DE102014216705A1

DE102014216705A1 - Bestimmung einer Wastegate-Ventilstellung

Info

Publication number: DE102014216705A1
Application number: DE201410216705
Authority: DE
Inventors: Yan Wang; Hamza Derbas; Vladimir V. Kokotovic; Dimitar Petrov Filev; Eric Luehrsen
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-08-29
Filing date: 2014-08-22
Publication date: 2015-03-05
Also published as: RU2014134060A; RU2667198C2; US20150059338A1; CN104420982A; US9316147B2; CN104420982B

Abstract

Es werden verschiedene Verfahren zur Bestimmung der vollständig geschlossenen Stellung eines Wastegate-Ventils bereitgestellt. In einem Beispiel wird eine Ansteuerung in eine nicht geschlossene Stellung für ein Wastegate-Ventil in einem Niedrighubbereich bezüglich eines Ventilsitzes empfangen. Vor der Ausführung der Stellungsansteuerung wird das Wastegate-Ventil nur vorübergehend geschlossen, um dadurch eine vollständig geschlossene Stellung zu bestimmen.

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, der durch eine Antriebswelle mit einer Turbine verbunden ist, 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. In einigen Beispielen wird das Wastegate-Ventil pneumatisch betätigt, während das Wastegate-Ventil in anderen Beispielen elektrisch, zum Beispiel durch einen Elektromotor, betätigt wird.
Die US-PS 7 775 043 offenbart ein System zur Steuerung des einer Brennkraftmaschine zugeführten Ladedrucks durch Einstellen der Stellung eines Wastegate-Ventils in einem pneumatischen Wastegate. Ein nahe dem Wastegate-Ventil positionierter Wastegate-Sensor erfasst die Stellung des Wastegate-Ventils und führt einer Steuerung über einen Leiter ein für die Stellung repräsentatives Signal zu. Die Steuerung empfängt mehrere Signale, darunter Anzeigen der Kraftmaschinendrehzahl, der Aufladung und des Barometerdrucks, um den der Kraftmaschine zugeführten Ladedruck zu steuern, und stellt demgemäß die Stellung des Wastegate-Ventils durch Steuerung des einer gegen eine Membran des Wastegate wirkenden Kammer zugeführten Drucks ein. In dem Fall, dass bestimmt wird, dass das Wastegate-Ventil nicht ordnungsgemäß funktioniert, kann die Steuerung Signale von dem Wastegate-Sensor verwenden, um die Stellung des Wastegate-Ventils neu zu bestimmen.
Die vorliegenden Erfinder haben ein Problem bei solchen Ansätzen erkannt. Teile des Wastegate, wie zum Beispiel das Wastegate-Ventil und das das Wastegate-Ventil mit der Membran (oder einem anderen Aktuator bei anderen Systemen, wie zum Beispiel einem Elektromotor,) koppelnde Gestänge, erfahren bei Aufwärmung der Kraftmaschine hohe Temperaturen, und heißes Abgas wird durch die Kraftmaschine zirkuliert. Aufgrund der Beaufschlagung dieser Komponenten mit hohen Temperaturen kann es zu einer Wärmeverformung kommen, die zum Beispiel eine Dehnung oder Schrumpfung im Ventilaktuatorgestänge und eine Turbinengehäuseverformung verursacht. Somit verringern sich die Genauigkeit der Erfassung der Wastegate-Ventilstellung sowie die Kenntnis über die Position des Ventilhubs bezüglich eines Sitzes, den das Wastegate-Ventil in einer vollständig geschlossenen Stellung berührt. Die Beeinträchtigung solch einer Genauigkeit kann zu der Zufuhr ungenauer Aufladungshöhen zur Kraftmaschine führen.
Es werden Verfahren zur Bestimmung der vollständig geschlossenen Stellung eines Wastegate-Ventils bereitgestellt.
In einem Beispiel wird für ein Wastegate-Ventil in einem Niedrighubbereich bezüglich eines Ventilsitzes eine Ansteuerung in eine nicht geschlossene Stellung empfangen. Vor der Ausführung der Stellungssteuerung wird das Wastegate-Ventil nur vorübergehend geschlossen um dadurch eine vollständig geschlossene Stellung zu bestimmen.
Auf diese Weise wird eine ungenaue Aufladungszufuhr aufgrund von Unbestimmtheit der vollständig geschlossenen Stellung vermieden. Somit wird das technische Ergebnis einer genaueren Wastegate-Steuerung durch diese Aktionen erreicht.
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.
Es versteht sich, dass die obige Kurzfassung bereitgestellt wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben werden. Sie soll keine Schlüssel- oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Erfindungsgegenstands aufzeigen, dessen Schutzbereich einzig durch die der ausführlichen Beschreibung folgenden Ansprüche definiert wird. Des Weiteren ist der beanspruchte Erfindungsgegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die irgendwelche oben oder in irgendeinem anderen Teil dieser Offenbarung angeführten Nachteile lösen.
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.
5A und 5B zeigen ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Bestimmung der vollständig geschlossenen Stellung eines Wastegate-Ventils des Wastegate von 2 oder 3 darstellt.
6 zeigt ein beispielhaftes Kennfeld, das die Bestimmung der vollständig geschlossenen Stellung eines Wastegate-Ventils gemäß verschiedener Betriebsparameter der Kraftmaschine von 1 zeigt.
7 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Bestimmung der vollständig geschlossenen Stellung eines Wastegate-Ventils des Wastegate von 2 oder 3, wenn eine vollständig geöffnete Stellung erwünscht ist, darstellt.
8 zeigt ein Kennfeld gelernter vollständig geschlossener Stellungen als Funktion der Temperatur.
Bei einigen Brennkraftmaschinen kann eine Verdichtungsvorrichtung, wie zum Beispiel ein Turbolader, dazu verwendet werden, den Druck (zum Beispiel den Ladedruck) von der Kraftmaschine zugeführter Luft zu erhöhen, wodurch Kraftmaschinendrehmoment/-leistungsdichte erhöht werden. Bei einigen Ansätzen wird ein pneumatisches Wastegate zur Steuerung der Stellung eines Wastegate-Ventils und somit der Menge des einer Turbine des Turboladers zugeführten Abgases verwendet, während bei anderen Ansätzen ein elektrisches Wastegate verwendet wird. In beiden Fällen können ein einen Aktuator mit einem Wastegate-Ventil koppelndes Gestänge und eine Turbinenanordnung hohen Umgebungstemperaturen und somit einer Wärmeverformung (zum Beispiel Dehnung, Schrumpfung usw.) ausgesetzt sein. Somit kann die Genauigkeit einer Bestimmung der Stellung des Wastegate-Ventils und der Stellung, bei der es vollständig gegen ein Ventilsitz geschlossen ist, abnehmen, was zu einer ungenauen Beurteilung des Ventilhubs und somit der Aufladungszufuhr zur Kraftmaschine führt.
