DE102017124057A1

DE102017124057A1 - Verfahren und system zur abgaswärmetauscherdiagnose

Info

Publication number: DE102017124057A1
Application number: DE102017124057.8A
Authority: DE
Inventors: Karen Evelyn Bevan; Ross Dykstra Pursifull; Michael James Uhrich; Joseph Norman Ulrey
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-10-18
Filing date: 2017-10-16
Publication date: 2018-04-19
Also published as: RU2017133286A3; US20180195470A1; CN107956587B; RU2017133286A; CN107956587A; US10487782B2; RU2689655C2; US9909541B1

Abstract

Es werden Verfahren und Systeme zum Ausführen einer On-Board-Diagnose einer Vielzahl von Komponenten eines Abgaswärmeaustauschsystems bereitgestellt. In einem Beispiel kann eine Beeinträchtigung eines oder mehrerer eines Wärmetauschers und eines Kühlmittelsystems, das fluidisch an den Wärmetauscher gekoppelt ist, auf Grundlage einer stromaufwärts von dem Wärmetauscher geschätzten ersten Temperatur, einer stromabwärts von dem Wärmetauscher geschätzten zweiten Temperatur, einer Kühlmitteltemperatur und eines stromaufwärts von dem Wärmetauscher geschätzten Drucks erkannt werden. Zudem kann eine Beeinträchtigung eines Umleitventils des Wärmeaustauschsystems auf Grundlage von Eingaben eines an das Umleitventil gekoppelten Positionssensors erkannt werden.

Description

GEBIET
Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen Verfahren und Systeme zur On-Board-Diagnose von Komponenten eines Abgaswärmeaustauschsystems.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK/KURZDARSTELLUNG
Motoren können mit einem Abgaswärmerückgewinnungssystem konfiguriert sein, um Wärme aus Abgas zurückzugewinnen. Die Abgaswärme kann verwendet werden, um das Motorkühlmittel zu heizen, das dem Motor Wärme bereitstellen und zudem die Fahrgastkabine erwärmen kann, wodurch die Motor- und Kraftstoffeffizienz verbessert werden. Ferner kann Abgas über ein AGR-System zu dem Ansaugkrümmer zurückgeführt werden und dazu verwendet werden, NOx-Emissionen im Abgas zu reduzieren. Ein Abgasrückführungs-(AGR-)Kühler kann an das AGR-System gekoppelt sein, um die Temperatur von zurückgeführtem Abgas herunterzusetzen, bevor es an den Ansaugkrümmer abgegeben wird. Ein kombiniertes Wärmeaustauschsystem kann sowohl für Abgaswärmerückgewinnung als auch AGR-Kühlung verwendet werden. Ein Diagnosevorgang kann periodisch oder opportunistisch ausgeführt werden müssen, um die unterschiedlichen Komponenten des Motorsystems zu überwachen.
Es werden verschiedene Ansätze für die Diagnose eines Abgaswärmetauschers und eines AGR-Kühlers bereitgestellt. In einem Beispiel, wie in US 6,848,434 gezeigt, offenbaren Li et al. ein Verfahren zur Diagnose eines AGR-Kühlers, der an einen AGR-Abgabekanal gekoppelt ist. Ein Wirksamkeitsfaktor für den AGR-Kühler wird auf Grundlage von Faktoren berechnet, zu denen Abgastemperatur, AGR-Kühler-Auslasstemperatur und Motorkühlmitteltemperatur gehören. Der Wirksamkeitsfaktor wird mit einem Schwellenwert verglichen, und falls der Wirksamkeitsfaktor geringer als der Schwellenwert ist, wird eine Fehlfunktion des AGR-Kühlers bestimmt. Der Schwellenwert kann auf einer AGR-Strömungsgeschwindigkeit durch den Abgabekanal beruhen.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch mögliche Probleme bei dem vorstehenden Ansatz erkannt. Beispielsweise kann es in Ausführungsformen, die ein kombiniertes Wärmeaustauschsystem aufweisen, bei dem ein gemeinsamer Wärmetauscher sowohl für Abgaswärmerückgewinnung als auch AGR-Kühlung verwendet wird, nicht möglich sein, eine Beeinträchtigung der AGR-Kühlerfunktion zuverlässig unter Verwendung eines einzelnen Wirksamkeitsfaktors zu erkennen. Insbesondere kann es schwierig sein, Probleme bei der AGR-Kühlfunktionalität des kombinierten Wärmeaustauschsystems von Problemen bei der Abgaswärmerückgewinnungsfunktionalität zu unterscheiden. Ferner kann es aufgrund des Vorhandenseins einer Vielzahl von Ventilen, die unterschiedliche Kombination von AGR- und Abgaswärmerückgewinnungsfunktionalität ermöglichen, schwierig sein, Probleme in Zusammenhang mit den Ventilen gegenüber Problemen in Zusammenhang mit dem Wärmetauscher oder mit einer Kühlmittelleitung, die Kühlmittel durch den Wärmetauscher zirkulieren lässt, abzugrenzen.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben einen Ansatz festgestellt, durch den die vorstehend beschriebenen Probleme mindestens teilweise angegangen werden können. Ein beispielhaftes Verfahren umfasst Angeben einer Beeinträchtigung eines Wärmeaustauschsystems, das Abgas über ein Umleitventil von stromabwärts von einem Abgaskatalysator in einen Wärmetauscher in einem Abgasbypass umleitet, wobei das Angeben auf jedem einer ersten Abgastemperatur und eines Abgasdrucks, die stromaufwärts von dem Wärmetauscher geschätzt werden, einer zweiten Abgastemperatur, die stromabwärts von dem Wärmetauscher geschätzt wird, und einer Temperatur von Kühlmittel, das durch den Wärmetauscher zirkuliert, beruht. Auf diese Art und Weise kann durch Verwendung einer Vielzahl von Temperatur-, Druck- und Umleitventilpositionssensoren jede Komponente des Abgaswärmeaustauschsystems zuverlässig diagnostiziert werden.
In einem Beispiel kann ein Motorsystem mit einem einzelnen Wärmetauscher für AGR-Kühlung und Abgaswärmerückgewinnung konfiguriert sein. Der Wärmetauscher kann in einem Abgasbypasskanal positioniert sein, der parallel zu einem Hauptabgaskanal angeordnet ist, und ein an den Hauptabgaskanal gekoppeltes Umleitventil kann verwendet werden, um zu ermöglichen, dass Abgas in den Bypasskanal umgeleitet oder durch den Hauptkanal in das Endrohr geleitet wird. Ein AGR-Abgabekanal, der ein AGR-Ventil beinhaltet, kann stromabwärts von dem Wärmetauscher an den Bypasskanal gekoppelt sein. Ein oder mehrere Temperatur- und Drucksensoren können stromaufwärts und stromabwärts von dem Wärmetauscher an den Bypasskanal gekoppelt sein. Zudem kann ein Temperatursensor in der abgehenden Kühlmittelleitung eines fluidisch an den Wärmetauscher gekoppelten Kühlmittelsystems untergebracht sein. Das Wärmetauschersystem kann in einer Vielzahl von Modi betrieben werden, indem eine Position des Umleitventils und des AGR-Ventils eingestellt wird, und auf Grundlage des Betriebsmodus können Eingaben von jedem der Temperatur- und Drucksensoren periodisch oder opportunistisch verwendet werden, um die Komponenten des Wärmeaustauschsystems zu diagnostizieren. Beispielsweise kann während eines Betriebsmodus, bei dem nur Abgaswärmerückgewinnung ausgeführt wird, das Vorhandensein eines Drucks über einem Schwellenwert stromaufwärts von dem Wärmetauscher dazu verwendet werden, eine Beeinträchtigung des Wärmetauschers (wie etwa aufgrund von Verstopfung) abzuleiten. Während des gleichen Modus kann ein Abfall der Kühlmitteltemperatur dazu verwendet werden, eine Beeinträchtigung des Kühlmittelsystems (wie etwa aufgrund von Verstopfung der Kühlmittelleitung) abzuleiten. Als ein anderes Beispiel kann während eines Betriebsmodus, bei dem sowohl Abgaswärmerückgewinnung als auch AGR-Abgabe ausgeführt wird, eine Kühlmitteltemperatur unter einem Schwellenwert dazu verwendet werden, eine Beeinträchtigung des Wärmetauschers, der als AGR-Kühler wirkt, abzuleiten. Die während des Modus mit nur Abgaswärmerückgewinnung angewendeten Schwellenwerte können sich von denen unterscheiden, die während des kombinierten Abgaswärmerückgewinnungs- und AGR-Abgabemodus angewendet werden. In jedem Modus können Eingaben von einem Positionssensor, der an das Umleitventil gekoppelt ist, gemeinsam mit Eingaben von den Temperatur- und Drucksensoren dazu verwendet werden, eine Beeinträchtigung des Umleitventils abzuleiten. Ferner können während eines Betriebsmodus, bei dem kein Abgas über den Bypasskanal geleitet wird, die verschiedenen Temperatur- und Drucksensoren auf Grundlage dessen diagnostiziert werden, dass die Abgastemperatur stromaufwärts von dem Wärmetauscher im Wesentlichen gleich der Abgastemperatur stromabwärts von dem Wärmetauscher ist und der Abgasdruck im Wesentlichen gleich dem Atmosphärendruck ist.
Auf diese Art und Weise kann durch Verwendung bestehender Temperatur- und Drucksensoren, die an einen Bypasskanal des Abgassystems gekoppelt sind, eine On-Board-Diagnose einer Vielzahl von Komponenten eines kombinierten Wärmeaustauschsystems wirksam ausgeführt werden. Durch Vergleichen von Abgastemperaturen, die stromaufwärts und stromabwärts von dem Wärmetauscher gemessen werden, mit Temperaturen, die an diesen Stellen auf Grundlage des Betriebsmodus des kombinierten Wärmetauschersystems erwartet werden, kann eine Blockierung in dem Wärmetauscher zuverlässig erkannt werden. Durch Vergleichen der Änderungen der Abgastemperatur mit Änderungen der Kühlmitteltemperatur in jedem Modus können Probleme beim Wärmeaustausch in Zusammenhang mit dem Wärmetauscher besser von solchen unterschieden werden, die mit dem an den Wärmetauscher gekoppelten Kühlmittelsystem in Zusammenhang stehen. Die technische Wirkung des Einstellens der Temperatur- und Druckschwellen, die während der Diagnose angewendet werden, auf Grundlage des Betriebsmodus des kombinierten Wärmeaustauschsystems (wie etwa auf Grundlage dessen, ob das System nur zur Abgaswärmerückgewinnung oder zur Abgaswärmerückgewinnung und AGR-Abgabe verwendet wird) besteht darin, dass die unterschiedlichen Funktionalitäten des kombinierten Wärmeaustauschsystems unter Verwendung des gleichen Satzes von Sensoren unabhängig voneinander diagnostiziert werden können. Durch opportunistisches Überwachen des Zustands jedes der Sensoren, die zum Diagnosevorgang verwendet werden, kann die Zuverlässigkeit der On-Board-Diagnose des Wärmeaustauschsystems verbessert werden. Indem ermöglicht wird, dass Diagnosen des Abgaswärmeaustauschsystems zuverlässig und präzise ausgeführt werden, können die Vorteile hinsichtlich Kraftstoffökonomie und Emissionen eines kombinierten Wärmeaustauschsystems über einen größeren Bereich von Motorbetriebsbedingungen ausgedehnt werden.
Es versteht sich, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung näher beschrieben sind. Es ist nicht beabsichtigt, wichtige oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu nennen, dessen Umfang einzig in den Patentansprüchen im Anschluss an die detaillierte Beschreibung definiert ist. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die vorstehend oder in einem beliebigen Teil der vorliegenden Offenbarung angeführte Nachteile beseitigen.
Figurenliste

1A zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Motorsystems, das ein Wärmeaustauschsystem beinhaltet, das in einem ersten Modus betrieben wird.
1B zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Motorsystems, das ein Wärmeaustauschsystem beinhaltet, das in einem zweiten Modus betrieben wird.
FIG. IC zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Motorsystems, das ein Wärmeaustauschsystem beinhaltet, das in einem dritten Modus betrieben wird.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren veranschaulicht, das zur Diagnose des Wärmeaustauschsystems aus 1A-1C umgesetzt werden kann.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren veranschaulicht, das zur Diagnose von Sensoren, die an das Wärmeaustauschsystem aus 1A-1C gekoppelt sind, umgesetzt werden kann.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein erstes beispielhaftes Verfahren veranschaulicht, das zur Diagnose eines Umleitventils eines Abgassystems umgesetzt werden kann.
5 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein zweites beispielhaftes Verfahren veranschaulicht, das zur Diagnose eines Umleitventils eines Abgassystems umgesetzt werden kann.
6 zeigt eine Tabelle, die Diagnoseparameter für unterschiedliche Komponenten des Wärmeaustauschsystems aus 1A-1C veranschaulicht.
7 zeigt ein erstes Beispiel für eine Diagnose eines Wärmetauschers und eines Umleitventils des Wärmeaustauschsystems aus 1A-1C gemäß der vorliegenden Offenbarung.
8 zeigt ein zweites Beispiel für eine Diagnose eines fluidisch an den Wärmetauscher aus 1A-1C gekoppelten Kühlmittelsystems gemäß der vorliegenden Offenbarung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die nachfolgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zur On-Board-Diagnose einer Vielzahl von Komponenten eines Abgaswärmeaustauschsystems. Das Abgaswärmeaustauschsystem kann einen einzelnen Wärmetauscher (der an einen Bypasskanal gekoppelt ist) zur Abgaswärmerückgewinnung und Abgasrückführung-(AGR-)Kühlung beinhalten. Unterschiedliche Betriebsmodi des Abgaswärmeaustauschsystems sind in 1A-1C gezeigt. Eine Motorsteuerung kann zum Durchführen von Steuerroutinen konfiguriert sein, wie etwa den beispielhaften Routinen aus 2, 3, 4 und 5, um periodisch oder opportunistisch die Komponenten des Abgaswärmeaustauschsystems zu diagnostizieren, wie etwa den Wärmetauscher, ein fluidisch an den Wärmetauscher gekoppeltes Kühlmittelsystem, ein Umleitventil, das Abgas durch den Wärmetauscher leitet, sowie einen oder mehrere Systemsensoren. Zur Diagnose jeder Komponente verwendete Parameter und Schwellenwerte können auf Grundlage des ausgewählten Betriebsmodus variiert werden, wie in 6 tabellarisch dargestellt. Beispielhafte Diagnoseroutinen sind unter Bezugnahme auf 7 und 8 gezeigt.
1A zeigt schematisch Aspekte eines beispielhaften Motorsystems 100, das einen Motor 10 beinhaltet. In einem Beispiel ist das Motorsystem 100 an ein Antriebssystem gekoppelt, wie etwa ein Fahrzeug, das für den Straßenverkehr konfiguriert ist. In der dargestellten Ausführungsform ist der Motor 10 ein aufgeladener Motor, der an einen Turbolader 13 gekoppelt ist, der einen Verdichter 114 beinhaltet, der durch eine Turbine 116 angetrieben wird. Konkret wird Frischluft entlang eines Ansaugkanals 42 über einen Luftreiniger 112 in den Motor 10 eingespeist und strömt zu dem Verdichter 114. Der Verdichter kann ein beliebiger geeigneter Ansaugluftverdichter, wie etwa ein von einem Elektromotor angetriebener oder von einer Antriebswelle angetriebener Kompressorverdichter, sein. In dem Motorsystem 10 ist der Verdichter ein Turboladerverdichter, der mechanisch über eine Welle 19 an die Turbine 116 gekoppelt ist, wobei die Turbine 116 durch sich ausdehnende Motorabgase angetrieben wird.
