für eine gegebene Wastegate-Betätigungskraft sein, wobei das Tastverhältnissignal durch die Steuerung erzeugt und zu dem Wastegate- Aktuator zur Einstellung der Betätigungskraft gesendet wird. Der Wastegate-Aktuator kann zum Beispiel der Aktuator 150 im Wastegate 200 oder ein Unterdruckregler im Wastegate 300 sein. Die Zuordnung zu einem Wastegate-Tastverhältnis kann Verwendung von Nachschlagetabellen oder Berechnung des Wastegate-Tastverhältnisses umfassen. Das Wastegate-Steuersignal (WGCwastegate control signal) kann Pulsbreitenmodulation über das Wastegate-Tastverhältnis zur Einstellung des Wastegate enthalten. Der Soll-Wastegate-Druck oder die Soll-Wastegate-Ventilstellung kann zum Beispiel durch Vorwärtskopplungs-, Rückkopplungs- oder andere Steueralgorithmen erreicht werden.
Ein Ausgleichsterm kann Verzögerungen des Wastegate-Aktuators Rechnung tragen. Darüber hinaus kann der Ausgleichsterm ferner Einstellungen basierend auf der Bewegung von unabhängigen Doppelnocken, die Ladedruck beeinflussen kann, enthalten. Wenn sich der Einlassnocken zum Beispiel auf eine Weise bewegt, die Ladedruck bezüglich Atmosphärendruck erhöhen würde, kann der Betrag des Ausgleichterms verkleinert werden. Wenn sich der Einlassnocken auf eine Weise bewegt, die Ladedruck bezüglich Atmosphärendruck verkleinern würde, kann analog dazu der Betrag des Ausgleichterms vergrößert werden.
Erneut auf 4 Bezug nehmend, kann das Wastegate gemäß der Sollaufladung eingestellt werden. Zum Beispiel kann der Sollladedruck als eine Eingabe in einen Vorwärtskopplungssteueralgorithmus zur Einstellung der Wastegate-Stellung verwendet werden. Der Vorwärtskopplungsalgorithmus kann einen Ziel-Wastegate-Druck oder eine Ziel-Wastegate-Ventilstellung verarbeiten, der bzw. die als eine Eingabe in innere Steuerschleifen verwendet werden kann.
Schließlich kann bei 470 ein Aufladungsfehler als eine Differenz zwischen dem Sollladedruck und dem Istladedruck berechnet werden. Das Wastegate kann gemäß dem verarbeiteten Ladedruckfehler eingestellt werden. Zum Beispiel kann der Ladedruckfehler als eine Eingabe in einen Rückkopplungssteuerungsalgorithmus zur Berechnung eines Ziel-Wastegate-Drucks, wenn Drucksteuerung erwünscht ist, oder einer Ziel-Wastegate-Ventilstellung in einer inneren Schleife, verwendet werden. Der Steueralgorithmus kann einen Ausgleichsterm, wie oben beschrieben, enthalten.
Nunmehr auf 5 Bezug nehmend, wird ein Verfahren 500 zur Steuerung eines Wastegate, wenn eine Ausgabe von einem Sensor anzeigt, dass die Stellung eines Wastegate-Ventils nicht verfügbar ist, gezeigt. Das Verfahren 500 kann zum Beispiel in dem Fall, dass der Betrieb der Sensoren 203, 303 beeinträchtigt wird, ausgeführt werden. Das Verfahren wird bei Bestimmung bei 440, dass eine Anzeige des Wastegate-Zustands von dem in 4 gezeigten Verfahren 400 nicht zur Verfügung steht, ausgeführt.
Bei 502 wird bestimmt, ob die Sollaufladung in einem ersten Bereich liegt. Der erste Bereich kann ein unteres Ende von Aufladungswerten, die sich zum Beispiel von einer Aufladung von null (zum Beispiel keine Sollaufladung) zu einem relativ niedrigen Aufladungswert (zum Beispiel 20% von maximaler Aufladung) erstrecken, enthalten. Solche Werte und der erste Gesamtbereich können jedoch eingestellt werden, so dass die als Teil von Verfahren 500 durchgeführten Aktionen bezüglich der Zuordnung der Sollaufladung zu einem Aufladungsbereich für Wastegate-Betrieb im Falle einer Sensorbeeinträchtigung oder Nichtverfügbarkeit eines Wastegate-Zustands geeignet sind. Wenn die Sollaufladung im ersten Bereich liegt (JA), geht das Verfahren zu 504 über.