Es werden verschiedene Verfahren zur Bestimmung der vollständig geschlossenen Stellung eines Wastegate-Ventils bereitgestellt. In einem Beispiel wird eine Ansteuerung in eine nicht geschlossene Stellung für ein Wastegate-Ventil in einem Niedrighubbereich bezüglich eines Ventilsitzes empfangen. Vor der Ausführung der Stellungsansteuerung wird das Wastegate-Ventil nur vorübergehend geschlossen, um dadurch eine vollständig geschlossene Stellung zu bestimmen. 1 ist ein Blockdiagramm einer turboaufgeladenen Brennkraftmaschine, 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. 5A und 5B zeigen ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Bestimmung der vollständig geschlossenen Stellung eines Wastegate-Ventils des Wastegate von 2 oder 3 darstellt. 6 zeigt ein beispielhaftes Kennfeld, das eine Bestimmung der vollständig geschlossenen Stellung eines Wastegate-Ventils gemäß verschiedener Betriebsparameter der Kraftmaschine von 1 darstellt. Die Kraftmaschine von 1 enthält auch eine Steuerung, die zur Durchführung der in den 4, 5A und 5B 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 und einen Einlasskrümmerdrucksensor 122 zur Bereitstellung jeweiliger Signale MAF (mass airflow – Luftmasse) und MAP (manifold air pressure – Einlasskrümmerdruck) 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; die Kraftmaschinenkühlmitteltemperatur (ECT – engine coolant temperature) von dem Temperatursensor 112, der an einer Stelle in der Kraftmaschine 10 schematisch gezeigt wird; ein Profilzündungsaufnahmesignal (PIP-Signal, 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 absolute 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 Kraftmaschinendrehmoment abgeben. Weiterhin kann dieser Sensor zusammen mit der erfassten Kraftmaschinendrehzahl 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 Aktuator handeln kann. Bei einigen Ausführungsformen kann der Aktuator 150 ein Elektromotor sein. Zusätzliche Einzelheiten und Beispiele hinsichtlich Wastegate 26 und Aktuator 150 werden unten angeführt. 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 144 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 Ansaugsauerstoffsensor (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 200 ein elektrisches Wastegate und wird durch einen Aktuator 150, bei dem es sich in diesem Beispiel um einen elektrischen Aktuator 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.
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. Des Weiteren kann bei anderen Ausführungsformen die Stellung des Wastegate-Ventils basierend auf einem ein oder mehrere der oben unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Signale (zum Beispiel BOOST) verwendenden weichen Modell bestimmt und zur Steuerung 12 gesendet 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. In einem Beispiel kann der Niedrighubbereich unter 25% des zur Verfügung stehenden Gesamthubs betragen. In einem anderen Beispiel kann er ein Bereich von 0–30% des zur Verfügung stehenden Gesamthubs sein. Wie hierin verwendet, kann sich "Hub" gleichermaßen auf die Stellung eines Wastegate-Ventils bezüglich der vollständig geschlossenen Position beziehen. In einem anderen Beispiel kann sich der Niedrighubbereich 214 von einer Oberseite 216 des Ventilsitzes 212 bis zu irgendeinem geeigneten definierten Punkt in der Kammer 207 erstrecken und kann von dieser Oberseite bis zu der Oberseite des Wastegate-Ventils 206 gemessen werden. Zum Beispiel kann sich der Niedrighubbereich 214 von der Oberseite 216 des Ventilsitzes 212 bis zu einer Höhe von ungefähr 20% der Gesamthöhe der Kammer 207 erstrecken. 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. Auf den Niedrighubbereich 214 wird in einem unten unter Bezugnahme auf 5 beschriebenen Verfahren 500 zur Erhöhung der Genauigkeit von Aufladungssteuerung Bezug genommen.
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 Vorbelastungsglied 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.
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. Des Weiteren kann im Wastegate 300 ein (nicht gezeigter) Stellungssensor vorgesehen sein, um die Bestimmung der Stellung des Wastegate-Ventils 302 wie mit dem Stellungssensor 203 im Wastegate 200 zu ermöglichen.
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.
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), 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 kann bei 440 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 (WGC-Signal, WGC – wastegate control) 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-, Rückkopplungsoder 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 den Ladedruck bezüglich des Atmosphärendrucks erhöhen würde, kann der Betrag des Ausgleichterms verkleinert werden. Wenn sich der Einlassnocken auf eine Weise bewegt, die den Ladedruck bezüglich des Atmosphärendrucks verkleinern würde, kann analog dazu der Betrag des Ausgleichterms vergrößert werden.
Als Nächstes kann bei 450 wahlweise die Stellung, bei der das Wastegate-Ventil (zum Beispiel die Ventile 206, 302) vollständig geschlossen ist, bestimmt werden. 5A und 5B zeigen ein Flussdiagramm, das ein Verfahren 500 zur Bestimmung der Stellung, bei der ein Wastegate-Ventil vollständig geschlossen ist, darstellt. Das Verfahren 500 kann zum Beispiel zur Bestimmung der Stellung, bei der die Wastegate-Ventile 206, 302 vollständig geschlossen sind, verwendet werden.
Die Verwendung des Verfahrens 500 basiert auf der Erkennung, dass eine Wärmeverformung in einem Wastegate aufgrund von hohen Umgebungstemperaturen die Steuerung des Wastegate und somit die genaue Zufuhr von Aufladungshöhen zu einer Kraftmaschine nachteilig beeinflusst. Bei einem elektrischen Wastegate, wie zum Beispiel dem Wastegate 200, kann eine Wärmeverformung ein Ausdehnen und Schrumpfen des Gestänges 204 verursachen was einen Fehler zwischen der bestimmten und der tatsächlichen Stellung des Wastegate-Ventils 206 einführt. Ebenso kann bei einem pneumatischen Wastegate, wie zum Beispiel dem Wastegate 300, eine Wärmeverformung in dem Gestänge 304 einen Fehler zwischen der bestimmten und der tatsächlichen Stellung des Wastegate-Ventils 302 einführen. Die vorliegenden Erfinder haben erkannt, dass, wenn ein Wastegate-Ventil innerhalb einer bestimmten Entfernung von seinem entsprechenden Ventilsitz platziert wird (zum Beispiel innerhalb eines Niedrighubbereichs, wie zum Beispiel des Niedrighubbereichs 214), und unter bestimmten Bedingungen, die unten ausführlicher beschrieben werden, das Wastegate-Ventil für eine kurze, vorbestimmte Zeitdauer in eine vollständig geschlossene Stellung bewegt werden kann, ohne die Kraftmaschinenleistung nachteilig zu beeinflussen (zum Beispiel zu überschwingen/unterschwingen) oder die Kraftmaschine und andere Komponenten zu gefährden, um, falls gewünscht, die Position (oder die Ausrichtung/den Zustand einer anderen Komponente) der vollständig geschlossenen Stellung zu bestimmen.