Wie in 1A gezeigt, ist der Verdichter 114 durch den Ladeluftkühler (charge-air cooler-CAC) 21 an das Drosselventil 20 gekoppelt. Das Drosselventil 20 ist an den Motoransaugkrümmer 22 gekoppelt. Aus dem Verdichter strömt die verdichtete Luftfüllung durch den Ladeluftkühler 21 und das Drosselventil zu dem Ansaugkrümmer. In der in 1A gezeigten Ausführungsform wird der Druck der Luftfüllung innerhalb des Ansaugkrümmers durch den Krümmerluftdruck-(manifold air pressure - MAP-)Sensor 124 erfasst.
Ein oder mehrere Sensoren können an einen Einlass des Verdichters 114 gekoppelt sein. Zum Beispiel kann ein Temperatursensor 55 zum Schätzen einer Verdichtereinlasstemperatur an den Einlass gekoppelt sein und ein Drucksensor 56 kann zum Schätzen eines Verdichtereinlassdrucks an den Einlass gekoppelt sein. Als ein anderes Beispiel kann ein Feuchtigkeitssensor 57 zum Schätzen einer Feuchtigkeit einer in den Verdichter eintretenden Luftfüllung an den Einlass gekoppelt sein. Zu wiederum anderen Sensoren können zum Beispiel Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren etc. gehören. In anderen Beispielen können eine oder mehrere der Verdichtereinlassbedingungen (wie etwa Feuchtigkeit, Temperatur, Druck etc.) auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen abgeleitet werden. Zusätzlich können die Sensoren, wenn Abgasrückführung (AGR) ermöglicht ist, eine Temperatur, einen Druck, eine Feuchtigkeit und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luftfüllungsgemisches, einschließlich Frischluft, zurückgeführter verdichteter Luft und Restabgase, die an dem Verdichtereinlass aufgenommen wurden, schätzen.
Ein Wastegate-Aktor 92 kann zum Öffnen betätigt werden, um mindestens einen Teil des Abgasdrucks von stromaufwärts von der Turbine über das Wastegate 91 zu einer Stelle stromabwärts von der Turbine abzulassen. Indem der Abgasdruck stromaufwärts von der Turbine reduziert wird, kann die Turbinendrehzahl reduziert werden, was wiederum dazu beiträgt, dass das Verdichterpumpen reduziert wird.
Der Ansaugkrümmer 22 ist durch eine Reihe von Einlassventilen (nicht gezeigt) an eine Reihe von Brennkammern 30 gekoppelt. Die Brennkammern sind ferner über eine Reihe von Auslassventilen (nicht gezeigt) an den Abgaskrümmer 36 gekoppelt. In der dargestellten Ausführungsform ist ein einzelner Abgaskrümmer 36 gezeigt. In anderen Ausführungsformen kann der Abgaskrümmer jedoch eine Vielzahl von Abgaskrümmerabschnitten beinhalten. Konfigurationen, die eine Vielzahl von Abgaskrümmerabschnitten aufweisen, können ermöglichen, dass Abwasser aus unterschiedlichen Brennkammern an unterschiedliche Stellen in dem Motorsystem geleitet wird.
In einer Ausführungsform kann jedes der Auslass- und Einlassventile elektronisch betätigt oder gesteuert werden. In einer anderen Ausführungsform kann jedes der Auslass- und Einlassventile über Nocken betätigt oder gesteuert werden. Egal ob elektronisch betätigt oder über Nocken betätigt, kann die zeitliche Abstimmung des Öffnens und Schließens der Auslass- und Einlassventile wie für die gewünschte Verbrennungs- und Emissionssteuerleistung erforderlich eingestellt werden.
Den Brennkammern 30 können über die Einspritzung 66 ein oder mehrere Kraftstoffe wie etwa Benzin, Alkohol-Kraftstoff-Gemische, Diesel, Biodiesel, verdichtetes Erdgas etc. zugeführt werden. Der Kraftstoff kann den Brennkammern über Direkteinspritzung, Saugrohreinspritzung, Drosselventilkörpereinspritzung oder eine Kombination davon zugeführt werden. In den Brennkammern kann die Verbrennung über Fremdzündung und/oder Kompressionszündung eingeleitet werden.
Wie in 1A gezeigt, kann Abgas aus einem oder mehreren Abgaskrümmerabschnitten zu der Turbine 116 geleitet werden, um die Turbine anzutreiben. Die kombinierte Strömung aus der Turbine und dem Wastegate strömt dann durch die Emissionssteuervorrichtungen 170 und 173. In einem Beispiel kann die erste Emissionssteuervorrichtung 170 ein Anspringkatalysator sein und die zweite Emissionssteuervorrichtung 173 kann ein Unterbodenkatalysator sein. Im Allgemeinen sind die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 170 und 173 dazu konfiguriert, den Abgasstrom katalytisch zu behandeln und dadurch eine Menge von einer oder mehreren Substanzen in dem Abgasstrom zu reduzieren. Zum Beispiel können die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 170 und 173 dazu konfiguriert sein, NO_x aus dem Abgasstrom zu speichern, wenn der Abgasstrom mager ist, und die gespeicherten NO_x zu reduzieren, wenn der Abgasstrom fett ist. In weiteren Beispielen können die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 170 und 173 dazu konfiguriert sein, NO_x zu disproportionieren oder NO_x mithilfe eines Reduktionsmittels selektiv zu reduzieren. In noch weiteren Beispielen können die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 170 und 173 dazu konfiguriert sein, Kohlenwasserstoff- und/oder Kohlenstoffmonoxidrückstände im Abgasstrom zu oxidieren. Unterschiedliche Katalysatoren zur Abgasnachbehandlung mit solcher Funktionalität können in Washcoats oder andernorts in den Abgasnachbehandlungsstufen entweder separat oder gemeinsam angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen können die Abgasnachbehandlungsstufen einen regenerierbaren Rußfilter beinhalten, der dazu konfiguriert ist, Rußpartikel im Abgasstrom zu speichern und zu oxidieren.
Von stromabwärts der zweiten Emissionssteuervorrichtung 173 kann Abgas über einen oder mehrere eines Hauptabgaskanals 102 und eines Bypasskanals 174 zu dem Schalldämpfer 172 strömen. Zum Beispiel kann das behandelte Abgas aus den Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 170 und 173 ganz oder teilweise über den Hauptabgaskanal 102 an die Atmosphäre abgegeben werden, nachdem es einen Schalldämpfer 172 passiert hat. Alternativ kann das behandelte Abgas aus den Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 170 und 173 ganz oder teilweise über ein Abgaswärmeaustauschsystem 150, das an den Hauptabgaskanal gekoppelt ist, an die Atmosphäre abgegeben werden. Das Abgaswärmeaustauschsystem 150 kann zur Abgaswärmerückgewinnung zur Verwendung bei der Motorheizung sowie zur AGR-Kühlung betrieben werden. Die Komponenten des Wärmeaustauschsystems ermöglichen zudem, dass Abgaswärmerückgewinnung und AGR-Kühlung gleichzeitig unter Verwendung eines einzelnen Wärmetauschers durchgeführt werden, wie nachstehend dargelegt wird.
Der Bypasskanal 174 des Abgaswärmeaustauschsystems 150 kann stromabwärts von der zweiten Emissionssteuervorrichtung 173 an der Verbindungsstelle 106 an den Hauptabgaskanal 102 gekoppelt sein. Der Bypasskanal 174 kann sich von stromabwärts von der zweiten Emissionssteuervorrichtung 173 zu stromaufwärts von dem Schalldämpfer 172 erstrecken. Der Bypasskanal 174 kann parallel zu dem Hauptabgaskanal 102 angeordnet sein. Ein Wärmetauscher 176 kann an den Bypasskanal 174 gekoppelt sein, um das Abgas, das den Bypasskanal 174 passiert, zu kühlen. In einem Beispiel ist der Wärmetausches 176 ein WasserGas-Tauscher. Ein Motorkühlmittelsystem 155 kann zur Abgaswärmerückgewinnung und AGR-Kühlung fluidisch an den Abgaswärmetauscher 176 gekoppelt sein. Ein Kühlmittel des Kühlmittelsystems kann über eine Kühlmitteleinlassleitung 160 durch den Wärmetauscher strömen, und nach dem Zirkulieren durch den Wärmetauscher kann das Kühlmittel zu dem Motor zurückströmen oder über eine Kühlmittelauslassleitung 162 zu einem Heizungswärmetauscher geführt werden.
Der Abgasrückführungs-(AGR-)Abgabekanal 180 kann an der Verbindungsstelle 108 stromabwärts von dem Wärmetauscher 176 an den Abgasbypasskanal 174 gekoppelt sein, um dem Motoransaugkrümmer stromaufwärts von dem Verdichter 114 Niederdruck-AGR (ND-AGR) bereitzustellen. Auf diese Art und Weise kann über den Wärmetauscher 176 gekühltes Abgas zu dem Motoreinlass zurückgeführt werden. In weiteren Ausführungsformen kann das Motorsystem einen Hochdruck-AGR-Strömungsweg beinhalten, wobei Abgas von stromaufwärts von der Turbine 116 angesaugt und stromabwärts von dem Verdichter 114 zu dem Motoransaugkrümmer zurückgeführt wird. Ein oder mehrere Sensoren können an den AGR-Kanal 180 gekoppelt sein, um Einzelheiten hinsichtlich der Zusammensetzung und der Bedingungen der AGR bereitzustellen. Zum Beispiel kann ein Temperatursensor bereitgestellt sein, um eine Temperatur der AGR zu bestimmen, kann ein Drucksensor bereitgestellt sein, um einen Druck der AGR zu bestimmen, kann ein Feuchtigkeitssensor bereitgestellt sein, um eine Feuchtigkeit oder einen Wassergehalt der AGR zu bestimmen, und kann ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor bereitgestellt sein, um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis der AGR zu schätzen. Alternativ können AGR-Bedingungen durch den einen oder die mehreren Temperatur-, Druck-, Feuchtigkeits- und Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren 55-57 abgeleitet werden, die an den Verdichtereinlass gekoppelt sind. In einem Beispiel ist der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 57 eine Lambdasonde.
Ein stromabwärts von dem Wärmetauscher 176 an die Verbindungsstelle des Hauptabgaskanals 102 und eines Auslasses des Bypasskanals 174 gekoppeltes Umleitventil 175 kann verwendet werden, um die Strömung von Abgas durch den Bypasskanal 174 zu regulieren. Eine Position des Umleitventils kann als Reaktion auf von einer Motorsteuerung empfangene Signale eingestellt werden, um das Abgaswärmeaustauschsystem in einem ausgewählten Betriebsmodus zu betreiben. In einem Beispiel kann das Umleitventil in eine erste, vollständig offene Position betätigt werden, um Abgasstrom von stromabwärts von dem Katalysator (zweite Emissionssteuervorrichtung) 173 über den Abgasbypass 174 zu dem Endrohr 35 strömen zu lassen, wodurch ermöglicht wird, dass das Wärmeaustauschsystem in einem ersten Modus betrieben wird, bei dem nur Abgasrückgewinnung bereitgestellt wird. Als ein anderes Beispiel kann das Umleitventil in eine zweite, vollständig geschlossene Position betätigt werden, um das gesamte Abgas über den Hauptabgaskanal zu dem Endrohr zu leiten, während der Abgasstrom von stromabwärts von dem Katalysator 173 über den Abgasbypass 174 zu dem Endrohr 35 verhindert wird. Durch gleichzeitiges Einstellen einer Position eines AGR-Ventils 52 kann das Wärmetauschersystem in einem zweiten Modus, wobei dem Motoransaugkanal 42 AGR bereitgestellt wird, oder einem dritten Modus, wobei das Abgas direkt zu dem Endrohr 35 geführt wird, betrieben werden. Ein hochauflösender Positionssensor 177 kann an das Umleitventil 175 gekoppelt sein, um einer Motorsteuerung eine präzise Angabe hinsichtlich der Position des Umleitventils 175 bereitzustellen. Wie hier dargelegt, kann eine Beeinträchtigung des Umleitventils auf Grundlage der geschätzten Position des Umleitventils relativ zu der befohlenen (ersten oder zweiten) Position abgeleitet werden.
Das AGR-Ventil 52 kann an der Verbindungsstelle des AGR-Kanals 180 und des Ansaugkanals 42 an den AGR-Kanal 180 gekoppelt sein. Das AGR-Ventil 52 kann geöffnet werden, um eine gesteuerte Abgasmenge aus dem Bypasskanal 174 stromabwärts von dem Wärmetauscher 176 für eine wünschenswerte Verbrennungs- und Emissionssteuerleistung zu dem Verdichtereinlass durchzulassen. Das AGR-Ventil 52 kann als ein stufenlos verstellbares Ventil oder als ein Auf-/Zu-Ventil konfiguriert sein. In Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen wie etwa der Motortemperatur kann ein Teil des Abgases durch den Bypasskanal 174 und danach zu dem Endrohr 35 oder über den AGR-Kanal 180 und das Abgasrückführungs-(AGR-)Ventil 52 zu dem Einlass des Verdichters 114 geleitet werden. Die Öffnung des Umleitventils 175 und des AGR-Ventils 52 kann reguliert werden, um die Strömung des Abgases durch den Bypasskanal 174 und den Wärmetauscher 176 zu steuern.
Eine Vielzahl von Sensoren kann an das Abgaswärmeaustauschsystem 150 gekoppelt sein. Zu der Vielzahl von Sensoren gehören ein erster Temperatursensor 140, der stromaufwärts von dem Wärmetauscher 176 an den Bypasskanal 174 gekoppelt ist, und ein zweiter Temperatursensor 144, der stromabwärts von dem Wärmetauscher 176 an den Bypasskanal 174 gekoppelt ist. Die Temperatursensoren 140, 144 können dazu konfiguriert sein, eine Temperatur von Abgas zu schätzen, das in den bzw. aus dem Wärmetauscher strömt. Ein dritter Temperatursensor 148 kann an die Kühlmittelauslassleitung 162 gekoppelt sein, um eine Temperatur von Kühlmittel nach dem Zirkulieren durch den Wärmetauscher 176 zu schätzen. Ein Drucksensor 142 kann stromaufwärts von dem Wärmetauscher 176 an den Bypasskanal 174 gekoppelt sein, um einen Druck in dem Bypasskanal stromaufwärts von dem Wärmetauscher 176 zu schätzen. Zu der Vielzahl von Sensoren gehört ferner ein hochauflösender Positionssensor 177, der an das Umleitventil 175 gekoppelt ist. Eine Eingabe von einem oder mehreren oder allen der Vielzahl von Sensoren kann während jedes Betriebsmodus des Wärmeaustauschsystems verwendet werden, um die verschiedenen Komponenten des Wärmeaustauschsystems zu diagnostizieren.