Bei 504 wird das Wastegate-Ventil durch Ausgabe eines kurzen Stromimpulses zu seinem zugeordneten Aktuator - zum Beispiel zu dem Aktuator 150 für das elektrische Wastegate 200 oder einem Unterdruckregler für das pneumatische Wastegate 300 - geöffnet. Die Dauer des Stromimpulses kann basierend auf den physikalischen Eigenschaften des Wastegate-Ventils vorbestimmt sein und kann so gewählt werden, dass sie dazu ausreicht, ein Öffnen des Wastegate-Ventils (zum Beispiel Abheben von seinem zugehörigen Ventilsitz) zu veranlassen. Wie bei 506 gezeigt, wird das Wastegate-Ventil nach Ausgabe des kurzen Stromimpulses über den Abgasdruck in einer zumindest teilweise geöffneten Stellung gehalten. Zum Beispiel können durch den Abgasdurchgang 46 in den 2 und 3 strömende Abgase mit Kräften gegen die Unterseite der Wastegate-Ventile 206 und 302 wirken, die dazu ausreichen, einen Grad an Trennung von ihren jeweiligen Ventilsitzen 212 und 314 aufrechtzuerhalten. In einigen Szenarien können nach der Ausgabe des kurzen Stromimpulses Abgasdrücke die Wastegate-Ventile 206 und 302 im Niedrighubbereich 214 bzw. 322 aufrechterhalten. Das Platzieren des Wastegate-Ventils in eine zumindest teilweise geöffnete Stellung über die bei 504 und 506 durchgeführten Aktionen kann eine zugehörige Kraftmaschine vor einer Beschädigung aufgrund übermäßiger Aufladungszufuhr schützen. Das Verfahren endet nach 506.
Wenn bei 502 bestimmt wird, dass die Sollaufladung nicht innerhalb des ersten Bereichs liegt (NEIN), geht das Verfahren zu 508 über. Hier wird das Wastegate gemäß der Zuordnung der Sollaufladung zu einem anderen Bereich im Falle von Nichtverfügbarkeit von Rückkopplung von einem Sensor auf andere Weise betätigt. In dem oben beschriebenen Beispiel wird eine andere Wastegate-Steuerung durchgeführt, wenn die Sollaufladung 20% von maximaler Aufladung übersteigt.
Bei 508 wird der Solldrosseleinlassdruck (TIP) bestimmt. Der Soll-TIP kann zum Beispiel basierend auf der bei 410 von Verfahren 400 in 4 bestimmten Sollaufladung bestimmt werden und kann bei einigen Ausführungsformen darin bei 410 als Teil der Bestimmung der Sollaufladung bestimmt werden.
Als Nächstes wird bei 510 eine Zeitkonstante basierend auf dem bei 508 bestimmten Soll-TIP bestimmt. Die Zeitkonstante liefert einen zeitlichen Rahmen, über den Aufladungserhöhungen ermöglicht werden können, und kann mit einer Verstärkung einer Proportionalsteuerung in einem Steuersystem 700, das unten unter Bezugnahme auf 7 in weiterer Einzelheit beschrieben wird, in Beziehung gesetzt werden.
Schließlich wird bei 512 einer zugehörigen Kraftmaschine (zum Beispiel der Kraftmaschine 10) zugeführte Aufladung über einen durch die Zeitkonstante bestimmten zeitlichen Rahmen erhöht. Im Allgemeinen wird die Zeitkonstante relativ groß ein, so dass eine Aufladung relativ allmählich erhöht wird. Eine allmähliche Aufladungserhöhung kann gewährleisten, dass das Kraftmaschinendrehmoment und die Turboladerdrehzahl nicht zu stark ansteigen.
Auf diese Weise kann eine Aufladungssteuerung ansprechend darauf, dass Rückkopplung von einem Wastegate-Ventilsensor (zum Beispiel Stellungssensor) nicht zur Verfügung steht, und ferner ansprechend darauf, dass Sollaufladung in einem ersten Bereich oder einem zweiten Bereich liegt, bereitgestellt werden.