Bei 502 des Verfahrens wird bestimmt, ob sich das Wastegate-Ventil in einem Niedrighubbereich befindet oder nicht. Wie oben beschrieben, kann der Niedrighubbereich einen Bereich bezeichnen, in dem die Trennung zwischen dem Wastegate-Ventil und seinem entsprechenden Ventilsitz (zum Beispiel dem Ventilsitz 314) für die mehreren Stellungen (zum Beispiel Hübe) des Wastegate-Ventils in diesem Niedrighubbereich relativ gering ist. Der Niedrighubbereich kann zum Beispiel 20% der Gesamthöhe einer Kammer, der sich das Wastegate-Ventil bewegt, sein. Bei einigen Ausführungsformen kann der Niedrighubbereich ein Bereich sein, der Stellungen enthält, die über einem unteren Schwellenwert, aber unter einem oberen Schwellenwert (zum Beispiel zwischen 10–20% von Maximalhub) liegen. Der Niedrighubbereich kann basierend auf den physischen Eigenschaften eines Wastegate und einer Kraftmaschine vorbestimmt sein, oder dynamisch bestimmt werden, so dass der Maximalhub, aus dem das Wastegate-Ventil in die vollständig geschlossene Stellung bewegt werden kann, möglich ist, ohne die Kraftmaschinenleistung nachteilig zu beeinflussen. Ein dem Wastegate entsprechender Stellungssensor (zum Beispiel der Stellungssensor 203) kann, falls verfügbar, dazu verwendet werden, zu bestimmen, ob sich das Wastegate-Ventil im Niedrighubbereich befindet. Wenn bestimmt wird, dass sich das Wastegate-Ventil nicht im Niedrighubbereich befindet (NEIN), wird durch Rückkehr zu 460 von Verfahren 400 normaler Wastegate-Betrieb wieder aufgenommen. Wenn sich das Wastegate-Ventil im Niedrighubbereich befindet (JA) geht das Verfahren zu 504 über.
Als Nächstes wird bei 504 wahlweise bestimmt, ob eine Schwellendauer seit der vorherigen Bestimmung der vollständig geschlossenen Stellung abgelaufen ist. Hier wird die ungenaue Aufladungssteuerung aufgrund der Wärmeverformung durch Versuch einer regelmäßigen Bestimmung der vollständig geschlossenen Stellung gemindert. Die Schwellendauer kann basierend auf Durchschnittstemperaturänderungen für durchschnittliche Fahrzyklen vorbestimmt sein oder kann basierend auf verschiedenen Betriebsparametern – zum Beispiel durch Verfolgung von Temperaturänderungen während des gesamten Kraftmaschinenbetriebs – dynamisch bestimmt werden. Wenn die Schwellendauer seit der vorherigen Bestimmung der vollständig geschlossenen Stellung nicht abgelaufen ist (NEIN), wird durch Rückkehr zu 460 von Verfahren 400 normaler Wastegate-Betrieb wieder aufgenommen. Wenn die Schwellendauer abgelaufen ist (JA), geht das Verfahren zu 506 über.
Als Nächstes wird bei 506 wahlweise bestimmt, ob eine Temperaturänderung einen Schwellenwert seit der letzten Bestimmung der vollständig geschlossenen Stellung übertroffen hat. Der Schwellenwert kann basierend auf bekannten Wärmeausdehnungskoeffizienten (zum Beispiel entsprechend dem Wastegate-Ventilgestänge) vorbestimmt werden, so dass diesen Schwellenwert übertreffende Temperaturänderungen eine Neubestimmung der vollständig geschlossenen Stellung veranlassen, da wahrscheinlich ein großes Ausmaß an Wärmeverformung stattgefunden hat. Wenn die Temperaturänderung den Schwellenwert seit der letzten Bestimmung der vollständig geschlossenen Stellung nicht übertroffen hatte (NEIN), wird durch Rückkehr zu 460 von Verfahren 400 normaler Wastegate-Betrieb wieder aufgenommen. Wenn die Temperaturänderung den Schwellenwert seit der letzten Bestimmung der vollständig geschlossenen Stellung übertroffen hat (JA), geht das Verfahren zu 508 über
Auf 5B Bezug nehmend, wird bei 508 bestimmt, ob die Änderungsrate des Solldrehmoments positiv oder negativ ist. Wenn die Änderungsrate des Solldrehmoments positiv ist, geht das Verfahren zu 510 über. In diesem Fall kann der Kraftmaschine eine größere Aufladungshöhe zugeführt werden, wobei dann Befehle an das Wastegate ausgegeben werden, das Wastegate-Ventil zu der vollständig geschlossenen Stellung hin zu bewegen. Da sich das Wastegate-Ventil in diesem Beispiel bereits in der vollständig geschlossene Stellung bewegt, können Betriebsbedingungen für den Übergang in die vollständig geschlossene Stellung geeigneter sein. Somit werden positive Änderungsraten von Solldrehmoment von dem Verfahren anders gehandhabt als negative Änderungsrate von Solldrehmoment, wobei das Verfahren ersterem gegenüber dem letzeren den Vorzug gibt.
Als Nächstes wird nach Bestimmung, dass die Änderungsrate des Solldrehmoments positiv ist, bei 510 bestimmt, ob die positive Änderungsrate des Solldrehmoments einen ersten Schwellenwert übertrifft. Wenn die positive Änderungsrate des Solldrehmoments den ersten Schwellenwert übersteigt (JA), wird durch Rückkehr zu 460 von Verfahren 400 normaler Wastegate-Betrieb wieder aufgenommen. Hier veranlassen Szenarien, in denen eine Fahrerdrehmomentanforderung, die eine Bestimmung der vollständig geschlossenen Stellung ausschließt, keine solche Bestimmung. Wenn stattdessen die positive Änderungsrate des Solldrehmoments den ersten Schwellenwert nicht übertrifft (NEIN), geht das Verfahren zu 514 über.