Das Motorsystem 100 kann ferner das Steuersystem 14 beinhalten. Es ist gezeigt, dass das Steuersystem 14 Informationen von einer Vielzahl von Sensoren 16 (für die hier verschiedene Beispiele beschrieben sind) empfängt und Steuersignale an eine Vielzahl von Aktoren 18 (für die hier verschiedene Beispiele beschrieben sind) sendet. Beispielsweise können zu den Sensoren 16 Folgende gehören: die Temperatursensoren 140 und 144, die an den Abgasbypass 174 gekoppelt sind, der Temperatursensor 148, der an die Kühlmittelauslassleitung 162 gekoppelt ist, der Drucksensor 142, der an den Bypasskanal 174 gekoppelt ist, der hochauflösende Positionssensor 177, der an das Umleitventil 175 gekoppelt ist, der Abgassensor 126, der stromaufwärts von der Turbine 116 angeordnet ist, der MAP-Sensor 124, der Abgastemperatursensor 128, der Verdichtereinlasstemperatursensor 55, der Verdichtereinlassdrucksensor 56, der Verdichtereinlassfeuchtigkeitssensor 57 und der AGR-Sensor. Weitere Sensoren wie etwa zusätzliche Druck-, Temperatur-, Luft-Kraftstoff-Verhältnis- und Zusammensetzungssensoren können an verschiedene Stellen in dem Motorsystem 100 gekoppelt sein. Zu den Aktoren 81 können zum Beispiel die Drossel 20, das AGR-Ventil 52, das Umleitventil 175, das Wastegate 92 und die Kraftstoffeinspritzung 66 gehören. Das Steuersystem 14 kann eine Steuerung 12 beinhalten. Die Steuerung 12 kann Eingangsdaten von den verschiedenen Sensoren empfangen, die Eingangsdaten verarbeiten und verschiedene Aktoren als Reaktion auf die verarbeiteten Eingangsdaten auf Grundlage einer darin programmierten Anweisung oder eines darin programmierten Codes gemäß einer oder mehrerer Routinen auslösen. Zum Beispiel kann die Steuerung 12 auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen und AGR-Anforderungen einem an das Umleitventil 175 gekoppelten Aktor und einem an das AGR-Ventil 52 gekoppelten Aktor ein Signal befehlen, um Abgas über den Wärmetauscher 176 zu dem Ansaugkrümmer und/oder dem Endrohr zu leiten. Zudem kann die Steuerung periodisch oder opportunistisch jedes bzw. jeden des Wärmetauschers 176, des Kühlmittelsystems 155 und des Umleitventils 175 auf Grundlage von Eingaben von jedem der Temperatursensoren 140, 144 und 148, des Drucksensors 142 und des Umleitventilpositionssensors 177 diagnostizieren. Beispielhafte Diagnoseroutinen zur Diagnose des Abgaswärmeaustauschsystems 150 sind hinsichtlich 2, 3, 4 und 5 beschrieben.
1A zeigt den Betrieb des Abgaswärmeaustauschsystems 150 in einem ersten Betriebsmodus. Demnach stellt der erste Betriebsmodus eine erste Einstellung des Umleitventils 175 und des AGR-Ventils 52 dar, die Abgasstromsteuerung ermöglicht. In dem ersten Betriebsmodus kann sich das Umleitventil 175 in einer ersten (vollständig offenen) Position befinden, und das AGR-Ventil 52 kann sich in einer vollständig geschlossenen Position befinden. In dem ersten Betriebsmodus kann aufgrund der ersten Position des Umleitventils 175 das gesamte Abgasvolumen, das aus der zweiten Emissionssteuervorrichtung 173 ausströmt, an der Verbindungsstelle 106 in den Bypasskanal umgeleitet werden. Das Abgas kann dann durch den Wärmetauscher 176 strömen und dann über das offene Umleitventil 175 zu dem Hauptabgaskanal zurückströmen. Aufgrund der geschlossenen Position des AGR-Ventils 52 kann das durch den Bypasskanal strömende Abgas nicht in den AGR-Kanal 180 strömen, und das gesamte Abgasvolumen kann erneut in den Hauptabgaskanal 102 eintreten. Nach dem erneuten Eintreten in den Hauptabgaskanal 102 kann Abgas durch den Schalldämpfer 172 strömen und dann über das Endrohr 35 an die Atmosphäre abgegeben werden. Wenn das Abgas den Wärmetauscher 176 passiert, kann Wärme von dem Abgas an das Kühlmittel, das durch den Wärmetauscher 176 zirkuliert, übertragen werden. Bei der Übertragung von Wärme von dem Abgas an das Kühlmittel kann das erwärmte Kühlmittel zurück zu dem und um den Motor (wie etwa, wenn Motorheizung erforderlich ist) und/oder über die Kühlmittelauslassleitung 162 durch einen Heizungswärmetauscher zirkuliert werden, um eine Fahrgastkabine des Fahrzeugs zu beheizen (wie etwa, wenn Kabinenheizung angefordert wird).
Das Abgaswärmeaustauschsystem kann während Bedingungen, unter denen Abgaswärme zum Heizen des Motors zurückgewonnen werden muss, in dem ersten Betriebsmodus betrieben werden (wie vorstehend beschrieben), wie etwa während Motorkaltstartbedingungen. Indem während eines Motorkaltstarts Abgas durch den Wärmetauscher 176 umgeleitet wird, kann an dem Wärmetauscher Wärme aus dem Abgas zurückgewonnen und an das Kühlmittel, das durch den Wärmetauscher 176 zirkuliert, übertragen werden. Das heiße Kühlmittel kann dann um einen Motorblock zirkuliert werden, sodass aus dem Abgas extrahierte Wärme zum Aufwärmen des Motors verwendet werden kann. Indem das Aufwärmen des Motors während des Kaltstarts beschleunigt wird, können Kaltstart-Abgasemissionen reduziert und die Motorleistung verbessert werden. Zusätzlich kann das heiße Kühlmittel, wenn der Motor in einem Fahrzeug gekoppelt ist, um einen Heizungswärmetauscher zirkuliert werden, um eine Fahrgastkabine des Fahrzeugs zu heizen.
Während des Betriebs in dem ersten Modus kann eine On-Board-Diagnose des Wärmetauschers 176 und des Kühlmittelsystems 155 unter Verwendung von Eingaben von jedem der Temperatursensoren 140, 144, 148 und des Drucksensors 142 ausgeführt werden. Zudem kann eine Diagnose des Umleitventils 175 auf Grundlage einer Eingabe von dem Positionssensor 177 ausgeführt werden.
Falls beispielsweise der Wärmetauscher verstopft ist, kann der Abgasstrom durch den Wärmetauscher eingeschränkt sein. Folglich kann der Abgasdruck beginnen, stromaufwärts von dem Wärmetauscher 176 zuzunehmen, wobei die Abgastemperatur dementsprechend steigt. Dies führt zudem zu einer größeren Abgastemperaturdifferenz an dem Wärmetauscher. Somit kann während des Betreibens in dem ersten Modus eine Beeinträchtigung des Wärmetauschers 176 als Reaktion auf eines oder mehrere oder jedes davon angegeben werden, dass ein stromaufwärts von dem Wärmetauscher 176 gemessener Abgasdruck höher als ein erster Schwellendruck ist (wie etwa über dem barometrischen Druck oder über dem Abgasdruck in dem Endrohr), dass eine stromaufwärts von dem Wärmetauscher 176 gemessene erste Abgastemperatur höher als eine Schwellentemperatur ist (wie etwa über der Temperatur von Abgas in dem Hauptabgaskanal) und dass eine Temperaturdifferenz zwischen der durch den ersten Temperatursensor 140 stromaufwärts von dem Wärmetauscher gemessenen ersten Abgastemperatur und einer durch den zweiten Temperatursensor 144 stromabwärts von dem Wärmetauscher 176 gemessenen zweiten Abgastemperatur höher als eine erste Schwellendifferenz ist. Das Angeben einer Beeinträchtigung des Wärmetauschers 176 kann Angeben beinhalten, dass der Wärmetauscher 176 verstopft ist. Ferner kann ein Verstopfungsgrad auf Grundlage der Temperatur- und Druckabweichung von den entsprechenden Schwellenwerten angeben werden.
Falls als ein anderes Beispiel das Kühlmittelsystem verstopft ist, kann der Kühlmittelstrom durch den Wärmetauscher eingeschränkt sein. Folglich kann es sein, dass Abgaswärme nicht wirksam an die Kühlmittelzirkulation durch den Wärmetauscher übertragen wird, was zu einem Abfall der an der abgehenden Kühlmittelleitung 162 geschätzten Temperatur führt. Somit kann während des Betreibens in dem ersten Modus eine Beeinträchtigung des Kühlmittelsystems 155, das Kühlmittel durch den Wärmetauscher zirkulieren lässt, als Reaktion darauf angegeben werden, dass die an einer abgehenden Leitung des Kühlmittelsystems gemessene Kühlmitteltemperatur geringer als eine erste Schwellenkühlmitteltemperatur ist (wie etwa eine erwartete Kühlmitteltemperatur nach der Wärmeübertragung von dem Abgas). Das Angeben einer Beeinträchtigung des Kühlmittelsystems 155 kann Angeben einer geringeren Kühlmittelströmungsgeschwindigkeit als erwartet aufgrund einer Verstopfung oder Abklemmung der Kühlmittelleitung beinhalten.
Auf diese Art und Weise kann durch Stützen auf die Abgastemperaturabweichungen und die Kühlmitteltemperaturabweichungen eine reduzierte Abgaswärmerückgewinnung aufgrund von Problemen bei dem Wärmetauscher besser von Problemen bei dem Kühlmittelsystem unterschieden werden, und es können angemessene Behebungsmaßnahmen ergriffen werden.
Als ein anderes Beispiel kann das Umleitventil in dem ersten Modus in die erste (vollständig offene) Position befohlen werden, um zu ermöglichen, dass Abgasstrom in den Bypasskanal geleitet wird. Falls das Umleitventil jedoch in geschlossener Stellung in der zweiten Position festklemmt oder falls das Ventil nur teilweise offen ist, dann wird der notwendige Abgasstrom nicht durch den Wärmetauscher umgeleitet und die entsprechende Abgaswärmerückgewinnung wird nicht erreicht. Eine Steuerung kann als Reaktion darauf, dass eine tatsächliche Position des Umleitventils 175, die durch den Positionssensor 177 geschätzt wird, von der befohlenen vollständig offenen (ersten) Position abweicht, angeben, dass das Umleitventil 175 in geschlossener Stellung festklemmt (in der zweiten Position) oder teilweise offen ist (zwischen der ersten und zweiten Position).
Als Reaktion auf die Angabe einer Beeinträchtigung eines oder mehrerer des Wärmetauschers 176, des Kühlmittelsystems 155 und des Umleitventils 175 kann verhindert werden, dass Abgas durch den Wärmetauscher 176 in dem Abgasbypass 174 umgeleitet wird. Stattdessen kann direkte Strömung von Abgas zu dem Endrohr 35 über den Hauptabgaskanal 102 ermöglicht werden, wobei der Wärmetauscher 176 umgangen wird.
1B zeigt eine schematische Ansicht 120 des Betriebs des Abgaswärmeaustauschsystems 150 in einem zweiten Betriebsmodus. Zuvor in 1A vorgestellte Komponenten sind ähnlich nummeriert und werden nicht erneut vorgestellt.
Demnach stellt der zweite Betriebsmodus eine zweite Einstellung des Umleitventils 175 und des AGR-Ventils 52 dar, die Abgasstromsteuerung ermöglicht. In dem zweiten Betriebsmodus kann sich das Umleitventil 175 in der zweiten (vollständig geschlossenen) Position befinden, und das AGR-Ventil 52 kann sich in einer offenen Position befinden. Aufgrund der vollständig geschlossenen Position des Umleitventils 175 kann der Abgasstrom aus dem Bypasskanal 174 zu dem Hauptabgaskanal 102 verhindert werden. Eine Öffnung des AGR-Ventils 52 kann eingestellt werden, um zuzulassen, dass eine gewünschte Abgasmenge in den Bypasskanal 174 und den AGR-Abgabekanal 180 eintritt. In dem zweiten Betriebsmodus kann aufgrund der offenen Position des AGR-Ventils 52 und einer geschlossenen Position des Umleitventils ein erster Teil des Abgases stromabwärts von dem Wärmetauscher, der als AGR-Kühler wirkt, aus dem Bypasskanal angesaugt und an den Motoransaugkrümmer abgegeben werden. Ein zweiter (verbleibender) Teil des Abgases kann nicht in den Bypasskanal eintreten, sondern über den Schalldämpfer 172 direkt zu dem Endrohr strömen. Der erste Teil des Abgases kann nach dem Kühlen an dem Wärmetauscher 176 bei der Verbindungsstelle 108 in den AGR-Abgabekanal 180 eintreten. Die AGR kann über den AGR-Abgabekanal 180 und das AGR-Ventil 52 an den Motoransaugkrümmer abgegeben werden. Das Verhältnis des ersten Teils des Abgases (als AGR abgegeben) zu dem zweiten Teil des Abgases (ohne Kühlung direkt zu dem Endrohr geführt) kann auf Grundlage eines gewünschten AGR-Niveaus bestimmt werden. Es kann angefordert werden, dass die AGR eine gewünschte Motorverdünnung erzielt, wodurch die Kraftstoffeffizienz und Emissionsqualität verbessert werden. Eine angeforderte AGR-Menge kann auf Motorbetriebsbedingungen beruhen, zu denen Motorlast, Motordrehzahl, Motortemperatur etc. gehören. Zum Beispiel kann sich die Steuerung auf eine Lookup-Tabelle beziehen, die die Motordrehzahl und -last als Eingabe aufweist und als Ausgabe ein Signal aufweist, das einem Öffnungsgrad entspricht, der auf das AGR-Ventil anzuwenden ist, wobei der Öffnungsgrad eine Verdünnungsmenge bereitstellt, die der eingegebenen Motordrehzahl/-last entspricht. In noch weiteren Beispielen kann sich die Steuerung auf ein Modell stützen, das die Änderung der Motorlast mit einer Änderung der Verdünnungsanforderung des Motors korreliert und ferner die Änderung der Verdünnungsanforderung des Motors mit einer Änderung der AGR-Anforderung korreliert. Wenn zum Beispiel die Motorlast von einer Niedriglast zu einer Mittellast zunimmt, kann die AGR-Anforderung zunehmen, und wenn die Motorlast dann von einer Mittellast zu einer Hochlast zunimmt, kann die AGR-Anforderung abnehmen.
Das Abgaswärmeaustauschsystem kann in dem zweiten Betriebsmodus (wie vorstehend beschrieben) betrieben werden, wenn AGR angefordert wird, nachdem das Aufwärmen des Motors abgeschlossen ist, und wenn Abgaswärme nicht mehr zum Zweck der Motorheizung gewünscht ist. Während des Betriebs in dem zweiten Modus kann die Steuerung eine oder mehrere Komponenten des Wärmeaustauschsystems diagnostizieren, nachdem bestätigt worden ist, dass das AGR-Ventil nicht beeinträchtigt ist. In einem Beispiel kann eine Beeinträchtigung des AGR-Ventils unter Verwendung eines Differenzdruck-Rückkopplungssensors geschätzt werden, der die AGR-Strömungsgeschwindigkeit an einer Blende in dem AGR-Abgabekanal 180 überwacht. Nach der Bestätigung, dass das AGR-Ventil funktioniert, kann die Steuerung unter Verwendung von Eingaben von jedem der Temperatursensoren 140, 144 und 148 und des Drucksensors 142 den Wärmetauscher 176 und das Kühlmittelsystem 155 diagnostizieren. Zudem kann das Umleitventil 175 auf Grundlage von Eingaben von dem Positionssensor 177 diagnostiziert werden, während das Wärmeaustauschsystem in dem zweiten Modus betrieben wird.