Es versteht sich, dass das Verfahren 500 auf verschiedenste geeignete Weisen modifiziert werden kann. Zum Beispiel kann bei einigen Ausführungsformen stattdessen bei 502 bestimmt werden, ob der Soll-TIP in einem ersten Bereich von TIP-Werten liegt. Der Soll-TIP kann demgemäß vor 502, zum Beispiel als Teil der Bestimmung der Sollaufladung bei 410 von Verfahren 400 in 4, bestimmt werden. In diesem Beispiel kann die Wastegate-Steuerung des Verfahrens 500 gemäß dem Soll-TIP durchgeführt werden. Bei einigen Ansätzen kann ein Soll-TIP basierend auf einer Sollaufladungshöhe, zum Beispiel durch Hinzuziehen einer Nachschlagetabelle, bestimmt werden.
6 zeigt eine Tabelle 600, die Wastegate-Steuerung gemäß der Zuordnung von Sollaufladung zu dem ersten oder zweiten Bereich im Falle, dass Rückkopplung von einem Wastegate-Ventilsensor nicht zur Verfügung steht, darstellt. Wie oben unter Bezugnahme auf Verfahren 500 in 5 beschrieben, wird, wenn die Sollaufladung in einem ersten Bereich von Aufladungshöhen liegt, Öffnen des Wastegate-Ventils durch Senden eines kurzen Stromimpulses zu einem mit dem Wastegate-Ventil wirkgekoppelten Aktuator eingeleitet. Der Aktuator kann zum Beispiel ein elektrischer Aktuator (zum Beispiel der mit dem Wastegate-Ventil 206 wirkgekoppelte Aktuator 150) oder ein pneumatischer Aktuator (zum Beispiel ein oder mehrere Unterdruckregler, die die Stellung des Wastegate-Ventils 302 fluidisch steuern) sein. Die erste Bereich von Aufladungshöhen kann sich von einer Sollaufladung von null zu einer relativ niedrigen Höhe der Sollaufladung (zum Beispiel 20% von maximaler Aufladung) erstrecken. Im Anschluss an die Zufuhr des kurzen Stromimpulses wird das Wastegate-Ventil über durch einen nahen Krümmer (zum Beispiel den Auslasskrümmer 46) strömende Abgasdrücke in einer zumindest teilweise geöffneten Stellung gehalten.
Wenn die Sollaufladung stattdessen in einen zweiten Bereich von Aufladungshöhen fällt, wird eine andere Wastegate-Steuerung in Anspruch genommen. Hier werden Aufladungshöhen gemäß einer Zeitkonstanten erhöht, die über eine für eine beeinträchtigte Erfassung der Wastegate-Ventilstellung in einem unten näher beschriebenen Steuersystem 700 spezifische Steuerung mit geschlossenem Regelkreis bestimmt wird. Der zweite Bereich von Aufladungshöhen erstreckt sich bei dieser Ausführungsform über den verbleibenden Bereich von Aufladungshöhen zwischen der Obergrenze des ersten Bereichs von Aufladungshöhen (zum Beispiel 20% von maximaler Aufladung im obigen Beispiel) und der maximalen Aufladung, die erreicht werden kann. Bei einigen Ausführungsformen kann der zweite Bereich von Aufladungshöhen mittlere und hohe Sollaufladungshöhen enthalten, obgleich der erste und zweite Bereich von Aufladungshöhen gemäß verschiedenen Arten des gewünschten Betriebs modifiziert werden können.
Wie oben beschrieben, können stattdessen für den ersten und zweiten Bereich spezifische Wastegate-Steuerungsaktionen basierend auf einem Soll-TIP und darauf, ob der Soll-TIP innerhalb eines zugeordneten ersten oder zweiten Bereichs von TIP-Werten fällt, durchgeführt werden. In einigen Beispielen kann der Soll-TIP durch Verwendung einer Nachschlagetabelle, die Soll-TIP-Werten Sollaufladungshöhen zugeordnet, bestimmt werden.