Nach Bestimmung, dass die Änderungsrate des Solldrehmoments negativ ist, wird bei 512 bestimmt, ob die negative Änderungsrate des Solldrehmoments einen zweiten Schwellenwert übertrifft. Im Gegensatz zu dem oben beschriebenen ersten Szenarium, in dem die Änderungsrate des Solldrehmoments positiv ist, werden hier Befehle an das Wastegate ausgegeben, das Wastegate-Ventil von der vollständig geschlossenen Stellung weg zu bewegen. Somit können negative Änderungsraten des Solldrehmoments der Bestimmung der vollständig geschlossenen Stellung weniger förderlich sein, da für eine Abweichung vom normalen Wastegate-Ventilbetrieb weniger Zeit zur Verfügung steht. Somit kann der zweite Schwellenwert kleiner als der erste Schwellenwert sein, wobei ein größer Bereich von positivem Änderungsraten des Solldrehmoments der Bestimmung der vollständig geschlossenen Stellung förderlich ist, im Vergleich zu dem Bereich von negativen Änderungsraten des Solldrehmoments, die solch einer Bestimmung förderlich sind. Wenn der zweite Schwellenwert übertroffen wird (JA), wird durch Rückkehr zu 460 von Verfahren 400 normaler Wastegate-Betrieb wieder aufgenommen. Wenn der zweite Schwellenwert nicht übertroffen Wert (NEIN), geht das Verfahren zu 514 über.
In einigen Fällen kann die Änderungsrate des Solldrehmoments im Wesentlichen gleich null sein. Hier kann mindestens ein Teil des Verlaufs der Änderungsrate des Solldrehmoments bewertet werden, um eine positive oder negative Nettoänderungsrate des Solldrehmoments zu bestimmen. Andere Ansätze können die Änderungsrate des Solldrehmoments vorhersagen. Bei einigen Ausführungsformen kann das Verfahren nach Bestimmung einer Änderungsrate des Solldrehmoments von im Wesentlichen gleich null einfach zu 514 übergehen.
Als Nächstes wird bei 514 bestimmt, ob die Last der Kraftmaschine (zum Beispiel der Kraftmaschine 10) eine Schwellenlast übertrifft. Wenn die Schwellenlast übertroffen wird (JA) wird durch Rückkehr zu 460 von Verfahren 400 normaler Wastegate-Betrieb wieder aufgenommen. Hier können Situationen vermieden werden, in denen die zum Bewegen des Wastegate-Ventils in die vollständig geschlossene Stellung erforderliche Zeit unangemessen ist, genauso wie Situationen, in denen weiteres Schließen des Wastegate-Ventils eine Gefahr für die Kraftmaschine und ihre Komponenten darstellen würde. Bei anderen Ausführungsformen kann bestimmt werden, ob eine Kraftmaschinenumdrehungsrate (z.B. in Form von RPM) eine Schwellenrate übertrifft. Wenn die Schwellenlast nicht übertroffen wird (NEIN), geht das Verfahren zu 516 über.
Bei 516 wird die Differenz zwischen dem Isthub des Wastegate-Ventils und einem von der Steuerung (zum Beispiel der Steuerung 12 in 1) zum Wastegate gesendeten angesteuerten Hub bestimmt. Da ein von einer Steuerung gesendeter angesteuerter Hub in Form eines einem Aktuator des Wastegate-Ventils zugeordneten Parameters codiert sein kann, kann der angesteuerter Hub zum Beispiel über eine Nachschlagetabelle in eine Wastegate-Ventilstellung umgewandelt werden. Während sich in einigen Szenarien das Wastegate-Ventil im Niedrighubbereich befinden kann, kann an das Wastegate-Ventil ein angesteuerter Hub ausgegeben werden, der einem Hub entspricht, der von seinem Isthub weit entfernt ist. Eine solche Entfernung kann ein Bewegen des Wastegate-Ventils in die vollständig geschlossene Stellung in der dazu zur Verfügung stehenden Zeit und anschließend Erreichen des angesteuerten Hubs ausschließen. Somit wird bei 518 bestimmt, ob die Differenz zwischen dem Isthub und dem angesteuerten Hub eine Schwellendifferenz übertrifft. Wenn die Schwellendifferenz übertroffen wird (JA) wird durch Rückkehr zu 460 von Verfahren 400 normaler Wastegate-Betrieb wieder aufgenommen. Wenn die Schwellendifferenz nicht übertroffen wird (NEIN), geht das Verfahren zu 520 über.
Bei 520 wird eine Verweilzeit, für die das Wastegate-Ventil in der vollständig geschlossenen Stellung gehalten werden kann, bestimmt. Die Verweilzeit kann basierend auf mindestens dem bei 516 bestimmten Ist-Wastegate-Ventilhub und angesteuerten Hub und physischen Eigenschaften des Wastegate bestimmt werden. Die Verweilzeit kann so gewählt werden, dass die Kraftmaschinenleistung (zum Beispiel das Drehmoment) und die Turbinendrehzahl nicht überschwingt werden. Eine derartige Wahl der Verweilzeit kann einen oder mehrere Betriebsparameter, darunter die Änderungsrate des Sollkraftmaschinendrehmoments, berücksichtigen, wie unten ausführlicher beschrieben. Zum Beispiel kann die Verweilzeit mit Zunahme der Änderungsrate des Solldrehmoments abnehmen. Als anderes Beispiel kann die Verweilzeit basierend auf einer Differenz zwischen einer Stellungsansteuerung und dem Ist-Wastegate-Ventilhub bestimmt werden.
Als Nächstes wird bei 522 das Wastegate-Ventil für eine Dauer von höchstens der bei 520 bestimmten Verweilzeit in die vollständig geschlossene Stellung bewegt. Für bestimmte Szenarien kann eine ausreichende Bestimmung der vollständig geschlossenen Stellung das Bewegen in die vollständig geschlossene Stellung für einen großen Teil oder für die Gesamtdauer der Verweilzeit erfordern. Zum Beispiel kann das Wastegate-Ventil von seinem Ventilsitz abprallen nachdem es angewiesen worden war, in die vollständig geschlossene Stellung zu gehen. Somit ist mehr Zeit erforderlich, um einen Kontakt des Ventilsitzes und somit Bestimmung seiner Position zu gewährleisten. Es versteht sich, dass eine Verifizierung, dass die vollständig geschlossene Stellung erreicht worden ist, auf eine beliebige geeignete Weise, darunter Überwachung von Aktuatorrückkopplung (zum Beispiel einem Motor in einem elektrischen Wastegate zugeführter Strom), Rückkopplung von einem Wastegate-Ventilstellungssensor und Aufladungshöhen, durchgeführt werden kann. Hier kann eine vollständig geschlossene Iststellung bestimmt werden, da sich die vollständig geschlossene Iststellung von einer zu einem vorherigen Zeitpunkt bestimmten vollständig geschlossenen Stellung unterscheiden kann. Des Weiteren können andere Daten einer gelernten vollständig geschlossenen Stellung, einschließlich einer oder mehrerer Wärmebedingungen (zum Beispiel Abgastemperatur) und dem Zeitpunkt, zu dem die vollständig geschlossene Stellung gelernt wird, zugeordnet werden. Die kollektiven Daten können in einer geeigneten Datenstruktur in der Steuerung 12 gespeichert werden, um eine Anzeige für die Gründlichkeit des Lernens der vollständig geschlossenen Stellung bereitzustellen, wie unten unter Bezugnahme auf 8 in weiterer Einzelheit beschrieben.