Während des Betriebs in dem zweiten Modus kann der Abgasstrom durch den Wärmetauscher 176 eingeschränkt sein, während das AGR-Ventil 52 nicht beeinträchtigt ist, falls der Wärmetauscher verstopft ist. Folglich kann der Abgasdruck beginnen, stromaufwärts von dem Wärmetauscher 176 zuzunehmen, wobei die Abgastemperatur dementsprechend steigt. Da eine geringere Abgasmenge durch den verstopften Wärmetauscher strömt, kann die Abgastemperatur stromabwärts von dem Wärmetauscher geringer als eine erwartete Temperatur sein. Dies führt zudem zu einer größeren Abgastemperaturdifferenz an dem Wärmetauscher. In diesem zweiten Modus kann eine Beeinträchtigung des Wärmetauschers 176 als Reaktion auf eines oder mehrere oder jedes davon angegeben werden, dass ein stromaufwärts von dem Wärmetauscher 176 gemessener Abgasdruck höher als ein erster Schwellendruck ist (wie etwa über dem barometrischen Druck oder über dem Abgasdruck in dem Endrohr), dass eine stromaufwärts von dem Wärmetauscher 176 gemessene erste Abgastemperatur höher als eine Schwellentemperatur ist (wie etwa über der Temperatur von Abgas in dem Hauptabgaskanal) und dass eine Temperaturdifferenz zwischen der durch den ersten Temperatursensor 140 stromaufwärts von dem Wärmetauscher 176 gemessenen ersten Abgastemperatur und einer durch den zweiten Temperatursensor 144 stromabwärts von dem Wärmetauscher 176 gemessenen zweiten Abgastemperatur höher als eine erste Schwellendifferenz ist. Zudem kann ein Verstopfungsgrad auf Grundlage der Temperatur- und Druckabweichung von den entsprechenden Schwellenwerten angeben werden.
Falls als ein anderes Beispiel das Kühlmittelsystem verstopft ist, kann der Kühlmittelstrom durch den Wärmetauscher 176 (der in dem zweiten Modus als AGR-Kühler verwendet wird) eingeschränkt sein. Folglich kann es sein, dass die Wärme aus dem zurückgeführten Abgas an dem Wärmetauscher 176 nicht wirksam an das Kühlmittel übertragen wird, was zu einem Abfall der an der abgehenden Kühlmittelleitung 162 geschätzten Temperatur führt. Somit kann während des Betreibens in dem zweiten Modus eine Beeinträchtigung des Kühlmittelsystems 155 als Reaktion darauf angegeben werden, dass die an einer abgehenden Leitung 162 des Kühlmittelsystems gemessene Kühlmitteltemperatur geringer als eine Schwellenkühlmitteltemperatur ist (wie etwa eine erwartete Kühlmitteltemperatur nach der AGR-Kühlung). Das Angeben einer Beeinträchtigung des Kühlmittelsystems 155 kann Angeben einer geringeren Kühlmittelströmungsgeschwindigkeit als erwartet aufgrund einer Verstopfung oder Abklemmung der Kühlmittelleitung beinhalten.
Als ein anderes Beispiel kann das Umleitventil in dem zweiten Modus in die zweite (vollständig geschlossene) Position befohlen werden, um zu verhindern, dass Abgasstrom aus dem Bypasskanal 174 zu dem Hauptabgaskanal 102 zurückströmt. Falls das Umleitventil jedoch in geschlossener Stellung in der ersten Position festklemmt oder falls das Ventil nur teilweise offen ist, kann eine höhere Abgasmenge durch den Bypasskanal 175 geführt werden als gewünscht. Eine Steuerung kann als Reaktion darauf, dass eine tatsächliche Position des Umleitventils 175, die durch den Positionssensor 177 geschätzt wird, von der befohlenen vollständig geschlossenen (zweiten) Position abweicht, angeben, dass das Umleitventil 175 in offener Stellung festklemmt (in der ersten Position) oder teilweise offen ist (zwischen der ersten und zweiten Position).
1C zeigt eine schematische Ansicht 145 des Betriebs des Abgaswärmeaustauschsystems 150 in einem dritten Betriebsmodus. Zuvor in 1A vorgestellte Komponenten sind ähnlich nummeriert und werden nicht erneut vorgestellt.
Demnach stellt der dritte Betriebsmodus eine dritte Einstellung des Umleitventils 175 und des AGR-Ventils 52 dar, die Abgasstromsteuerung ermöglicht. In dem dritten Betriebsmodus kann sich das Umleitventil 175 in der zweiten (vollständig geschlossenen) Position befinden, und das AGR-Ventil 52 kann sich in der geschlossenen Position befinden. Aufgrund der vollständig geschlossenen Position des Umleitventils 175 kann der Abgasstrom aus dem Bypasskanal 174 zu dem Hauptabgaskanal 102 verhindert werden. In dem dritten Betriebsmodus kann aufgrund der zweiten Position des Umleitventils 175 und der geschlossenen Position des AGR-Ventils das gesamte Abgasvolumen, das aus der zweiten Emissionssteuervorrichtung 173 austritt, nicht in den Bypasskanal eintreten und über den Schalldämpfer 172 direkt zu dem Endrohr 35 strömen. In diesem Betriebsmodus liegt kein Abgasstrom durch den Wärmetauscher 176 vor, und es kann keine Abgaswärme zurückgewonnen werden.
Das Abgaswärmeaustauschsystem 150 kann als Reaktion auf Motorlastbedingungen über einem Schwellenwert und nachdem das Aufwärmen des Motors abgeschlossen ist in dem dritten Betriebsmodus (wie vorstehend beschrieben) betrieben werden. Während derartiger Motorlastbedingungen über einem Schwellenwert kann AGR nicht angefordert werden. Zudem kann Abgaswärmerückgewinnung nicht gewünscht sein, da der Motor warm ist. Während des Betriebs in dem dritten Modus kann die Vielzahl von Sensoren des Wärmeaustauschsystems einschließlich der Temperatursensoren 140, 144 und 148 und des Drucksensors 142 diagnostiziert werden. Eine ausführliche Beschreibung eines Diagnoseverfahrens für die Sensoren ist in 5 erörtert. In dem dritten Modus kann Abgas nicht über den Bypasskanal 174 strömen, folglich kann der Abgasdruck stromaufwärts von dem Wärmetauscher 176 im Wesentlichen gleich dem Abgasdruck stromabwärts von dem Wärmetauscher 176 sein, und zudem kann der Druck stromaufwärts von dem Wärmetauscher 176 im Wesentlich gleich dem Atmosphärendruck sein. Da zudem in diesem Modus keine Abgaswärme an das Kühlmittelsystem übertragen wird, kann die Kühlmitteltemperatur unter einer Schwellentemperatur gehalten werden (wie etwa einer erwarteten Kühlmitteltemperatur auf Grundlage der Motorbedingungen). Während des Betreibens in dem dritten Modus kann eine Beeinträchtigung des Drucksensors 142 als Reaktion auf eine Druckdifferenz zwischen dem geschätzten Abgasdruck und Atmosphärendruck über einem Schwellenwert angegeben werden; eine Beeinträchtigung mindestens eines des ersten Temperatursensors 140 und des zweiten Temperatursensors 144 kann als Reaktion auf eine Differenz zwischen der ersten Abgastemperatur und der zweiten Abgastemperatur über einem Schwellenwert angegeben werden; und eine Beeinträchtigung des dritten Temperatursensors 148 kann als Reaktion darauf angegeben werden, dass die geschätzte Kühlmitteltemperatur höher als die erwartete Kühlmitteltemperatur ist. Jede der Schwellentemperaturdifferenz und der Schwellendruckdifferenz kann erwarteten instrumentellen Einschränkungen (Fehlerbereich) der Temperatursensoren bzw. des Drucksensors entsprechen. Die Schwellenkühlmitteltemperatur kann einer erwarteten Kühlmitteltemperatur entsprechen, wenn keine Wärmeübertragung von dem Wärmetauscher an das Kühlmittel vorliegt. Auf diese Art und Weise stellt das System aus 1A-1C ein Motorsystem bereit, das Folgendes umfasst: einen Motoransaugkrümmer, ein Motorabgassystem mit einem Abgaskanal und einem Bypasskanal, wobei der Abgaskanal einen oder mehrere Abgaskatalysatoren und einen Schalldämpfer beinhaltet, wobei der Bypasskanal von stromabwärts von dem einen oder den mehreren Abgaskatalysatoren zu stromaufwärts von dem Schalldämpfer an den Abgaskanal gekoppelt ist, wobei der Bypasskanal einen Wärmetauscher beinhaltet, einen ersten Temperatursensor, der stromaufwärts von dem Wärmetauscher an den Bypasskanal gekoppelt ist, zum Schätzen einer ersten Abgastemperatur, einen zweiten Temperatursensor, der stromabwärts von dem Wärmetauscher an den Bypasskanal gekoppelt ist, zum Schätzen einer zweiten Abgastemperatur, einen Drucksensor, der stromaufwärts von dem Wärmetauscher an den Bypasskanal gekoppelt ist, zum Schätzen eines Abgasdrucks, ein Kühlmittelsystem mit einer zugehenden Kühlmittelleitung und einer abgehenden Kühlmittelleitung zum Zirkulieren von Kühlmittel durch den Wärmetauscher, wobei das Kühlmittelsystem ferner an jeden eines Motorblocks und eines Heizungswärmetauschers gekoppelt ist, wobei die abgehende Kühlmittelleitung einen Kühlmitteltemperatursensor zum Schätzen einer Kühlmitteltemperatur beinhaltet, ein Umleitventil, das einen Auslass des Bypasskanals an den Abgaskanal koppelt, einen Positionssensor, der an das Umleitventil gekoppelt ist, zum Schätzen einer Umleitventilposition und einen AGR-Kanal mit einem AGR-Ventil zum Rückführen von Abgas aus dem Bypasskanal stromabwärts von dem Wärmetauscher zu dem Ansaugkrümmer. Das Motorsystem umfasst ferner eine Steuerung mit auf einem nichtflüchtigen Speicher gespeicherten computerlesbaren Anweisungen zu Folgendem: Versetzen des Umleitventils in eine erste Position und Schließen des AGR-Ventils zum Betreiben des Abgassystems in einem ersten Modus, wobei Abgas von stromabwärts von dem Abgaskatalysator über den Bypasskanal zu stromaufwärts von dem Schalldämpfer strömt, Versetzen des Umleitventils in eine zweite Position und Öffnen des AGR-Ventils zum Betreiben des Abgassystems in einem zweiten Modus, wobei Abgas von dem Bypasskanal über den AGR-Kanal zu dem Motoransaugkrümmer strömt, Versetzen des Umleitventils in eine zweite Position und Schließen des AGR-Ventils zum Betreiben des Abgassystems in einem dritten Modus, wobei Abgas von stromabwärts von dem Abgaskatalysator direkt zu stromaufwärts von dem Schalldämpfer strömt, wobei der Wärmetauscher umgangen wird, und während des Betreibens in einem des ersten Modus und des zweiten Modus, Angeben einer Beeinträchtigung des Wärmetauschers als Reaktion auf jedes davon, dass eine Differenz zwischen der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur höher als eine Schwellendifferenz ist und dass die zweite Temperatur geringer als eine Schwellentemperatur ist; und als Reaktion auf die Angabe einer Beeinträchtigung, Übergehen zu dem dritten Modus.
2 veranschaulicht ein erstes beispielhaftes Verfahren 200, das zur On-Board-Diagnose einer Vielzahl von Komponenten eines Abgaswärmeaustauschsystems (wie etwa des Abgaswärmeaustauschsystems 150 aus 1A-1C), das einen Wärmetauscher (wie etwa den Wärmetauscher 176 aus 1A-1C) und ein Kühlmittelsystem (wie etwa das Kühlmittelsystem 155 aus 1A-1C) beinhaltet, umgesetzt werden kann. Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens 200 und der übrigen hier beinhalteten Verfahren können durch eine Steuerung auf Grundlage von auf einem Speicher der Steuerung gespeicherten Anweisungen und in Verbindung mit von Sensoren des Motorsystems empfangenen Signalen ausgeführt werden, wie etwa den vorstehend unter Bezugnahme auf 1A-1C beschriebenen Sensoren. Die Steuerung kann Motoraktoren des Motorsystems einsetzen, um den Motorbetrieb gemäß den nachstehend beschriebenen Verfahren einzustellen.
Bei 201 beinhaltet die Routine Schätzen und/oder Messen von Motorbetriebsbedingungen. Zu bewerteten Bedingungen können zum Beispiel Motortemperatur, Motorlast, Fahrerdrehmomentbedarf, Motordrehzahl, Drosselposition, Abgasdruck, Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, Umgebungsbedingungen einschließlich Umgebungstemperatur, -druck und -feuchtigkeit, MAP, MAF, Aufladung etc. gehören.
Bei 202 kann die Steuerung einen Betriebsmodus des Wärmeaustauschsystems auf Grundlage der bestimmten Motorbetriebsbedingungen auswählen. Das Auswählen des Betriebsmodus beinhaltet Bestimmen, ob Motorheizung erforderlich ist, auf Grundlage von Motortemperatur, Umgebungstemperatur und/oder Abgaskatalysatortemperatur. In einem Beispiel ist Motorheizung während Bedingungen erforderlich, bei denen die Motortemperatur gering ist (z. B. unter der Aktivierungstemperatur eines Abgaskatalysators), wie etwa während einer Motorkaltstartbedingung. Das Auswählen des Betriebsmodus beinhaltet ferner Bestimmen, ob AGR erforderlich ist, auf Grundlage von Motordrehzahl/-last und NOx-Niveaus des Abgases. In einem Beispiel nimmt der AGR-Bedarf im geringen bis mittleren Motordrehzahl-/-lastbereich zu und dann im mittleren bis hohen Motordrehzahl-/-lastbereich langsam ab. Das Auswählen des Betriebsmodus kann ferner Bestimmen beinhalten, ob Kabinenheizung gewünscht ist, wie etwa wenn die Umgebungstemperatur gering ist. Auf Grundlage des Motorheizbedarfs relativ zu dem AGR-Bedarf kann das Wärmeaustauschsystem dazu betrieben werden, nur AGR, nur Abgaswärmerückgewinnung oder sowohl AGR als auch Abgasrückgewinnung gleichzeitig bereitzustellen. Das Wärmeaustauschsystem kann durch ein AGR-Ventil (wie etwa das AGR-Ventil 52 in 1A-1C) und ein Umleitventil (wie etwa das Umleitventil 175 in 1A-1C), das an eine Verbindungsstelle des Hauptabgaskanals und eines Bypasskanals (wie etwa des Bypasskanals 174 in 1A-1C) gekoppelt ist, in dem ein Wärmetauscher (wie etwa der Wärmetauscher 176 in 1A-1C) untergebracht ist, in einem einer Vielzahl von Modi betrieben werden.
Bei 204 beinhaltet die Routine Bestimmen, ob der erste (nur Abgaswärmerückgewinnung) Modus ausgewählt wurde. Das Abgaswärmeaustauschsystem kann während Kaltstartbedingungen in dem ersten Modus betrieben werden, wenn Abgaswärmerückgewinnung für Motor- und Kabinenheizung gewünscht ist. In dem ersten Modus, Abgaswärmerückgewinnungsmodus, (wie in Bezug auf 1A erörtert) wird das Abgaswärmeaustauschsystem so betrieben, dass das Umleitventil in eine erste offene Position befohlen wird und das AGR-Ventil in eine geschlossene Stellung betätigt wird, sodass das gesamte Abgasvolumen aus dem Hauptabgaskanal über den Bypasskanal, in dem der Wärmetauscher untergebracht ist, zu dem Endrohr geführt werden kann und keine AGR an den Motoransaugkrümmer abgegeben werden kann. Falls bestätigt wird, dass das System in dem Abgaswärmerückgewinnungsmodus (ersten Modus) betrieben wird, geht die Routine zu 206 über, um auf Grundlage einer Eingabe eines hochauflösenden Positionssensors (wie etwa des Positionssensors 177 in 1A-1C), der an das Umleitventil gekoppelt ist, eine tatsächliche Position des Umleitventils abzurufen.