Nunmehr auf 7 Bezug nehmend, wird schematisch ein Steuersystem 700 gezeigt, mit dem die Wastegate-Steuerung ansprechend auf Betriebsbedingungen durchgeführt werden kann. Das Steuersystem 700 kann zur Ermöglichung einer Zufuhr von Sollaufladung über Steuerung der Wastegates 200 und 300 verwendet werden und kann ferner zum Implementieren der Wastegate-Steuerung im Falle einer Beeinträchtigung des Wastegate-Ventilsensors, wie oben unter Bezugnahme auf die 5 und 6 beschrieben, verwendet werden. Obgleich das Steuersystem 700 unter Bezugnahme auf die Kraftmaschine 10 von 1 gezeigt und beschrieben wird, kann es auch in anderen geeigneten Kraftmaschinen implementiert werden.
Die Kraftmaschine 10 führt einem ersten Summationsblock 702 einem Solldrosseleinlassdruck (TIP) und einen Ist-TIP zu. Der Soll-TIP kann wie oben beschriebenen (zum Beispiel basierend auf Betriebsbedingungen und/oder basierend auf Sollaufladung) bestimmt werden, während der Ist-TIP basierend auf einer Ausgabe von einem TIP-Sensor, wie zum Beispiel dem in 1 gezeigten Sensor 124, bestimmt werden kann.
Nach der Bestimmung der Differenz zwischen dem Soll-TIP und dem Ist-TIP an einem ersten Summationsblock 702 wird diese Differenz einem Rückkopplungsmodul 704 zugeführt, das allgemein als ein Proportionalregler im Steuersystem 700 dient.
Wie bei der dargestellten Ausführungsform gezeigt, enthält das Rückkopplungsmodul 704 Steuermechanismen, die für Szenarien, in denen ein Wastegate-Ventilsensor normal funktioniert, und für Szenarien, in denen ein Betrieb des Sensors beeinträchtigt worden ist (zum Beispiel Rückkopplung von einem Stellungssensor nicht zur Verfügung steht) eingesetzt werden können. Ein Normalsteuermechanismus 706, der für Normalbetrieb des Sensors (zum Beispiel Rückkopplung von einem Stellungssensor steht zur Verfügung) in Anspruch genommen werden kann, enthält eine innere Schleife 708 und eine äußere Schleife 710. Die innere Schleife 708 kann Rückkopplung bezüglich der Stellung eines Wastegate-Ventils vom Sensor empfangen und Soll-Wastegate-Ventilstellungen ansprechend auf die Rückkopplung und andere Betriebsbedingungen generieren. Die innere Schleife 708 stellt in diesem Beispiel somit eine Steuerung mit geschlossenem Regelkreis bereit. Es versteht sich jedoch, dass die innere Schleife 708 auch andere geeignete Befehle erzeugen kann, die sich auf einen mit einem Wastegate-Ventil wirkgekoppelten Aktuator beziehen können. Zum Beispiel kann die innere Schleife 708 Sollausrichtungen von Drehkomponenten in einem mit einem Wastegate-Ventil gekoppelten elektrischen Aktuator erzeugen. Die äußere Schleife 710 kann durch Implementieren von Soll-TIP-Höhen oder in einigen Ausführungsformen Sollaufladungshöhen eine Steuerung mit offenem Regelkreis bereitstellen.
Ein Beeinträchtigungssteuermechanismus 712, der für beeinträchtigten Betrieb des Sensors in Anspruch genommen werden kann, enthält eine äußere Schleife 714, wobei eine geschlossene innere Schleife aufgrund der fehlenden Rückkopplung vom Sensor weggelassen ist, so dass keine Steuerungseinstellung des Wastegate basierend auf einer Sollstellung und Sensorrückkopplung erfolgt. Der Beeinträchtigungssteuermechanismus 712 wird nur dann in Anspruch genommen, wenn Rückkopplung von einem Wastegate-Ventilsensor nicht zur Verfügung steht. Wenn die Sollaufladung (oder ein entsprechender Soll-TIP) in dem oben beschriebenen ersten Bereich liegt (sich zum Beispiel von einer Sollaufladung von null zu einem relativ niedrigen Prozentanteil von maximal erreichbarer Aufladung erstreckt), kann eine Steuerung mit offenem Regelkreis verwendet werden, um das Öffnen des Wastegate-Ventils einzuleiten. Wenn die Sollaufladung (oder der entsprechende TIP) jedoch in dem oben beschriebenen zweiten Bereich (zum Beispiel über der Obergrenze des ersten Bereichs) liegt, dann kann der Beeinträchtigungssteuermechanismus 712 eine Steuerung mit geschlossenem Regelkreis durch Ausnutzen von durch einen TIP-Sensor, wie zum Beispiel den Sensor 124 in 1, bereitgestellten Vermessungen des Ist-TIP bereitstellen. Die äußere Schleife 714 unterscheidet sich von der äußeren Schleife 710 beim Normalsteuermechanismus 706 durch Erzeugen selektiver Verstärkungen zum Ermöglichen der Aufladungserhöhung gemäß der für Aufladungshöhen in diesem Bereich durchgeführten Steuerung.