Auf diese Weise stellt das Verfahren 500 einen Mechanismus bereit, durch den eine ungenaue Aufladungssteuerung aufgrund von sich aus Wärmeverformung ergebender Unbestimmtheit einer Wastegate-Ventilstellung gemindert werden kann, ohne die Kraftmaschinenleistung (zum Beispiel das Drehmoment) nachteilig zu beeinflussen oder den normalen Betrieb zu gefährden. Bei Ausführungsformen, die eine Steuerung mit innerer und äußerer Schleife zum Steuern von von einem Wastegate zugeführter Aufladungshöhen verwenden, kann die relativ schnelle Dynamik der Steuerung mit innerer Schleife dazu ausgenutzt werden, die Position einer vollständig geschlossenen Stellung (zum Beispiel des Ventilsitzes) ohne nachteilige Auswirkungen zu bestimmen. Wie oben beschrieben, versteht sich, dass die Bestimmung der Position der vollständig geschlossenen Stellung einer Ausrichtung oder einem Zustand eines mit einem Wastegate wirkgekoppelten Aktuator entsprechen kann, wie zum Beispiel der Ausrichtung einer Drehkomponente in einem ein elektrisches Wastegate betätigenden Motor. Des Weiteren kann das Verfahren 500 auf verschiedene geeignete Weisen eingestellt werden, um die oben beschriebenen Ergebnisses zu erzielen. Zum Beispiel kann das Verfahren ohne kürzlicher Zufuhr eines angesteuerten Hubs durch eine Kraftmaschinensteuerung, aber bei Übertreffen eines oder mehrerer der oben beschriebenen Schwellenwerte (zum Beispiel Zeit, Temperatur usw.), ausgeführt werden.
Das Verfahren 500 kann nicht gezeigte zusätzliche Schritte umfassen. Insbesondere kann das Verfahren eine Beeinträchtigung einer Erfassung der Wastegate-Ventilstellung anzeigen. Wenn eine Iststellung eines Wastegate-Ventils (zum Beispiel durch einen Stellungssensor angezeigt) um mehr als einen Beeinträchtigungsschwellenwert für länger als die Dauer einer Verweilzeit, die das Wastegate-Ventil in der vollständig geschlossenen Stellung gehalten wird, nicht mit einer gelernten vollständig geschlossenen Stellung übereinstimmt, kann eine Beeinträchtigung angezeigt werden, beispielsweise über eine Armaturenanzeige und/oder Setzen eines Diagnosecodes.
Nunmehr auf 6 Bezug nehmend, wird ein Kennfeld 600 gezeigt, das eine Kraftmaschinenlast, Umdrehungen pro Minute (RPM), Solldrehmoment (τ_D), Änderungsrate des Solldrehmoments (dτ_D/dt) und Hub eines Wastegate-Ventils, alle als Funktion der Zeit, darstellt. Das Kennfeld 600 kann einen beispielhaften Fahrzyklus für die Kraftmaschine 10 bei Ausführungsformen darstellen, bei denen die Kraftmaschine das Wastegate 200 oder 300 enthält und zum Beispiel das Verfahren 500 von 5 ausführt.
Insbesondere stellt 6 Zeiten und Betriebsparameterbereiche dar, in denen ein Wastegate-Ventil durch Ausführung des Verfahrens 500 von 5 in seine vollständig geschlossene Stellung bewegt wird, um dadurch die Position der vollständig geschlossenen Stellung zu bestimmen. In einem ersten Bereich 602 sind Betriebsparameter für die Bestimmung der vollständig geschlossenen Stellung förderlich. Insbesondere liegen Last, RPM, Solldrehmoment und Änderungsrate des Solldrehmoments innerhalb zulässiger Grenzen für solch eine Bestimmung. Demgemäß wird der Hub des Wastegate-Ventils, wie durch die gestrichelten Linien gezeigt, für eine erste Verweilzeit auf null reduziert (zum Beispiel gegen den Ventilsitz in die vollständig geschlossene Stellung gebracht). Bedingungen, wie zum Beispiel eine Ansteuerung zur Erhöhung des Hubs des Wastegate-Ventils, enden die Bestimmung der vollständig geschlossenen Stellung. Ebenso sind Betriebsparameter später im Betrieb der Kraftmaschine 10 für die erneute Bestimmung der vollständig geschlossenen Stellung in einem zweiten Bereich 604 förderlich. Hier übertrifft die die Bestimmung der vollständig geschlossenen Stellung im ersten Bereich 602 und zweiten Bereich 604 trennende Zeit einen Schwellenwert, wodurch eine erneute Bestimmung veranlasst wird. Darüber hinaus bleiben Betriebsparameter für das Aufrechterhalten des Wastegate-Ventils in der vollständig geschlossenen Stellung für eine zweite Verweilzeit, die im Verhältnis länger ist als die erste Verweilzeit, förderlich. Es wird auch die Beendigung der Bestimmung der vollständig geschlossenen Stellung dargestellt. Obgleich Betriebsparameter ein solches Ende möglicherweise nicht erforderlich machen, ist die zweite Verweilzeit für eine ausreichende Bestimmung der vollständig geschlossenen Stellung angemessen. In anderen Bereichen von Kennfeld 600 verhindern Betriebsparameter eine Bestimmung der vollständig geschlossenen Stellung. Zum Beispiel kann der Ventilhub in Bereichen vor dem ersten Bereich 602 und zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich 602 und 604 nicht auf null reduziert werden, was zum Beispiel auf Ventilhübe und ein hohes Solldrehmoment zurückzuführen ist. Im Bereich 606 übertrifft die Änderungsrate des Solldrehmoments (dτ_D/dt) eine Obergrenze, wodurch ein Anwenden der vollständig geschlossene Stellung verhindert wird. Bei einigen Ausführungsformen verringert sich bei Zunahme dieser Änderungsrate die Dauer der Verweilzeit, mit der ein Wastegate-Ventil in einer vollständig geschlossenen Stellung gehalten wird. Die Positionierung eines Wastegate-Ventils in einem vollständig geschlossenen Zustand und Bestimmung einer Verweilzeit zum Halten des Wastegate-Ventils in dem vollständig geschlossenen Zustand kann einen oder mehrere der oben beschriebenen Betriebsparameter (zum Beispiel die Änderungsrate des Sollkraftmaschinendrehmoments) berücksichtigen.