Bei 208 beinhaltet die Routine Bestimmen, ob sich das Umleitventil in der erwarteten (befohlenen) Position befindet. Während des Betriebs in dem Abgaswärmerückgewinnungsmodus kann das Umleitventil in eine erste, offene Position befohlen werden, um Abgasstrom von stromabwärts von dem Abgaskatalysator über den Wärmetauscher zu dem Endrohr (aber nicht direkt zu dem Endrohr) zu ermöglichen. Falls bestimmt wird, dass sich das Umleitventil nicht in der erwarteten (ersten) Position befindet, kann abgeleitet werden, dass das Umleitventil beeinträchtigt sein kann. Bei 234 kann eine Diagnoseroutine eingeleitet werden, um das Umleitventil auf Grundlage der tatsächlichen Position relativ zu der befohlenen Position zu diagnostizieren, wie bei 4 ausgeführt.
Falls bestimmt wird, dass sich das Umleitventil in der erwarteten (ersten) Position befindet, kann der Wärmetauscher diagnostiziert werden. Bei 210 kann die Steuerung Temperatur- und Druckwerte an unterschiedlichen Stellen des Wärmeaustauschsystems auf Grundlage von Eingaben von der Vielzahl von Sensoren des Abgaswärmeaustauschsystems bestimmen. Dazu gehört bei 211 Schätzen einer ersten Abgastemperatur (T1) an dem Bypasskanal (stromaufwärts von dem Wärmetauscher) über den ersten Temperatursensor (wie etwa den Temperatursensor 140 in 1A-1C), der stromaufwärts von dem Wärmetauscher an den Bypasskanal gekoppelt ist. Dazu gehört ferner bei 212 Schätzen einer zweiten Abgastemperatur (T2) an dem Bypasskanal (stromabwärts von dem Wärmetauscher) über den zweiten Temperatursensor (wie etwa den Temperatursensor 144 in 1A-1C), der stromabwärts von dem Wärmetauscher an den Bypasskanal gekoppelt ist. Ferner kann bei 213 eine Kühlmitteltemperatur (T3) an der Auslasskühlmittelleitung bestimmt werden, die durch den an die Auslasskühlmittelleitung gekoppelten Temperatursensor (wie etwa den Temperatursensor 148 in 1A-1C) gemessen wird. Darüber hinaus kann bei 214 ein Abgasdruck (P1) an dem Bypasskanal (stromaufwärts von dem Wärmetauscher) über den Drucksensor (wie etwa den Drucksensor 142 in 1A-1C), der stromaufwärts von dem Wärmetauscher an den Bypasskanal gekoppelt ist, geschätzt werden.
Bei 216 beinhaltet die Routine Vergleichen der Temperatur und des Drucks, die an der stromaufwärts gelegenen Stelle (stromaufwärts von dem Wärmetauscher) geschätzt worden sind, mit entsprechenden Schwellenwerten. Insbesondere kann bestimmt werden, ob der geschätzte Abgasdruck (P1) höher als ein Schwellendruck (T_P2) ist. Der Schwellendruck kann einem erwarteten Abgasdruck (P) in dem Bypasskanal entsprechen, wenn der Wärmetauscher nicht verstopft ist und wenn Abgas durch den Bypasskanal strömen und zu dem Hauptabgaskanal zurückströmen kann. Der erwartete Abgasdruck kann über einen Algorithmus bestimmt werden, der Motordrehzahl/-last und Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Verbrennung verwendet. Wenn der Wärmetauscher nicht verstopft ist, kann sich demnach der Druck von Abgas in dem Bypasskanal an den Druck von Abgas in dem Hauptkanal angleichen, der bei dem oder um den barometrischen Druck liegen kann. Es kann ferner bestimmt werden, ob die geschätzte zweite Abgastemperatur (T2) geringer als eine erste Schwellentemperatur (T_1) ist. Die erste Schwellentemperatur kann einer erwarteten Temperatur des Abgases (erwartete zweite Abgastemperatur) nach dem Kühlen des Abgases durch den Wärmetauscher entsprechen. Die erwartete Kühlung des Abgases beim Passieren des Wärmetauschers kann auf der Abgasströmungsgeschwindigkeit beruhen, wobei die Abkühlgeschwindigkeit bei geringeren Abgasströmungsgeschwindigkeiten höher ist.
Zusätzlich zum Vergleichen des Drucks und der Temperatur mit entsprechenden Schwellenwerten kann die Routine Bestimmen beinhalten, ob eine Differenz (DT) zwischen der stromaufwärts von dem Wärmetauscher geschätzten ersten Abgastemperatur (T1) und der stromabwärts von dem Wärmetauscher geschätzten zweiten Abgastemperatur (T2) höher als eine Schwellentemperaturdifferenz ist. Die Schwellentemperaturdifferenz kann ein erwarteter Abfall der Abgastemperatur sein, wenn Abgas durch den Wärmetauscher strömt. Die erwartete zweite Abgastemperatur und der erwartete Abfall der Abgastemperatur können auf Grundlage von einem oder mehreren von Motorlast, Motortemperatur, Motordrehzahl, Abgasströmungsgeschwindigkeit und Kühlmittelströmungsgeschwindigkeit durch den Wärmetauscher modelliert werden. In einem Beispiel kann der erwartete Abfall der Abgastemperatur bei einer Zunahme der Kühlmittelströmungsgeschwindigkeit durch den Wärmetauscher und einer Abnahme der Motorlast, Motortemperatur, Motordrehzahl und Abgasströmungsgeschwindigkeit höher sein. In einem anderen Beispiel kann der erwartete Abfall der Abgastemperatur bei einer Abnahme der Kühlmittelströmungsgeschwindigkeit durch den Wärmetauscher und einer Zunahme der Motorlast, Motortemperatur, Motordrehzahl und Abgasströmungsgeschwindigkeit geringer sein. Falls bestimmt wird, dass P1 höher als T_P2 ist, kann abgeleitet werden, dass Abgas aufgrund einer Verstopfung des Wärmetauschers nicht dazu in der Lage ist, durch den Wärmetauscher zu strömen, und dass folglich eine Druckzunahme stromaufwärts von dem Wärmetauscher vorliegt. Falls T2 geringer als T_1 ist, kann gleichzeitig abgeleitet werden, dass aufgrund von Wärmetauscherverstopfung der Abgasstrom stromabwärts von dem Wärmetauscher eingeschränkt ist, was zu einer Abnahme der Temperatur unterhalb der Schwellentemperatur führt. Zudem kann einer Differenz zwischen T1 und T2 über dem Schwellenwert auch angeben, dass das Abgas nicht durch den Wärmetauscher strömt. Deshalb kann als Reaktion auf eines oder mehrere davon, dass die zweite Abgastemperatur geringer als eine erwartete zweite Abgastemperatur ist, dass die Differenz zwischen der ersten Abgastemperatur und der zweiten Abgastemperatur höher als eine Schwellentemperaturdifferenz ist und dass der Abgasdruck höher als ein erwarteter Abgasdruck ist, bei 218 bestimmt werden, dass eine Beeinträchtigung des Wärmetauschers vorliegt, und es kann ein Diagnosecode gesetzt werden, der die Beeinträchtigung angibt. Zudem kann im Anschluss an das Erkennen von Beeinträchtigung bei 238 Abgas nicht mehr durch den Bypasskanal und den Wärmetauscher geführt werden. Als Reaktion auf die Angabe einer Beeinträchtigung des Wärmetauschers kann das Umleitventil in die vollständig geschlossene (zweite) Position versetzt werden und das AGR-Ventil geschlossen werden, um Abgasstrom durch den Abgasbypass zu verhindern und nur direkten Abgasstrom zu dem Endrohr zu ermöglichen, wobei der Wärmetauscher umgangen wird.
Falls bei 216 bestimmt wird, dass der Abgasdruck geringer als der Schwellendruck (T_P) ist, die zweite Abgastemperatur höher als die Schwellentemperatur (T_1) ist und die Differenz zwischen der ersten Abgastemperatur und der zweiten Abgastemperatur geringer als die Schwellendifferenz ist, kann die Routine zu Schritt 220 übergehen. Bei 220 beinhaltet die Routine Bestimmen, ob die Kühlmitteltemperatur an dem Kühlmittelauslass (T3) geringer als eine Schwellenkühlmitteltemperatur (T_C1) ist. Die Schwellenkühlmitteltemperatur kann einer erwarteten Temperatur des Kühlmittels nach der Übertragung von Abgaswärme von dem Abgas an das Kühlmittel an dem Wärmetauscher entsprechen. Wenn Wärme an das zirkulierende Kühlmittel übertragen wird (an dem Wärmetauscher), kann die Temperatur des Kühlmittels steigen. Die erwartete Kühlmitteltemperatur kann auf Grundlage von einem oder mehreren von Abgastemperatur, Abgasströmungsgeschwindigkeit und Kühlmittelströmungsgeschwindigkeit modelliert werden. In einem Beispiel kann die erwartete Kühlmitteltemperatur bei einer Zunahme der Kühlmittelströmungsgeschwindigkeit und einer Abnahme der Motortemperatur, Abgasströmungsgeschwindigkeit geringer sein. In einem anderen Beispiel kann die erwartete Kühlmitteltemperatur bei einer Abnahme der Kühlmittelströmungsgeschwindigkeit und einer Zunahme der Motortemperatur, Abgasströmungsgeschwindigkeit höher sein.
Falls bestimmt wird, dass die Kühlmitteltemperatur (T3) höher als die Schwellenkühlmitteltemperatur (T_C1) ist, kann abgeleitet werden, dass Wärmeübertragung von dem Abgas an das Kühlmittelsystem an dem Wärmetauscher stattfindet. Daher kann bei 224 angegeben werden, dass der Wärmetauscher und das Kühlmittel system nicht beeinträchtigt sind. Falls jedoch bestimmt wird, dass T3 geringer als T_C1 ist, kann abgeleitet werden, dass das Kühlmittelsystem nicht dazu in der Lage ist, Wärme an dem Wärmetauscher aus dem Abgas zu absorbieren. Daher kann bei 222 ein Diagnosecode gesetzt werden, der eine Beeinträchtigung des Kühlmittelsystems angibt. Die Angabe kann eine Angabe beinhalten, dass eine oder mehrere Kühlmittelleitungen verstopft oder abgeklemmt sind. Im Anschluss an das Erkennen von Beeinträchtigung des Kühlmittelsystems kann das Abgas bei 238 direkt zu dem Endrohr geführt werden, wobei der Wärmetauscher umgangen wird.
Unter Rückkehr zu 204 beinhaltet die Routine, falls der erste Modus nicht ausgewählt ist, bei 226 Bestimmen, ob der zweite Modus, AGR-Abgabemodus, ausgewählt wurde. Das Abgaswärmeaustauschsystem kann in dem zweiten Modus betrieben werden, wenn AGR angefordert wird und wenn ferner Abgaswärmerückgewinnung für Motor- und Fahrgastkabinenheizung nicht gewünscht ist. In dem AGR-Abgabemodus wird das Wärmeaustauschsystem so betrieben, dass sich das Umleitventil in einer zweiten geschlossenen Position befindet und das AGR-Ventil offen ist, sodass eine Abgasmenge aus dem Abgaskrümmer über den Bypasskanal, den Wärmetauscher, den AGR-Abgabekanal und das AGR-Ventil zu dem Motoransaugkrümmer geführt werden kann. In diesem zweiten Modus kann Abgas, das in den Bypasskanal eintritt, nicht zu dem Hauptabgaskanal zurückströmen. Falls bestimmt wird, dass das Abgaswärmeaustauschsystem in dem AGR-Abgabemodus (zweiten Modus) betrieben wird, kann die Steuerung bei 228 die tatsächliche Position des Umleitventils auf Grundlage von Eingaben von dem an das Umleitventil gekoppelten hochauflösenden Positionssensor abrufen.
Bei 230 beinhaltet die Routine Bestimmen, ob sich das Umleitventil in der erwarteten (befohlenen) Position befindet. Während des Betriebs in dem AGR-Abgabemodus kann das Umleitventil in eine zweite Position befohlen werden, um Abgasstrom über den Wärmetauscher zu dem Motoransaugkrümmer zu ermöglichen. Falls bestimmt wird, dass sich das Umleitventil nicht in der erwarteten (zweiten) Position befindet, kann abgeleitet werden, dass eine Beeinträchtigung des Umleitventils vorliegen kann. Bei 234 kann eine Diagnoseroutine eingeleitet werden, um das Umleitventil zu diagnostizieren. Einzelheiten zur Diagnose des Umleitventils sind in 4 beschrieben.
Falls bestätigt wird, dass sich das Umleitventil in der erwarteten Position befindet, kann die Steuerung bei 232 bestätigen, dass das AGR-Ventil nicht beeinträchtigt ist. Der Betrieb des AGR-Ventils kann auf Grundlage der AGR-Strömungsgeschwindigkeit überwacht werden, die unter Verwendung eines Differenzdruck-Rückkopplungssensors an einer Blende in dem AGR-Abgabekanal geschätzt wird. Sobald bestätigt ist, dass das AGR-Ventil funktioniert, kann die Routine zu Schritt 210 übergehen, um mit der Diagnose des Wärmetauschers und Kühlmittelsystems fortzufahren. Dabei kann, wie vorstehend beschrieben, eine Beeinträchtigung des Wärmetauschers als Reaktion auf eine Differenz zwischen der Abgastemperatur stromaufwärts von dem Wärmetauscher und der Abgastemperatur stromabwärts von dem Wärmetauscher über einem Schwellenwert angegeben werden, und eine Beeinträchtigung des Kühlmittelsystems kann als Reaktion auf eine Kühlmitteltemperatur unter einem Schwellenwert angegeben werden.
Falls bei 226 bestimmt wird, dass das Abgaswärmeaustauschsystem nicht in dem AGR-Abgabemodus betrieben wird, kann bei 236 bestätigt werden, dass das System in dem Wärmetauscherbypassmodus (dritten Modus) betrieben wird. Das Abgaswärmeaustauschsystem kann während Motorlastbedingungen über einem Schwellenwert in dem dritten Betriebsmodus betrieben werden, wenn keine Abgaswärmerückgewinnung angefordert wird. In dem dritten Abgaswärmetauscherbypassmodus (wie in Bezug auf FIG. IC erörtert) kann das Wärmeaustauschsystem so betrieben werden, dass sich das Umleitventil in der zweiten Position befindet und das AGR-Ventil geschlossen ist. Während des Betriebs in dem Bypassmodus kann eine Diagnose der Sensoren des Abgaswärmeaustauschsystems ausgeführt werden. Einzelheiten zur Diagnose der Sensoren des Abgaswärmeaustauschsystems sind in 3 erörtert.
Auf diese Art und Weise kann eine Diagnose des Wärmetauschers und des Kühlmittelsystems periodisch (nachdem seit der letzten Diagnoseroutine eine Schwellenzeit verstrichen ist oder eine Schwellendistanz zurückgelegt worden ist) oder opportunistisch während des Betriebs des Wärmeaustauschsystems in dem ersten Modus oder dem zweiten Modus ausgeführt werden.