Unabhängig davon, welcher Steuermechanismus 706 und 712 in Anspruch genommen wird, gibt das Rückkopplungsmodul 704 einen die Differenz zwischen dem Soll- und Ist-TIP in Form eines Tastverhältnisses anzeigenden Fehler aus und kann somit zusammen mit anderen Komponenten des Steuersystems 700 den der Kraftmaschine 10 zugeführten Ladedruck steuern. Dieser Tastverhältnisfehler wird einem zweiten Summationsblock 716 zugeführt, der auch ein Wastegate-Tastverhältnis von einem Vorwärtskopplungsmodul 718 erhält. Das Vorwärtskopplungsmodul 718 empfängt den Soll-TIP von der Kraftmaschine 10 und erzeugt ein geeignetes Wastegate-Tastverhältnis, zum Beispiel über eine Nachschlagetabelle. Bei durch das Vorwärtskopplungsmodul 718 bereitgestelltem Tastverhältnis und durch das Rückkopplungsmodul 704 bereitgestelltem Tastverhältnisfehler gibt der zweite Summationsblock 716 ein korrigiertes Tastverhältnis aus, was einem mit dem Wastegate-Ventil wirkgekoppelten Aktuator 720 zugeführt wird. Der Aktuator 720 kann zum Beispiel der mit dem Wastegate-Ventil 206 wirkgekoppelte Aktuator 150 oder ein zur pneumatischen Betätigung des Wastegate-Ventils 302 konfigurierter Unterdruckaktuator sein.
Bei einigen Ausführungsformen kann die Ausgabe des Beeinträchtigungssteuermechanismus 712 als P = K_P*e(t) ausgedrückt werden, wobei Kp die Verstärkung ist, e(t) der Fehler als Funktion von Zeit ist (zum Beispiel ein Fehler zwischen dem am ersten Summationsblock 702 bestimmten Soll- und Ist-TIP) und P die Ausgabe des Beeinträchtigungssteuermechanismus (zum Beispiel ein Tastverhältnisfehler) ist. Wie oben unter Bezugnahme auf die 5 und 6 beschrieben, können Aufladungserhöhungen für Sollaufladung im zweiten Bereich von Aufladungswerten über einen zeitlichen Rahmen gemäß einer basierend auf Aufladungsdynamik bestimmten Zeitkonstanten durchgeführt werden. Diese Zeitkonstante kann auf der Verstärkung K_P basieren und in einigen Beispielen proportional dazu sein. Für einige Szenarien kann die Verstärkung K_P als ein im Vergleich zu typischen Verstärkungswerten im Verhältnis niedrigerer Wert sein, was auf das im Verhältnis schnellere Ansprechen eines Wastegate-Aktuators (zum Beispiel Aktuators 150) im Vergleich zu Aufladungsdynamik zurückzuführen ist. Insbesondere kann die Zeit bis zur Einstellung der Stellung eines Wastegate-Ventils über einen zugehörigen Aktuator wesentlich kürzer sein als die Zeit bis zum Widerspiegeln einer sich aus der Wastegate-Ventilstellungseinstellung ergebenden Änderung der einer Kraftmaschine zugeführten Aufladungshöhe.