Erneut auf 4 Bezug nehmend, kann das Wastegate bei 460 gemäß der Sollaufladung unter Berücksichtigung von bei 450 durchgeführten Einstellungen eingestellt werden, wenn die vollständig geschlossene Stellung bestimmt wurde. In einigen Beispielen kann der Sollladedruck als eine Eingabe in einen Vorwärtskopplungssteueralgorithmus zur Einstellung der Wastegate-Stellung verwendet werden. Der Vorwärtskopplungssteueralgorithmus 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.
Die Bestimmung der vollständig geschlossenen Stellung eines Wastegate-Ventils kann bei anderen Betriebsbedingungen, einschließlich jenen, bei denen eine Platzierung des Wastegate-Ventils in eine vollständig geöffnete Stellung erwünscht ist, durchgeführt werden. 7 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren 700 zur Bestimmung der vollständig geschlossenen Stellung eines Wastegate-Ventils (zum Beispiel der Wastegate-Ventile 206, 302) darstellt, wenn die vollständig geöffnete Stellung erwünscht ist. Die Wastegate-Ventile 206 und 302 können zum Beispiel vollständig geöffnete Stellungen einnehmen, wenn sie jeweils in Bereichen über und außerhalb der Niedrighubbereiche 214 und 322 platziert sind. Das Verfahren 400 von 4 kann so modifiziert werden, dass es als Alternative oder zusätzlich zu dem Verfahren 500 von 5 das Verfahren 700 umfasst.
Bei 702 vom Verfahren 700 wird bestimmt, ob die vollständig geöffnete Stellung eines Wastegate-Ventils erwünscht ist. Ein durch eine Kraftmaschinensteuerung (zum Beispiel die Steuerung 12 von 1) gesendeter angesteuerter Hub kann zur Durchführung solch einer Bestimmung bewertet werden. Wenn der angesteuerter Hub der vollständig geöffneten Stellung entspricht, wird bestimmt, dass die vollständig geöffnete Stellung erwünscht ist (JA), und das Verfahren geht zu 704 über. Wenn die vollständig geöffnete Stellung nicht erwünscht ist (NEIN), wird normaler Wastegate-Betrieb wieder aufgenommen, indem zum Beispiel zu 460 von Verfahren 400 zurückgekehrt wird.
Bei 704 wird bestimmt, ob Fluidstrom (zum Beispiel Einlassluftstrom) stromaufwärts eines Turboladerverdichters (zum Beispiel des Verdichters 60) gedrosselt ist. Fluidstrom stromaufwärts des Turboladerverdichters kann basierend auf durch einen Luftmassensensor, wie zum Beispiel den Sensor 120 in 1, zugeführten Signalen bewertet werden. Wenn Fluidstrom in diesem Bereich gedrosselt ist, erhöht eine Bewegung des Wastegate-Ventils zu der vollständig geschlossenen Stellung hin nicht die einer Kraftmaschine (zum Beispiel der Kraftmaschine 10) zugeführten Aufladungshöhen oder die/das sich ergebende Kraftmaschinenleistung/-drehmoment. Wenn Fluidstrom stromaufwärts des Verdichters gedrosselt ist (JA) geht das Verfahren 700 somit zu 708 über. Wenn Fluidstrom stromaufwärts des Verdichters nicht gedrosselt ist (NEIN) geht das Verfahren zu 706 über.
Bei 706 wird bestimmt, ob ein Kraftstoff-Schubabschaltungsereignis (DFCO-Ereignis, DFCO – deceleration fuel cut off) auftritt. Die Bewertung von Istkraftstoffzufuhrbedingungen kann zum Beispiel Überwachen von von der Steuerung 12 in 1 ausgegebenen FPW-Signalen umfassen. Hier veranlassen Bedingungen, wie zum Beispiel die Fahrzeugabbremsung, eine Beendigung der Kraftstoffzufuhr zu den Zylindern einer Kraftmaschine (zum Beispiel den Zylindern 30 der Kraftmaschine 10 in 1). In diesem Fall führen Zunahmen der der Kraftmaschine zugeführten Aufladungshöhe nicht zu Zunahmen der/des Kraftmaschinenleistung/-drehmoments. Somit kann das Wastegate-Ventil in die vollständig geschlossene Stellung bewegt werden, ohne den Kraftmaschinenbetrieb nachteilig zu beeinflussen (zum Beispiel das Kraftmaschinendrehmoment zu überschwingen). Wenn bestimmt wird, dass ein DFCO-Ereignis auftritt (JA), geht das Verfahren demgemäß zu 708. Wenn kein DFCO-Ereignis auftritt (NEIN), wird normaler Wastegate-Betrieb wieder aufgenommen, indem zum Beispiel zu 460 von Verfahren 400 zurückgekehrt wird
Bei 708 wird eine Verweilzeit, mit der das Wastegate-Ventil gehalten werden kann, um die vollständig geschlossene Stellung zu lernen, bestimmt, wie oben beschrieben.
Als Nächstes wird bei 710 das Wastegate-Ventil in die vollständig geschlossene Stellung bewegt und dort für mindestens die Verweilzeit, oder bis die Stellung des Wastegate-Ventils die Kraftmaschinenleistung beeinflusst, was bei der dargestellten Ausführungsform auftritt, wenn das DFCO-Ereignis endet oder wenn Fluidstrom stromaufwärts des Verdichters des Turboladers nicht mehr gedrosselt wird, gehalten, wie oben beschrieben. Somit wird das Wastegate-Ventil in einigen Szenarien für weniger als die vorbestimmte Verweilzeit in der vollständig geschlossenen Stellung gehalten.