3 veranschaulicht ein beispielhaftes Verfahren 300, das zur On-Board-Diagnose einer Vielzahl von Sensoren, die an das Abgaswärmeaustauschsystem aus 1A-1C gekoppelt ist, umgesetzt werden kann. Die Diagnoseroutine kann den Zustand von jedem eines Temperatursensors (wie etwa des Temperatursensors 140 in 1A-1C), der stromaufwärts von dem Wärmetauscher an den Bypasskanal gekoppelt ist, eines Temperatursensors (wie etwa das Temperatursensors 144 in 1A-1C), der stromabwärts von dem Wärmetauscher an den Bypasskanal gekoppelt ist, eines Temperatursensors (wie etwa des Temperatursensors 148 in 1A-1C), der an eine Auslasskühlmittelleitung gekoppelt ist, und eines Drucksensors (wie etwa des Drucksensors 142 in 1A-1C), der stromaufwärts von dem Wärmetauscher an den Bypasskanal gekoppelt ist, überwachen.
Bei 302 kann die Steuerung bestätigen, dass das Abgaswärmeaustauschsystem in dem Wärmetauscherbypassmodus (dritten Modus) betrieben wird. Wie in 1C beschrieben, wird das System während Motorlastbedingungen über einem Schwellenwert in dem dritten Modus betrieben, wenn Abgasrückführung (AGR) und Abgaswärmerückgewinnung nicht mehr gewünscht sind. Bei 304 kann die Steuerung die Position des Umleitventils auf Grundlage von Eingaben von einem hochauflösenden Positionssensor (wie etwa dem Positionssensor 177 in 1A-1C), der an das Umleitventil gekoppelt ist, abrufen.
Bei 306 beinhaltet die Routine Bestimmen, ob die tatsächliche Position des Umleitventils mit der erwarteten (befohlenen) Position übereinstimmt. In dem Bypassmodus ist die erwartete Position die zweite, vollständig geschlossene Position des Umleitventils. Zudem kann das AGR-Ventil geschlossen sein, um Abgasstrom direkt zu dem Endrohr zu ermöglichen. Falls bestimmt wird, dass sich das Umleitventil nicht in der erwarteten (zweiten) Position befindet, wie etwa, wenn die tatsächliche Position des Umleitventils die erste Position oder eine Position zwischen der ersten und zweiten Position beinhaltet, kann abgeleitet werden, dass das Umleitventil beeinträchtigt ist. Bei 320 kann eine Diagnoseroutine eingeleitet werden, um die Beeinträchtigung des Umleitventils zu diagnostizieren, um zum Beispiel zu bestimmen, ob es in offener oder geschlossener Stellung festklemmt. Einzelheiten zur Diagnose des Umleitventils während des Betriebs in dem Bypassmodus sind in 5 beschrieben.
Falls bestätigt wird, dass sich das Umleitventil in der erwarteten Position befindet, kann die Steuerung bei 308 Temperatur- und Druckwerte des Wärmeaustauschsystems von der Vielzahl von Sensoren des Abgaswärmeaustauschsystems abrufen. Bei 309 kann eine erste Abgastemperatur (T1) bestimmt werden, die durch den stromaufwärts von dem Wärmetauscher an den Bypasskanal gekoppelten Temperatursensor gemessen wird. Bei 310 kann eine zweite Abgastemperatur (T2) bestimmt werden, die durch den stromabwärts von dem Wärmetauscher an den Bypasskanal gekoppelten Temperatursensor gemessen wird. Bei 311 kann eine Kühlmitteltemperatur (T3) bestimmt werden, die durch den an die Auslasskühlmittelleitung gekoppelten Temperatursensor gemessen wird. Bei 312 kann ein Abgasdruck (P1) bestimmt werden, der durch den stromaufwärts von dem Wärmetauscher an den Bypasskanal gekoppelten Drucksensor gemessen wird.
Bei 314 beinhaltet die Routine Bestimmen, ob die erste Abgastemperatur (T1) im Wesentlichen gleich der zweiten Abgastemperatur (T2) ist, wie etwa, wenn eine Differenz zwischen der ersten Abgastemperatur und der zweiten Abgastemperatur unter einem Schwellenwert vorliegt. Die Steuerung kann zudem bestimmen, ob der Druck stromaufwärts von dem Wärmetauscher (P1) im Wesentlichen gleich dem Atmosphärendruck (BP) ist, wie etwa, wenn eine Differenz zwischen P1 und BP unter einem Schwellenwert vorliegt. Zudem kann bestimmt werden, ob die Kühlmitteltemperatur geringer als eine Schwellenkühlmitteltemperatur (T_C2) ist. Da in dem dritten Modus kein Abgas in den Bypasskanal eintritt, kann eine stromaufwärts von dem Wärmetauscher geschätzte Temperatur in Gleichgewicht zu der stromabwärts von dem Wärmetauscher geschätzten Temperatur stehen und der Druck in dem Bypasskanal in Gleichgewicht zu dem Atmosphärendruck stehen. Jede der Schwellentemperaturdifferenz und der Schwellendruckdifferenz kann erwarteten instrumentellen Einschränkungen (Fehlerbereich) der Temperatursensoren bzw. des Drucksensors entsprechen. Die Schwellenkühlmitteltemperatur kann einer erwarteten Kühlmitteltemperatur entsprechen, wenn keine Wärmeübertragung von dem Wärmetauscher an das Kühlmittel vorliegt.
Falls jedes davon bestimmt wird, dass T1 gleich T2 ist (oder eine Differenz zwischen T1 und T2 unter einem Schwellenwert vorliegt), T3 geringer als T_C2 ist und P1 gleich BP ist (oder dass eine Differenz zwischen P1 und BP unter einem Schwellenwert vorliegt), kann bei 316 abgeleitet werden, dass die Temperatur- und Drucksensoren des Abgaswärmeaustauschsystems nicht beeinträchtigt sind.
Falls bestimmt wird, dass T1 ungleich T2 ist, kann bei 318 eine Beeinträchtigung mindestens eines des ersten Temperatursensors und des zweiten Temperatursensors angegeben werden. Auf Grundlage dessen, dass eine absolute Temperaturdifferenz zwischen der ersten Temperatur (T1) und der zweiten Temperatur (T2) höher als eine Schwellentemperaturdifferenz ist, kann ein Diagnosecode gesetzt werden. Zudem kann, falls bestimmt wird, dass T3 höher als T_C2 ist, eine Beeinträchtigung des Kühlmitteltemperatursensors angegeben werden. Falls bestimmt wird, dass P1 ungleich BP ist, kann eine Beeinträchtigung des Drucksensors angegeben werden. Auf Grundlage dessen, dass die absolute Differenz zwischen dem geschätzten Abgasdruck und dem Atmosphärendruck höher als eine Schwellendruckdifferenz ist, kann ein Diagnosecode gesetzt werden. Falls eine Beeinträchtigung eines oder mehrerer der Sensoren des Abgaswärmeaustauschsystems erkannt wird, können die Sensoren nicht mehr zur wirksamen Diagnose des Wärmetauschersystems verwendet werden. Daher können bei 320 weitere Diagnosen des Abgaswärmeaustauschsystems vorübergehend ausgesetzt werden, bis die Funktionalität der Sensoren wiederhergestellt wird (wie etwa während einer nachfolgenden Wartung).
Auf diese Art und Weise kann während des Betreibens in dem dritten Modus eine Beeinträchtigung des Drucksensors als Reaktion auf eine Druckdifferenz zwischen dem Abgasdruck und Atmosphärendruck über einem Schwellenwert angegeben werden, eine Beeinträchtigung mindestens eines des ersten Temperatursensors und des zweiten Temperatursensors als Reaktion auf eine Differenz zwischen der ersten Abgastemperatur und der zweiten Abgastemperatur über einem Schwellenwert angegeben werden und eine Beeinträchtigung des dritten Temperatursensors als Reaktion auf eine Kühlmitteltemperatur über einem Schwellenwert angegeben werden. On-Board-Diagnose des Abgaswärmeaustauschsystems kann periodisch oder opportunistisch während des Betriebs des Wärmeaustauschsystems in dem dritten Modus ausgeführt werden.
4 veranschaulicht ein beispielhaftes Verfahren 400, das zur Diagnose des Umleitventils des Abgaswärmeaustauschsystems umgesetzt werden kann.
Bei 403 kann die tatsächliche Position des Umleitventils auf Grundlage von Eingaben von dem an das Umleitventil gekoppelten Positionssensor abgerufen werden. Bei 404 beinhaltet die Routine Bestimmen, ob sich die tatsächliche Position des Umleitventils von der befohlenen Position des Umleitventils unterscheidet. Beispielsweise kann während des Betriebs des Wärmeaustauschsystems in dem ersten Modus, Wärmerückgewinnungsmodus, das Umleitventil in die erste, vollständig offene Position befohlen werden und das AGR-Ventil geschlossen werden, um Abgasstrom über den Wärmetauscher zu dem Endrohr zu ermöglichen. Falls die tatsächliche Position des Umleitventils während des ersten Modus die zweite Position oder eine Position zwischen der ersten und zweiten Position beinhaltet, kann eine Beeinträchtigung des Umleitventils bestimmt werden. Im Vergleich dazu kann während des Betriebs des Wärmeaustauschsystems in dem zweiten Modus, AGR-Abgabemodus, das Umleitventil in die zweite, vollständig geschlossene Position befohlen werden und das AGR-Ventil geöffnet werden, um Abgasstrom über den Wärmetauscher zu dem Motoransaugkrümmer zu ermöglichen. Während des Betriebs des Wärmeaustauschsystems in dem dritten Modus, Bypassmodus, kann das Umleitventil zudem in die zweite Position befohlen werden und das AGR-Ventil geschlossen werden, um direkten Abgasstrom zu dem Endrohr zu ermöglichen, wobei der Wärmetauscher umgangen wird. Falls die tatsächliche Position des Umleitventils während des zweiten oder dritten Modus die erste Position oder eine Position zwischen der ersten und zweiten Position beinhaltet, kann eine Beeinträchtigung des Umleitventils bestimmt werden.
Falls bestimmt wird, dass die tatsächliche Position des Umleitventils mit der befohlenen Position des Umleitventils übereinstimmt, kann bei 406 angegeben werden, dass das Umleitventil nicht beeinträchtigt ist und weiterhin zum Einstellen des Betriebs des Abgaswärmeaustauschsystems verwendet werden kann.
Falls bestimmt wird, dass sich die tatsächliche Position des Umleitventils von der befohlenen Position unterscheidet, kann die Steuerung bei 407 jedes einer ersten Abgastemperatur (T1), die durch den stromaufwärts von dem Wärmetauscher an den Bypasskanal gekoppelten Temperatursensor geschätzt wird, einer zweiten Abgastemperatur (T2), die durch den stromabwärts von dem Wärmetauscher an den Bypasskanal gekoppelten Temperatursensor geschätzt wird, und eines Abgasdrucks (P1), der durch den stromaufwärts von dem Wärmetauscher an den Bypasskanal gekoppelten Drucksensor geschätzt wird, abrufen.
Bei 408 beinhaltet die Routine Bestimmen, ob das Abgaswärmeaustauschsystem in dem Abgaswärmerückgewinnungsmodus (ersten Modus) betrieben wird. Falls bestätigt wird, dass das System in dem Abgaswärmerückgewinnungsmodus (ersten Modus) betrieben wird, kann die Routine bei 410 Bestimmen beinhalten, ob sich das Umleitventil in der erwarteten, zweiten Position befindet und ob die erste Abgastemperatur geringer als eine Schwellentemperatur T_2 ist. Die Schwellentemperatur T_2 kann einer erwarteten Abgastemperatur an dem Bypasskanal stromaufwärts von dem Wärmetauscher entsprechen, wenn das gesamte Abgasvolumen durch den Bypasskanal strömt (wie etwa während des Betriebs in dem ersten Modus). Die Schwellentemperatur T_2 kann auf Grundlage von einem oder mehreren von Motorlast, Motortemperatur, Motordrehzahl und Abgasströmungsgeschwindigkeit modelliert werden.
Falls bestimmt wird, dass sich das Umleitventil während des Betriebs in dem ersten Modus in der zweiten Position (tatsächlichen Position) befindet und dass T1 geringer als T_2 ist, kann bei 412 abgeleitet werden, dass das Umleitventil in der zweiten, vollständig geschlossenen Position festklemmt und Abgas nicht in den Abgasbypass eintreten kann. Bei 418 kann ein Diagnosecode gesetzt werden, der angibt, dass das Umleitventil in geschlossener Stellung festklemmt, und das Abgaswärmeaustauschsystem kann nicht mehr in dem ersten Modus betrieben werden, bis das Umleitventil gewartet worden ist.
Falls bestimmt wird, dass sich das Umleitventil nicht in der zweiten Position befindet, beinhaltet die Routine bei 414 Bestimmen, ob das Umleitventil teilweise offen ist (zwischen der ersten und zweiten Position) und ob die erste Abgastemperatur (T1) geringer als die Schwellentemperatur T_2 ist. Wenn das Umleitventil zwischen der ersten und zweiten Position festklemmt, kann Abgas durch den Hauptabgaskanal strömen und nicht in den Bypasskanal eintreten. Falls bestimmt wird, dass sich das Umleitventil während des Betriebs in dem ersten Modus in einer teilweise offenen Position befindet und dass T1 geringer als der Schwellenwert T_2 ist, kann bei 418 abgeleitet werden, dass das Umleitventil leckt, da es zwischen der ersten und zweiten Position festklemmt und nicht das gesamte Abgasvolumen in den Abgasbypass eintreten kann (wie während des Betriebs in dem ersten Modus gewünscht). Es kann ein Diagnosecode gesetzt werden und das Abgaswärmeaustauschsystem kann nicht mehr in dem ersten Modus betrieben werden, bis das Umleitventil gewartet worden ist.
Falls bestimmt wird, dass das Umleitventil nicht teilweise offen ist und sich nicht in der zweiten Position befindet, kann bei 416 abgeleitet werden, dass das Umleitventil nicht beeinträchtigt ist und funktioniert. Alternativ kann bei 417 angegeben werden, dass eine mögliche Beeinträchtigung bei dem Umleitventilpositionssensor vorliegt und der Sensor nicht dazu in der Lage sein kann, die tatsächliche Position des Umleitventils optional zu schätzen.
Falls bei 408 bestimmt wird, dass das Abgaswärmeaustauschsystem nicht in dem Abgaswärmerückgewinnungsmodus betrieben wird, beinhaltet die Routine bei 420 Bestimmen, ob das Abgaswärmeaustauschsystem in dem AGR-Abgabemodus (zweiten Modus) betrieben wird. Falls bestätigt wird, dass das Abgaswärmeaustauschsystem in dem AGR-Abgabemodus (zweiten Modus) betrieben wird, kann die Steuerung bei 422 bestätigen, dass das AGR-Ventil nicht beeinträchtigt ist. Der Betrieb des AGR-Ventils kann auf Grundlage der AGR-Strömungsgeschwindigkeit überwacht werden. Sobald bestätigt ist, dass das AGR-Ventil vollständig funktioniert, kann die Routine zu Schritt 424 übergehen, um während des Betreibens in dem AGR-Modus mit der Diagnose des Umleitventils fortzufahren.
Bei 424 beinhaltet die Routine Bestimmen, ob sich das Umleitventil in der ersten Position befindet und ob die zweite Abgastemperatur (T2) höher als eine Schwellentemperatur T_3 ist. Die Schwellentemperatur T_3 kann einer erwarteten Abgastemperatur an dem Bypasskanal stromabwärts von dem Wärmetauscher entsprechen, wenn eine gewünschte Abgasmenge (als AGR) durch den Bypasskanal strömt (wie etwa während des Betriebs in dem ersten Modus), ehe sie in den AGR-Abgabekanal eintritt. Die Schwellentemperatur T_3 kann auf Grundlage von einem oder mehreren von Motorlast, Motortemperatur, Motordrehzahl, Abgasströmungsgeschwindigkeit und Kühlmittelströmungsgeschwindigkeit durch den Wärmetauscher modelliert werden.