Über Ausführen der oben beschriebenen Steuerroutinen und Implementieren des Steuersystems 700 kann einer Kraftmaschine im Falle, dass Rückkopplung von einem Wastegate-Ventilsensor nicht zur Verfügung steht, ausreichende Aufladung zugeführt werden. Ferner können eine übermäßige Zuführung von Aufladung und zu starke Erhöhung des Kraftmaschinendrehmoments und der Turbinendrehzahl vermieden werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzungsmethoden mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier beschriebenen bestimmten Verfahren können eine oder mehrere einer Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie zum Beispiel ereignisgesteuert, interruptgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, darstellen. Somit können verschiedene dargestellte Handlungen, Betätigungen oder Funktionen in der dargestellten Reihenfolge oder parallel durchgeführt werden oder in einigen Fällen weggelassen werden. Ebenso muss die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwangsweise die Merkmale und Vorteile der beispielhaften Ausführungsformen, die hier beschrieben werden, erreichen, sondern ist zur besseren Veranschaulichung und Beschreibung vorgesehen. Eine oder mehrere der dargestellten Handlungen oder Funktionen kann in Abhängigkeit von der verwendeten bestimmten Strategie wiederholt durchgeführt werden. Des Weiteren können die beschriebenen Handlungen einen in das computerlesbare Speichermedium im Motorsteuersystem zu programmierenden Code graphisch darstellen.

Claims

Verfahren, umfassend: ansprechend darauf, dass die Rückkopplung von einem Wastegate-Ventilsensor nicht zur Verfügung steht: Bewegen eines Wastegate-Ventils teilweise über Abgasdrücke in eine zumindest teilweise geöffnete Stellung ansprechend darauf, dass eine Sollaufladung in einem ersten Bereich liegt, und Bewegen des Wastegate-Ventils zu einer vollständig geschlossenen Stellung hin mit einer auf Ladedruckdynamik ansprechenden Rate ansprechend darauf, dass die Sollaufladung in einem zweiten, verschiedenen Bereich liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Wastegate-Ventil durch einen elektrischen Aktuator oder einen pneumatischen Aktuator betätigt wird; wobei der Wastegate-Ventilsensor ein Stellungssensor oder ein Drucksensor ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei, wenn die Sollaufladung in dem ersten Bereich liegt, Bewegen des Wastegate-Ventils in die zumindest teilweise geöffnete Stellung ferner durch Zufuhr eines kurzen Stromimpulses zu einem mit dem Wastegate-Ventil wirkgekoppelten Aktuator eingeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei sich der erste Bereich von einer Sollaufladung von null zu einer relativ geringen Sollaufladung erstreckt; und wobei sich der zweite Bereich von der relativ geringen Sollaufladung zu einer maximal erreichbaren Aufladung erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Ladedruckdynamik einen Solldrosseleinlassdruck enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Rate basierend auf einer Ausgabe einer ersten äußeren Schleife eines Rückkopplungsreglers, der Ladedruck steuert, bestimmt wird, wobei die erste äußere Schleife nur dann in Anspruch genommen wird, wenn Rückkopplung von dem Wastegate-Ventilsensor nicht zur Verfügung steht.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Ausgabe der ersten äußeren Schleife auf einer Verstärkung und einem Fehler zwischen einem Solldrosseleinlassdruck und einem Istdrosseleinlassdruck basiert.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Rückkopplungsregler ferner eine zweite äußere Schleife und eine innere Schleife enthält, wobei die zweite äußere Schleife und die innere Schleife nur dann in Anspruch genommen werden, wenn Rückkopplung von dem Wastegate-Ventilsensor zur Verfügung steht.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Rückkopplungsregler dazu konfiguriert ist, einen Tastverhältnisfehler auszugeben, wobei das Verfahren ferner Folgendes umfasst: Bestimmen eines Tastverhältnisses über ein Vorwärtskopplungsmodul, wobei das Vorwärtskopplungsmodul dazu konfiguriert ist, das Tastverhältnis über eine Nachschlagetabelle basierend auf einem Solldrosseleinlassdruck zu erzeugen; Bestimmen eines korrigierten Tastverhältnisses basierend auf einer Differenz zwischen dem Tastverhältnis und dem Tastverhältnisfehler; und Bewegen des Wastegate-Ventils in die zumindest teilweise geöffnete Stellung oder zu der vollständig geschlossenen Stellung hin basierend auf dem korrigierten Tastverhältnis.