Schließlich wird bei 712 die bei 710 gelernte vollständig geschlossene Stellung einer oder mehreren Wärmebedingungen zugeordnet und gespeichert, zum Beispiel im RAM 108 und/oder KAM 110 der Steuerung 12 in 1. Die eine oder die mehreren Wärmebedingungen können Messwerte von einem Temperatursensor, wie zum Beispiel dem Sensor 112 der Kraftmaschine 10, umfassen, obgleich auch Messwerte von anderen Sensoren sowie Schätzungen der Temperatur nahe dem Wastegate-Ventil (zum Beispiel der Abgastemperatur) umfasst sein können. Die Zeit, bei der eine vollständig geschlossene Stellung gelernt wird, kann ferner der gelernten vollständig geschlossenen Stellung und der/den zugehörigen einen oder mehreren Wärmebedingungen zugeordnet werden, so dass eine Anzeige der Frequenz des Lernens der vollständig geschlossenen Stellung für bestimmte Wärmebedingungen bereitgestellt werden kann, wie unten in weiterer Einzelheit beschrieben. Im Anschluss an 712 wird der normaler Wastegate-Betrieb wieder aufgenommen, indem zum Beispiel zu 460 von Verfahren 400 zurückgekehrt wird.
Nunmehr auf 8 Bezug nehmend, wird ein Kennfeld 800 gezeigt, das basierend auf mehreren gelernten vollständig geschlossen Stellungen und zugehörigen Daten, darunter eine oder mehrere Wärmebedingungen, die in diesem Fall eine Temperatur (zum Beispiel die Abgastemperatur) und die Zeit, bei der die vollständig geschlossenen Stellungen gelernt werden, in diesem Beispiel durch Schattierung gezeigt, enthalten, gebildet werden kann. Insbesondere enthält das Kennfeld 800 eine erste Gruppe 802 von vor verhältnismäßig kurzer Zeit gelernten Stellungen für einen relativ hohen Temperaturbereich, eine vor der ersten Gruppe 802 gelernte zweite Gruppe 804 von Stellungen in Richtung eines mittleren Temperaturbereichs und eine vor der zweiten Gruppe 804 gelernte dritte Gruppe 806 von Stellungen in Richtung des Beginns des Kraftmaschinenbetriebs in einem relativ niedrigen Temperaturbereich. Das Kennfeld 800 stellt eine Struktur bereit, die für das Speichern sowohl von aktuellen gelernten vollständig geschlossenen Stellungen als auch vergangenen vollständig geschlossenen Stellungen (zum Beispiel vor einer aktuellen gelernten vollständig geschlossenen Stellung gelernten vollständig geschlossenen Stellungen) geeignet ist. Das Kennfeld 800 kann auch eine Anzeige für die Häufigkeit des Lernens der vollständig geschlossenen Stellung bereitstellen. Zum Beispiel können durch Zugriff auf das Kennfeld 800 Bereiche bestimmt werden, in denen das Lernen einer vollständig geschlossenen Stellung nicht erfolgt ist oder nicht häufig erfolgt ist. In dem dargestellten Beispiel ist in den Bereichen 808 und 810 das Lernen einer vollständig geschlossenen Stellung nicht erfolgt. Zum Maximieren des Lernens einer vollständig geschlossenen Stellung und Gewährleisten, dass das Lernen im Wesentlichen über verschiedene Kraftmaschinenbetriebsbereiche (zum Beispiel Temperaturen) durchgeführt wird, kann eine Kraftmaschinensteuerung (zum Beispiel die Steuerung 12) Instruktionen enthalten, die dazu ausführbar sind, das Lernen einer vollständig geschlossenen Stellungen vorzugsweise für Bereiche anzusetzen, in denen kein oder kein häufiges Lernen erfolgt ist, wie zum Beispiel in den Bereichen 808 und 810. Das Lernen einer vollständig geschlossenen Stellung für einen bestimmten Bereich kann zum Beispiel veranlasst werden, wenn eine Schwellendauer seit dem vorherigen Lernen überschritten ist.
Des Weiteren kann das Lernen einer vollständig geschlossenen Stellung basierend auf der vergangenen Zeit seit dem letzten Lernen durchgeführt werden. Während die dritte Gruppe 806 von Stellungen das älteste Lernen im Kennfeld 800 markiert, kann dem erneuten Lernen der vollständig geschlossenen Stellung in diesem Bereich Vorzug gegeben werden. Bei einigen Ansätzen können die Bereiche 808 und 810 basierend auf nahe gelernten Stellungen gefüllt werden. Zur Beispiel können diese Bereiche durch Extrapolieren von in anderen umliegenden Bereichen gelernten Stellungen gefüllt werden (zum Beispiel kann der Bereich 808 durch Extrapolieren gelernter Stellungen in den Gruppen 802 und 804 gefüllt werden). Es versteht sich jedoch, dass die beschriebene Funktionalität des Kennfelds 800 auch durch andere geeignete Datenstrukturen ermöglicht werden kann. Zum Beispiel kann eine Nachschlagetabelle gelernten Stellungen zugeordnete Daten, einschließlich Zeit des Lernens und Temperatur, codieren.