Falls bestimmt wird, dass sich das Umleitventil während des Betriebs in dem zweiten Modus in der ersten Position befindet und dass T2 höher als die Schwellentemperatur T_3 ist, kann bei 428 abgeleitet werden, dass das Umleitventil in der ersten Position festklemmt und das gesamte Abgasvolumen in den Abgasbypass eintreten kann (anstatt dass ein Teil des Abgases direkt zu dem Endrohr geführt wird). Das höher als gewünschte Abgasvolumen kann in den AGR-Kanal eintreten, was zu Verbrennungsinstabilität führt. Es kann ein Diagnosecode gesetzt werden, der angibt, dass das Umleitventil in offener Stellung festklemmt, und das Abgaswärmeaustauschsystem kann nicht mehr in dem zweiten Modus betrieben werden, bis das Umleitventil gewartet worden ist.
Falls bestimmt wird, dass sich das Umleitventil nicht in der ersten Position befindet, beinhaltet die Routine bei 426 Bestimmen, ob das Umleitventil teilweise offen ist (zwischen der ersten und zweiten Position) und ob der Abgasdruck höher als ein Schwellendruck T_P2 ist. Wenn das Umleitventil teilweise offen ist (zwischen der ersten und zweiten Position) kann eine höhere Abgasmenge als geschätzt in den Bypasskanal eintreten und durch den AGR-Abgabekanal strömen oder zu dem Hauptabgaskanal zurückströmen. Falls die höhere Abgasmenge als erwartet in den Bypasskanal eintritt, kann der Druck stromaufwärts von dem Wärmetauscher zunehmen. Der Schwellenwert T_P2 kann einem Druck in dem Bypasskanal entsprechen, der dadurch erzeugt wird, dass eine erwartete Abgasmenge zur AGR in den Bypasskanal eintritt. Der Schwellendruck T_P2 kann auf Grundlage von einem oder mehreren von Motorlast, Motortemperatur, Motordrehzahl und Abgasströmungsgeschwindigkeit modelliert werden.
Falls bestimmt wird, dass sich das Umleitventil während des Betriebs in dem zweiten Modus in einer teilweise offenen Position befindet und dass P1 höher als der Schwellenwert T_P2 ist, kann die Routine zu 418 übergehen und abgeleitet werden, dass das Umleitventil leckt, da es zwischen der ersten und zweiten Position festklemmt. Es kann ein Diagnosecode gesetzt werden, der das Leck angibt, und das Abgaswärmeaustauschsystem kann nicht mehr in dem zweiten Modus betrieben werden, bis das Umleitventil repariert worden ist. Falls bestimmt wird, dass sich das Umleitventil nicht in einer teilweise offenen Position befindet und dass P 1 geringer als der Schwellenwert T_P2 ist, kann die Routine zu 416 übergehen und angegeben werden, dass das Umleitventil nicht beeinträchtigt ist.
Falls bei 420 bestimmt wird, dass das Abgaswärmeaustauschsystem nicht in dem AGR-Abgabemodus betrieben wird, kann bei 430 abgeleitet werden, dass das System in dem Wärmetauscherbypassmodus (dritten Modus) betrieben wird. Während des Betriebs in dem Bypassmodus kann zudem eine Diagnose des Umleitventils ausgeführt werden. Einzelheiten zur Diagnose des Umleitventils während des Betreibens in dem Bypassmodus sind in 5 erörtert.
5 veranschaulicht ein beispielhaftes Verfahren 500, das zur Diagnose des Umleitventils des Abgaswärmeaustauschsystems während des Betriebs des Wärmeaustauschsystems in dem Wärmetauscherbypassmodus umgesetzt werden kann. Während des Betriebs in dem Bypassmodus kann sich das Umleitventil in der zweiten Position befinden und das AGR-Ventil geschlossen sein, sodass das Abgas nicht in den Bypasskanal eintreten kann und durch den Hauptabgaskanal direkt zu dem Endrohr strömen kann. Das beispielhafte Verfahren 500 kann bei Schritt 430 aus 4 umgesetzt werden.
Bei 502 kann die Steuerung bestätigen, dass das Abgaswärmeaustauschsystem in dem Wärmetauscherbypassmodus (dritten Modus) betrieben wird. Zudem kann die Steuerung die tatsächliche Position des Umleitventils auf Grundlage von Eingaben von einem hochauflösenden Positionssensor, der an das Umleitventil gekoppelt ist, abrufen.
Bei 504 beinhaltet die Routine Bestimmen, ob sich die tatsächliche Position des Umleitventils von der befohlenen Position des Umleitventils unterscheidet. Beispielsweise kann während des Betriebs des Wärmeaustauschsystems in dem Bypassmodus das Umleitventil in die zweite Position befohlen werden und das AGR-Ventil geschlossen werden, um direkten Abgasstrom zu dem Endrohr zu ermöglichen, wobei der Wärmetauscher umgangen wird.
Falls bestimmt wird, dass die tatsächliche Position des Umleitventils die gleiche ist wie die befohlene Position des Umleitventils, kann bei 505 angegeben werden, dass das Umleitventil nicht beeinträchtigt ist und weiterhin zum Einstellen des Betriebs des Abgaswärmeaustauschsystems verwendet werden kann.
Bei 506 kann die Steuerung jedes einer ersten Abgastemperatur (T1), die durch den stromaufwärts von dem Wärmetauscher an den Bypasskanal gekoppelten Temperatursensor geschätzt wird, einer zweiten Abgastemperatur (T2), die durch den stromabwärts von dem Wärmetauscher an den Bypasskanal gekoppelten Temperatursensor geschätzt wird, und eines Abgasdrucks (P1), der durch den stromaufwärts von dem Wärmetauscher an den Bypasskanal gekoppelten Drucksensor geschätzt wird, abrufen.
Bei 508 beinhaltet die Routine Bestimmen, ob sich das Umleitventil in der ersten Position befindet und ob die erste Abgastemperatur (T1) höher als eine Schwellentemperatur T_4 ist. Da Abgas nicht in den Bypasskanal eintreten kann, kann die Schwellentemperatur T_4 in dem Bypassmodus einer erwarteten Temperatur des Bypasskanals ohne hindurchströmendes Abgas entsprechen.
Falls bestimmt wird, dass sich das Umleitventil auch während des Betriebs in dem dritten Modus in der ersten Position befindet und dass T1 höher als der Schwellenwert T_4 ist, kann bei 509 ein Diagnosecode gesetzt werden, der angibt, dass das Umleitventil in der ersten Position festklemmt, und Abgas kann in den Abgasbypass eintreten, anstatt dass es direkt durch den Wärmetauscher strömt.
Falls bestimmt wird, dass sich das Umleitventil nicht in der ersten Position befindet, beinhaltet die Routine bei 510 Bestimmen, ob das Umleitventil teilweise offen ist (zwischen der ersten und zweiten Position festklemmt) und ob der Abgasdruck höher als der Atmosphärendruck (BP) ist. Wenn sich das Umleitventil zwischen der ersten und zweiten Position befindet, kann Abgas in den Bypasskanal eintreten und der Druck stromaufwärts von dem Wärmetauscher kann über den Atmosphärendruck zunehmen.
Falls bestimmt wird, dass sich das Umleitventil während des Betriebs in dem zweiten Modus in einer teilweise offenen Position befindet und dass P1 höher als BP ist, kann die Routine zu 512 übergehen und abgeleitet werden, dass das Umleitventil leckt, da es zwischen der ersten und zweiten Position festklemmt, und es kann ein Diagnosecode gesetzt werden. Falls bestimmt wird, dass das Umleitventil nicht teilweise offen ist und sich nicht in der ersten Position befindet, kann bei 505 abgeleitet werden, dass das Umleitventil nicht beeinträchtigt ist.
Auf diese Art und Weise kann eine Beeinträchtigung des Umleitventils als Reaktion darauf angegeben werden, dass eine geschätzte Umleitventilposition während des Betreibens in dem ersten Modus die zweite Position oder eine Position zwischen der ersten Position und der zweiten Position ist. Zudem kann eine Beeinträchtigung des Umleitventils als Reaktion darauf angegeben werden, dass die geschätzte Umleitventilposition während des Betriebs in einem des zweiten Modus und des dritten Modus die erste Position oder eine Position zwischen der ersten Position und der zweiten Position ist.
6 zeigt eine Tabelle 600, die Diagnoseparameter für unterschiedliche Komponenten des Wärmeaustauschsystems aus 1A-1C zeigt. Das Wärmeaustauschsystem kann einen Wärmetauscher umfassen, der in einem Abgasbypass untergebracht ist, wobei der Abgasbypass von stromabwärts von dem Abgaskatalysator zu stromaufwärts von dem Schalldämpfer an einen Hauptabgaskanal gekoppelt ist. Ein Kühlmittelsystem mit einer zugehenden Kühlmittelleitung und einer abgehenden Kühlmittelleitung kann fluidisch an den Wärmetauscher gekoppelt sein. Das Wärmeaustauschsystem kann ferner einen Abgasrückführungs-(AGR-)Kanal zum Rückführen von Abgas aus dem Abgasbypass stromabwärts von dem Wärmetauscher zu einem Motoransaugkrümmer über ein AGR-Ventil beinhalten. Die Steuerung kann die Position eines Umleitventils einstellen, das stromabwärts von dem Wärmetauscher an eine Verbindungsstelle des Hauptabgaskanals und des Abgasbypasses gekoppelt ist, um das Wärmeaustauschsystem in einem von drei unterschiedlichen Modi zu betreiben.
In einem Beispiel kann die Steuerung, während das Wärmeaustauschsystem in einem ersten Modus, Wärmerückgewinnungsmodus, betrieben wird, das Umleitventil in eine erste (offene) Position betätigen und das AGR-Ventil schließen, um Abgas von stromabwärts von den Abgaskatalysatoren über den Abgasbypass, in dem der Wärmetauscher untergebracht ist, zu einem Endrohr strömen zu lassen. In einem anderen Beispiel kann die Steuerung, während das Wärmeaustauschsystem in einem zweiten Modus, AGR-Modus, betrieben wird, das Umleitventil in eine zweite (geschlossene) Position betätigen und das AGR-Ventil öffnen, um Abgas von stromabwärts von den Abgaskatalysatoren über den Abgasbypass, in dem ein Wärmetauscher untergebracht ist, zu dem Endrohr strömen zu lassen. In noch einem anderen Beispiel kann die Steuerung, während das Wärmeaustauschsystem in einem dritten Modus, Bypassmodus, betrieben wird, das Umleitventil in die zweite Position betätigen und das AGR-Ventil schließen, um Abgas von stromabwärts von den Abgaskatalysatoren direkt zu dem Endrohr strömen zu lassen, wobei der Wärmetauscher umgangen wird.
Zur Diagnose des Wärmeaustauschsystems wird eine erste Abgastemperatur (T1) über einen ersten Temperatursensor geschätzt, der stromaufwärts von dem Wärmetauscher in dem Bypasskanal untergebracht ist, eine zweite Abgastemperatur (T2) über einen zweiten Temperatursensor geschätzt, der stromabwärts von dem Wärmetauscher in dem Bypasskanal untergebracht ist, ein Abgasdruck (P1) über einen Drucksensor geschätzt, der stromaufwärts von dem Wärmetauscher in dem Bypasskanal untergebracht ist, und eine Kühlmitteltemperatur (T3) über einen dritten Temperatursensor geschätzt, der in einer Kühlmittelleitung des Kühlmittelsystems untergebracht ist. Die tatsächliche Position des Umleitventils kann über einen an das Umleitventil gekoppelten hochauflösenden Positionssensor abgerufen werden.
In Zeile 602 kann eine Beeinträchtigung des Wärmetauschers diagnostiziert werden, während das Wärmeaustauschsystem in einem des ersten Modus, Wärmerückgewinnungsmodus, und des zweiten Modus, AGR-Modus, betrieben wird. Dabei kann sich das Umleitventil in der ersten Position (während des Betriebs in dem ersten Modus) oder in der zweiten Position (während des Betriebs in dem zweiten Modus) befinden. Falls eine Beeinträchtigung des Wärmetauschers vorliegt, wie etwa, falls der Wärmetauscher verstopft ist, kann sich heißes Abgas stromaufwärts von dem Wärmetauscher ansammeln und das Abgas kann nicht dazu in der Lage sein, durch den Wärmetauscher zu strömen. Aufgrund einer Beeinträchtigung des Wärmetauschers kann die zweite Abgastemperatur (T2) geringer als eine erwartete zweite Temperatur sein, während die erste Abgastemperatur (T1) höher als eine erwartete erste Temperatur sein kann und der Abgasdruck (P1) höher als ein erwarteter Druck sein kann. Zudem kann Wärme nicht an das Kühlmittel übertragen werden, das durch den Wärmetauscher zirkuliert, was dazu führt, dass die Kühlmitteltemperatur unter einer erwarteten Kühlmitteltemperatur bleibt. Die erwartete erste Temperatur, die erwartete zweite Temperatur, der erwartete Druck und die erwartete Kühlmitteltemperatur können auf Grundlage des ausgewählten Betriebsmodus (erster oder zweiter Modus), der Motortemperatur, Motorlast, Motordrehzahl, Abgasströmungsgeschwindigkeit, Kühlmittelströmungsgeschwindigkeit etc. modelliert werden.
In Zeile 604 kann eine Beeinträchtigung des Kühlmittelsystems diagnostiziert werden, während das Wärmeaustauschsystem in einem des ersten Modus, Wärmerückgewinnungsmodus, und des zweiten Modus, AGR-Modus, betrieben wird. Dabei kann das Umleitventil in die erste Position (während des Betriebs in dem ersten Modus) oder in die zweite Position (während des Betriebs in dem zweiten Modus) befohlen werden. Falls eine Beeinträchtigung des Kühlmittelsystems vorliegt, kann Wärme aus dem Abgas nicht an dem Wärmetauscher an das Kühlmittel übertragen werden, und das aus dem Wärmetauscher austretende Abgas kann nicht erheblich kühler als das in den Wärmetauscher eintretende Abgas sein. Aufgrund einer Beeinträchtigung des Kühlmittelsystems kann die zweite Abgastemperatur (T2) höher als eine erwartete zweite Temperatur sein, während die erste Abgastemperatur (T1) im Wesentlichen gleich einer erwarteten ersten Temperatur sein kann und der Abgasdruck (P1) im Wesentlichen gleich einem erwarteten Druck sein kann. Da zudem Wärme nicht an dem Wärmetauscher an das Kühlmittel übertragen werden kann, kann die Kühlmitteltemperatur unter einer erwarteten Kühlmitteltemperatur bleiben. Die erwartete erste Temperatur, die erwartete zweite Temperatur, der erwartete Druck und die erwartete Kühlmitteltemperatur können auf Grundlage des Betriebsmodus (erster oder zweiter), der Motortemperatur, Motorlast, Motordrehzahl, Abgasströmungsgeschwindigkeit etc. modelliert werden.