System, umfassend: ein Rückkopplungsmodul, das eine erste äußere Schleife enthält, wobei die erste äußere Schleife nur dann in Anspruch genommen wird, wenn Rückkopplung von einem Wastegate-Ventilsensor nicht zur Verfügung steht, wobei das Rückkopplungsmodul dazu konfiguriert ist, eine Differenz zwischen einem Solldrosseleinlassdruck und einem Istdrosseleinlassdruck zu empfangen, wobei das Rückkopplungsmodul zur Ausgabe eines Tastverhältnisfehlers konfiguriert ist; ein Vorwärtskopplungsmodul, das dazu konfiguriert ist, ein Tastverhältnis basierend auf dem Solldrosseleinlassdruck zu erzeugen; und einen Summierungsblock, der dazu konfiguriert ist, ein korrigiertes Tastverhältnis basierend auf einer Differenz zwischen dem Tastverhältnis und dem Tastverhältnisfehler zu erzeugen, wobei das korrigierte Tastverhältnis zu einem mit einem Wastegate-Ventil wirkgekoppelten Aktuator gesendet wird.
System nach Anspruch 10, wobei das Rückkopplungsmodul eine zweite äußere Schleife und eine innere Schleife enthält, wobei die zweite äußere Schleife und die innere Schleife in Anspruch genommen werden, wenn Rückkopplung vom Wastegate-Ventilsensor zur Verfügung steht.
System nach Anspruch 10, wobei der Istdrosseleinlassdruck basierend auf einer Ausgabe vom Drosseleinlassdrucksensor bestimmt wird.
System nach Anspruch 10, wobei das korrigierte Tastverhältnis dahingehend ausgelegt ist: das Wastegate-Ventil in eine zumindest teilweise geöffnete Stellung zu bewegen, wenn eine Sollaufladung in einem ersten Bereich liegt; und das Wastegate-Ventil zu einer vollständig geschlossenen Stellung hin zu bewegen, wenn die Sollaufladung in einem zweiten Bereich liegt.
System nach Anspruch 13, wobei das Wastegate-Ventil mit einer auf einer Verstärkung der ersten äußeren Schleife basierenden Rate zu der vollständig geschlossenen Stellung hin bewegt wird, wobei die Verstärkung auf einer Differenz zwischen dem Solldrosseleinlassdruck und dem Istdrosseleinlassdruck basiert.
System nach Anspruch 10, wobei der Aktuator ein elektrischer Aktuator oder ein pneumatischer Aktuator ist.
Verfahren, umfassend: Bestimmen einer Sollaufladung; Bestimmen eines Tastverhältnisses; Bestimmen eines Tastverhältnisfehlers basierend auf einer Differenz zwischen einem Solldrosseleinlassdruck und einem Istdrosseleinlassdruck; Bestimmen eines korrigierten Tastverhältnisses basierend auf einer Differenz zwischen dem Tastverhältnis und dem Tastverhältnisfehler; nur dann, wenn Rückkopplung von einem Wastegate-Ventilsensor nicht zur Verfügung steht: Halten eines Wastegate-Ventils in einer zumindest teilweise geöffneten Stellung zumindest über Abgasdrücke, wenn die Sollaufladung in einem ersten Bereich liegt; und Bewegen des Wastegate-Ventils zu einer vollständig geschlossenen Stellung hin über das korrigierte Tastverhältnis, wenn die Sollaufladung in einem zweiten Bereich liegt.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Tastverhältnisfehler durch einen Proportionalrückkopplungsregler erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Proportionalrückkopplungsregler eine erste äußere Schleife, eine zweite äußere Schleife und eine innere Schleife enthält, wobei die erste äußere Schleife in Anspruch genommen wird, wenn Rückkopplung von dem Wastegate-Ventilsensor nicht zur Verfügung steht, wobei die zweite äußere Schleife und die innere Schleife in Anspruch genommen werden, wenn Rückkopplung vom Wastegate-Ventilsensor zur Verfügung steht.
Verfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend Senden des korrigierten Tastverhältnisses zu einem mit dem Wastegate-Ventil wirkgekoppelten Aktuator.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Tastverhältnis durch ein Vorwärtskopplungsmodul bestimmt wird, das dazu konfiguriert ist, das Tastverhältnis basierend auf dem Solldrosseleinlassdruck über eine Nachschlagetabelle zu erzeugen.