Es sei darauf hingewiesen, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzungsverfahren mit verschiedenen Kraftmaschinen- 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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7775043 [0003]

Claims

Verfahren, umfassend: Empfangen einer Ansteuerung in eine nicht geschlossene Stellung für ein Wastegate-Ventil, wobei die Stellungsansteuerung in einem Niedrighub- oder Großhubbereich bezüglich eines Ventilsitzes erfolgt; und vor der Ausführung der Stellungsansteuerung nur vorübergehendes Schließen des Wastegate-Ventils zur Bestimmung einer aktuellen vollständig geschlossenen Stellung.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Einstellen eines mit dem Wastegate-Ventil gekoppelten Aktuators basierend auf der bestimmten aktuellen vollständig geschlossenen Stellung, während es zumindest teilweise geöffnet ist, wobei das Bestimmen der aktuellen vollständig geschlossenen Stellung Bestimmen einer Ausrichtung des mit dem Wastegate-Ventil wirkgekoppelten Aktuators umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Aktuator ein pneumatischer Aktuator oder ein elektrischer Aktuator ist, wobei das Verfahren ferner nach dem nur vorübergehenden Schließen des Wastegate Einstellen des Aktuators zum Bewegen des Wastegate in die basierend auf der bestimmten aktuellen vollständig geschlossenen Stellung angesteuerten nicht geschlossene Stellung umfasst, wobei die Großhubbereichansteuerung unter Kraftstoff-Schubabschaltbedingungen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Empfangen einer Ansteuerung in die vollständig geöffnete Stellung für das Wastegate-Ventil, wobei das Wastegate-Ventil in einem Turbolader angeordnet ist; wenn Fluidstrom stromaufwärts eines Verdichters des Turboladers gedrosselt ist, nur vorübergehendes Schließen des Wastegate-Ventils zur Bestimmung der aktuellen vollständig geschlossenen Stellungen; und wenn der Fluidstrom stromaufwärts des Verdichters nicht gedrosselt ist, Ausführen der Ansteuerung in die vollständig geöffnete Stellung.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Empfangen einer Ansteuerung in eine vollständig geöffnete Stellung für das Wastegate-Ventil; wenn den Zylindern einer Brennkraftmaschine kein Kraftstoff zugeführt wird, nur vorübergehendes Schließen des Wastegate-Ventils zur Bestimmung der aktuellen vollständig geschlossenen Stellungen; und wenn den Zylindern Kraftstoff zugeführt wird, Ausführen der Ansteuerung in die vollständig geöffnete Stellung.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Zuordnen einer Temperatur und einer Zeit zu der aktuellen vollständig geschlossenen Stellung; und Speichern der vollständig geschlossenen Stellung und der zugehörigen Temperatur und Zeit, so dass gelernte vollständig geschlossenen Stellungen für gegebene Temperaturen zugänglich sind; wobei das vorübergehende Schließen des Wastegate-Ventils zur Bestimmung der aktuellen vollständig geschlossenen Stellung vorzugsweise für eine gewählte Temperatur angesetzt wird, wenn eine Schwelldauer seit Bestimmung einer vollständig geschlossenen Stellung für die gewählte Temperatur überschritten wird.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend Bestimmen der vollständig geschlossenen Stellung für die gewählte Temperatur durch Extrapolieren gelernter vollständig geschlossener Stellungen für Temperaturen nahe der gewählten Temperatur.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Bestimmen, ob eine Änderungsrate des Solldrehmoments positiv oder negativ ist; wenn die Änderungsrate des Solldrehmoments positiv ist und einen ersten Schwellenwert nicht übersteigt, nur vorübergehendes Schließen des Wastegate-Ventils; und wenn die Änderungsrate des Solldrehmoments negativ ist und einen zweiten Schwellenwert nicht übersteigt, nur vorübergehendes Schließen des Wastegate-Ventils; wobei der erste Schwellenwert größer als der zweite Schwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Wastegate-Ventil vorübergehend geschlossen wird, wenn eine Kraftmaschinenumdrehungsrate unter einem Schwellenwert liegt, ansonsten der Aktuator dazu eingestellt wird, das Wastegate in die ohne vorübergehendes Schließen des Wastegate angesteuerte nicht geschlossene Stellung zu bewegen; wobei das Wastegate-Ventil vorübergehend geschlossen wird, wenn eine Kraftmaschinenlast unter einem Schwellenwert liegt, ansonsten der Aktuator dazu eingestellt wird, das Wastegate in die basierend auf der bestimmten aktuellen vollständig geschlossenen Stellung angesteuerten nicht geschlossenen Stellung zu bewegen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Wastegate-Ventil vorübergehend geschlossen wird, wenn eine Schwellendauer seit vorheriger Bestimmung der vollständig geschlossenen Stellung überschritten ist, ansonsten der Aktuator dazu eingestellt wird, das Wastegate in die ohne vorübergehendes Schließen des Wastegate angesteuerte nicht geschlossene Stellung zu bewegen; und wobei das Wastegate-Ventil vorübergehend geschlossen wird, wenn eine Schwellenänderung der Temperatur überschritten wird, ansonsten der Aktuator dazu eingestellt wird, das Wastegate in die ohne vorübergehendes Schließen des Wastegate angesteuerte nicht geschlossene Stellung zu bewegen.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Bestimmen einer Verweilzeit basierend auf einer Differenz zwischen der Stellungsansteuerung und einem aktuellen Wastegate-Ventilhub; und Halten des Wastegate-Ventils in der aktuellen vollständig geschlossenen Stellung für einen Großteil der Verweilzeit, wobei die bestimmte Verweilzeit mit Zunahme der Differenz abnimmt.
Verfahren, umfassend: wenn ein Stellungsansteuerung für ein Wastegate-Ventil einem Niedrighub- oder Großhubbereich, aber nicht einem Mittelhubbereich bezüglich eines Ventilsitzes entspricht, vorübergehendes Schließen des Wastegate-Ventils zur Bestimmung einer aktuellen vollständig geschlossenen Stellung vor Ausführung der Stellungsansteuerung; und wenn die Stellungsansteuerung dem Niedrighubbereich nicht entspricht, Ausführen der Stellungsansteuerung.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die aktuelle vollständig geschlossene Stellung einer Ausrichtung eines mit dem Wastegate-Ventil wirkgekoppelten Aktuators entspricht.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Aktuator ein pneumatischer Aktuator oder ein elektrischer Aktuator ist.
Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend: Bestimmen, ob eine Änderungsrate des Solldrehmoments positiv oder negativ ist; wenn die Änderungsrate des Solldrehmoments positiv ist und einen ersten Schwellenwert nicht übersteigt, Schließen des Wastegate-Ventils; und wenn die Änderungsrate des Solldrehmoments negativ ist und einen zweiten Schwellenwert nicht übersteigt, Schließen des Wastegate-Ventils; wobei der erste Schwellenwert größer als der zweite Schwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Wastegate-Ventil geschlossen wird, wenn eine Kraftmaschinenumdrehungsrate, eine Kraftmaschinenlast und eine Änderungsrate des Solldrehmoments unter jeweiligen Schwellenwerten liegen.
Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend: Bestimmen einer Verweilzeit basierend auf einer Differenz zwischen der Stellungsansteuerung und einem aktuellen Wastegate-Ventilhub; und Halten des Wastegate-Ventils in der aktuellen vollständig geschlossenen Stellung für einen Großteil der Verweilzeit.
Verfahren, umfassend: Einstellen eines Wastegate-Aktuators ansprechend auf eine Soll- und Ist-Wastegate-Stellung, einschließlich vorübergehendes Bewegen des Wastegate in eine vollständig geschlossene Stellung bei Ansteuerung in eine nicht vollständig geschlossene Stellung, die über einem unteren Schwellenwert, aber unter einem oberen Schwellenwert liegt; wobei das Einstellen ferner auf der Ist-Wastegate-Stellung in dem vollständig geschlossenen Zustand basiert.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei eine Dauer, für die sich das Wastegate vorübergehend in dem vollständig geschlossenen Zustand befindet, auf einer Änderungsrate des Sollkraftmaschinendrehmoments basiert; und wobei die Dauer mit zunehmender Änderungsrate abnimmt.
Verfahren nach Anspruch 18, ferner umfassend Anzeigen einer Beeinträchtigung basierend darauf, dass die Ist-Wastegate-Stellung in dem vollständig geschlossenen Zustand länger als die Dauer um mehr als einen Beeinträchtigungsschwellenwert nicht mit der vollständig geschlossenen Stellung übereinstimmt.