In Zeile 606 kann eine Beeinträchtigung des Umleitventils diagnostiziert werden, während das Wärmeaustauschsystem in dem ersten Modus, Wärmerückgewinnungsmodus, betrieben wird. Darin kann dem Umleitventil befohlen werden, sich in einer ersten Position (während des Betriebs in dem ersten Modus) zu befinden. Falls das Umleitventil jedoch in der zweiten Position (tatsächlichen Position) festklemmt, kann eine wesentliche Abgasmenge nicht in den Bypasskanal eintreten und über den Hauptabgaskanal direkt zu dem Endrohr strömen. Falls das Umleitventil während des Betriebs in dem ersten Modus in der zweiten Position festklemmt, kann aufgrund des geringeren Abgasstroms in den Bypasskanal als erwartet die erste Abgastemperatur (T1) geringer als eine erwartete erste Temperatur sein, die zweite Abgastemperatur (T2) geringer als eine erwartete zweite Temperatur sein und der Abgasdruck (P1) geringer als ein erwarteter Druck sein. Da zudem eine erhebliche Abgasmenge nicht durch den Wärmetauscher strömen kann, kann die Kühlmitteltemperatur geringer als eine erwartete Kühlmitteltemperatur sein.
In Zeile 608 kann eine Beeinträchtigung des Umleitventils diagnostiziert werden, während das Wärmeaustauschsystem in einem des zweiten Modus, AGR-Modus, und des dritten Modus, Bypassmodus, betrieben wird. Darin kann dem Umleitventil befohlen werden, sich in der zweiten Position (während des Betriebs in entweder dem zweiten Modus oder dem dritten Modus) zu befinden. Falls das Umleitventil jedoch in der ersten Position (tatsächlichen Position) festklemmt, kann die gesamte Abgasmenge in den Abgasbypass eintreten, durch den Wärmetauscher strömen und über den AGR-Abgabekanal in den Motoreinlass eintreten. Falls das Umleitventil während des Betriebs in dem AGR-Modus oder dem Bypassmodus in der ersten Position festklemmt, kann aufgrund des höheren Abgasstroms in den Bypasskanal als erwartet die erste Abgastemperatur (T1) höher als eine erwartete erste Temperatur sein, die zweite Abgastemperatur (T2) höher als eine erwartete zweite Temperatur sein und der Abgasdruck (P1) höher als ein erwarteter Druck sein. Da zudem das gesamte Abgasvolumen durch den Wärmetauscher strömen kann, kann die Kühlmitteltemperatur höher als eine erwartete Kühlmitteltemperatur sein.
In Zeile 610 kann eine Beeinträchtigung des Umleitventils diagnostiziert werden, während das Wärmeaustauschsystem in einem des ersten Modus, Wärmerückgewinnungsmodus, des zweiten Modus, AGR-Modus, und des dritten Modus, Bypassmodus, betrieben wird. Dabei kann dem Umleitventil befohlen werden, sich entweder in der ersten Position (während des Betriebs in dem ersten Modus) oder in der zweiten Position (während des Betriebs in dem zweiten Modus) zu befinden. Falls jedoch während des Betriebs in dem ersten Modus das Umleitventil zwischen der ersten Position und der zweiten Position (in einer teilweise offenen Position) festklemmt, kann nicht das gesamte Abgasvolumen in den Abgasbypass eintreten und ein Teil des Abgases kann über den Hauptabgaskanal direkt zu dem Endrohr strömen (wobei der Wärmetauscher umgangen wird). Falls das Umleitventil in einer teilweise offenen Position festklemmt, kann aufgrund des geringeren Abgasstroms in den Bypasskanal als erwartet die erste Abgastemperatur (T1) geringer als eine erwartete erste Temperatur sein, die zweite Abgastemperatur (T2) geringer als eine erwartete zweite Temperatur sein und der Abgasdruck (P1) geringer als ein erwarteter Druck sein. Da zudem nicht das gesamte Abgasvolumen durch den Wärmetauscher strömen kann, kann die Kühlmitteltemperatur geringer als eine erwartete Kühlmitteltemperatur sein. Falls jedoch während des Betriebs in dem zweiten Modus oder dem dritten Modus das Umleitventil zwischen der ersten Position und der zweiten Position (in einer teilweise offenen Position) festklemmt, kann ein höheres Abgasvolumen als erwartet in den Abgasbypass eintreten. Falls das Umleitventil in einer teilweise offenen Position festklemmt, kann aufgrund des höheren Abgasstroms in den Bypasskanal als erwartet die erste Abgastemperatur (T1) höher als eine erwartete erste Temperatur sein, die zweite Abgastemperatur (T2) höher als eine erwartete zweite Temperatur sein und der Abgasdruck (P1) höher als ein erwarteter Druck sein. Da zudem ein höheres Abgasvolumen durch den Wärmetauscher strömen kann als erwartet, kann die Kühlmitteltemperatur höher als eine erwartete Kühlmitteltemperatur sein.
In Zeile 612 kann eine Beeinträchtigung mindestens eines des ersten Temperatursensors, der stromaufwärts von dem Wärmetauscher an den Abgasbypass gekoppelt ist, und des zweiten Temperatursensors, der stromabwärts von dem Wärmetauscher an den Abgasbypass gekoppelt ist, diagnostiziert werden, während das Wärmeaustauschsystem in dem dritten Modus, Bypassmodus, betrieben wird. Darin kann das Umleitventil in die zweite Position (während des Betriebs in dem dritten Modus) befohlen werden. In diesem Modus kann, da kein Abgas in den Bypasskanal eintreten kann, erwartet werden, dass die erste Abgastemperatur gleich der zweiten Abgastemperatur ist, und es kann erwartet werden, dass der Abgasdruck gleich dem Atmosphärendruck ist. Falls eine Beeinträchtigung mindestens eines des ersten Temperatursensors und des zweiten Temperatursensors vorliegt, kann die erste Abgastemperatur nicht im Wesentlichen gleich der zweiten Abgastemperatur sein, während der Abgasdruck im Wesentlichen gleich dem Atmosphärendruck sein kann.
In Zeile 614 kann eine Beeinträchtigung des Drucksensors, der stromaufwärts von dem Wärmetauscher an den Abgasbypass gekoppelt ist, diagnostiziert werden, während das Wärmeaustauschsystem in dem dritten Modus, Bypassmodus, betrieben wird. Darin kann sich das Umleitventil in der zweiten Position (während des Betriebs in dem dritten Modus) befinden und es wird nicht erwartet, dass Abgas in den Bypasskanal eintritt. Falls eine Beeinträchtigung des Drucksensors vorliegt, kann der Abgasdruck nicht im Wesentlichen gleich dem Atmosphärendruck sein, während die erste Abgastemperatur im Wesentlichen gleich der zweiten Abgastemperatur sein kann.
Auf diese Art und Weise kann während unterschiedlicher Betriebsmodi des Wärmetauschersystems eine On-Board-Diagnose für unterschiedliche Komponenten des Abgaswärmeaustauschsystems ausgeführt werden.
7 zeigt eine beispielhafte Betriebssequenz 700, die eine erste Diagnoseroutine für Komponenten des Wärmeaustauschsystems aus 1A-1C veranschaulicht. Die Diagnoseroutine kann periodisch und/oder opportunistisch ausgeführt werden, um eine Beeinträchtigung des Umleitventils und des Wärmetauschers des Wärmeaustauschsystems zu überwachen. Die horizontale (x-Achse) zeigt die Zeit an und die vertikalen Markierungen t1-t4 kennzeichnen wichtige Zeitpunkte beim Betrieb des Abgasbypassbaugruppensystems.
Der erste Verlauf, Linie 702, zeigt eine tatsächliche Position eines Umleitventils, das an eine Verbindungsstelle des Hauptabgaskanals und des Bypasskanals, in dem der Wärmetauscher untergebracht ist, gekoppelt ist, die über einen an das Umleitventil gekoppelten Positionssensor geschätzt wird. Der zweite Verlauf, Linie 704, zeigt eine Position eines Abgasrückführungs-(AGR-)Ventils, das an einen AGR-Abgabekanal gekoppelt ist, der Abgas von dem Abgaskanal an den Ansaugkrümmer abgibt. Der dritte Verlauf, Linie 706, zeigt eine erste Abgastemperatur stromaufwärts von dem Wärmetauscher, die über einen ersten Temperatursensor geschätzt wird, der an den Bypasskanal gekoppelt ist. Die gestrichelte Linie 707 zeigt eine erste (erwartete) Schwellentemperatur, unter der abgeleitet werden kann, das Abgas nicht in den Bypasskanal eintritt. Der vierte Verlauf, Linie 708, zeigt eine zweite Abgastemperatur stromabwärts von dem Wärmetauscher, die über einen zweiten Temperatursensor geschätzt wird, der an den Bypasskanal gekoppelt ist. Die gestrichelte Linie 709 zeigt eine zweite (erwartete) Schwellentemperatur, unter der abgeleitet werden kann, das Abgas nicht durch den Wärmetauscher strömt. Der fünfte Verlauf, Linie 710, zeigt eine Kühlmitteltemperatur in der an den Wärmetauscher gekoppelten abgehenden Kühlmittelleitung, die über einen dritten Temperatursensor geschätzt wird, der an die Kühlmittelleitung gekoppelt ist. Die gestrichelte Linie 711 zeigt eine Kühlmitteltemperatur, die eine erwartete Kühlmitteltemperatur nach dem Absorbieren einer erwarteten Wärmemenge aus dem Abgas an dem Wärmetauscher anzeigen kann. Der sechste Verlauf, Linie 712, zeigt einen Abgasdruck stromaufwärts von dem Wärmetauscher, der über einen Drucksensor geschätzt wird, der an den Bypasskanal gekoppelt ist. Die gestrichelte Linie 713 zeigt einen Schwellendruck, der einen Abgasdruck anzeigen kann, der an dem Bypasskanal stromaufwärts von dem Wärmetauscher geschätzt wird, wenn eine Ansammlung von Abgas in dem Bypasskanal aufgrund von Verstopfung des Wärmetauschers vorliegt. Der siebte Verlauf, Linie 714, zeigt eine Position eines Anzeigeflags für Beeinträchtigung des Wärmetauschers und der achte Verlauf, Linie 716 zeigt eine Position eines Anzeigeflags für Beeinträchtigung des Umleitventils.
Vor Zeitpunkt t1 kann das Umleitventil als Reaktion auf Motorkaltstartbedingungen in eine erste Position befohlen werden und das AGR-Ventil in geschlossene Stellung befohlen werden, um das gesamte Abgasvolumen aus dem Hauptabgaskanal über den Wärmetauscher zu dem Endrohr strömen zu lassen, ohne dass es in den AGR-Abgabekanal eintritt. Während der Kaltstartbedingungen wird Abgaswärmerückgewinnung angefordert und AGR ist nicht gewünscht. Während dieser Zeit können die erste Abgastemperatur und die zweite Abgastemperatur über ihren jeweiligen Schwellentemperaturen liegen, da das Abgas durch den Bypasskanal mit dem Wärmetauscher strömt. Die zweite Abgastemperatur kann geringer als die erste Abgastemperatur sein, da das Abgas beim Strömen durch den Wärmetauscher abgekühlt wird. Da das Abgas ungehindert durch den Wärmetauscher strömt, kann der Abgasdruck geringer als der Schwellendruck sein. Da Wärme aus dem Abgas an dem Wärmetauscher an das Kühlmittel übertragen wird, bleibt die Kühlmitteltemperatur über der Schwellenkühlmitteltemperatur. Da die befohlene Position des Umleitventils mit der tatsächlichen ersten Position des Umleitventils übereinstimmt, kann abgeleitet werden, dass das Umleitventil nicht beeinträchtigt ist. Während dieser Zeit können der Wärmetauscher und das Umleitventil nicht beeinträchtigt sein und entsprechende Beeinträchtigungsflags können nicht gesetzt werden.
Zu Zeitpunkt t1 kann das Umleitventil als Reaktion auf eine Zunahme der Motorlast (wie etwa während einer Pedalbetätigung) in die zweite Position betätigt werden, während das AGR-Ventil geschlossen gehalten wird, um Abgas über den Hauptabgaskanal direkt zu dem Endrohr strömen zu lassen, wobei der Wärmetauscher umgangen wird. Zudem kann zu diesem Zeitpunkt keine Abgaswärmerückgewinnung mehr angefordert werden. Zwischen Zeitpunkt t1 und t2 kann Abgas nicht in den Bypasskanal eintreten und die Abgastemperatur stromaufwärts von dem Wärmetauscher (Te) kann im Wesentlichen gleich der Abgastemperatur stromabwärts von dem Wärmetauscher sein. Auf Grundlage des Gleichgewichts zwischen den Abgastemperaturen, die durch jeden des ersten Abgastemperatursensors und des zweiten Abgastemperatursensors gemessen werden, kann angegeben werden, dass sowohl der erste als auch der zweite Temperatursensor funktionieren und weiterhin zur Diagnose des Abgaswärmeaustauschsystems verwendet werden können. Da Abgas nicht in den Bypasskanal eintritt, kann beobachtet werden, dass der Druck stromaufwärts von dem Wärmetauscher gleich dem Atmosphärendruck (BP) sein kann. Zudem kann auf Grundlage des erwarteten Messwerts des Drucksensors (der den aktuellen Druck als Atmosphärendruck angibt) abgeleitet werden, dass der Drucksensor nicht beeinträchtigt ist. Während dieser Zeit kann die Kühlmitteltemperatur auf unterhalb der Schwellentemperatur abfallen, da keine Wärme an dem Wärmetauscher an das Kühlmittel übertragen wird.
Zu Zeitpunkt t2 kann der AGR-Bedarf als Reaktion auf Motormittellastbedingungen zunehmen. Als Reaktion auf den AGR-Bedarf kann das AGR-Ventil geöffnet werden, um eine gewünschte Abgasmenge über den AGR-Abgabekanal zu dem Motoreinlass strömen zu lassen.
Das Umleitventil kann in der zweiten Position gehalten werden, um die gewünschte Abgasmenge aus dem Abgaskrümmer über den Wärmetauscher zu dem Ansaugkrümmer strömen zu lassen. Zu diesem Zeitpunkt kann auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen (wie etwa während Motormittellastbedingungen) Abgaswärmerückgewinnung nicht gewünscht sein, während AGR gewünscht ist. Zwischen t2 und t3 können die erste und die zweite Abgastemperatur weiterhin über ihren jeweiligen Schwellentemperaturen liegen, da Abgas durch den Bypasskanal und den Wärmetauscher strömt. Der Abgasdruck kann höher als der Atmosphärendruck sein, aber geringer als der Schwellendruck sein.
Zu Zeitpunkt t3 kann während des Betriebs in dem AGR-Abgabemodus eine Abnahme der zweiten Abgastemperatur auf unterhalb der Schwellentemperatur (Linie 709) beobachtet werden, während die erste Abgastemperatur weiterhin über dem Schwellenwert (Linie 707) liegt. Zudem kann eine Zunahme des Abgasdrucks auf oberhalb des Schwellendrucks (Linie 713) vorliegen. Aufgrund der unerwünschten Abnahme der Abgastemperatur stromabwärts von dem Wärmetauscher (ohne eine Abnahme des Drucks stromaufwärts von dem Wärmetauscher) und der Zunahme des Drucks stromaufwärts von dem Wärmetauscher kann abgeleitet werden, dass eine Beeinträchtigung des Wärmetauschers vorliegt. In diesem Beispiel kann angegeben werden, dass der Wärmetauscher verstopft ist und der Abgasstrom dadurch erheblich reduziert worden ist. Auf Grundlage des Erkennens der Beeinträchtigung des Wärmetauschers kann ein Flag (ein Diagnosecode) gesetzt werden, das die Beeinträchtigung angibt. Zwischen Zeitpunkt t3 und t4 kann die Kühlmitteltemperatur auf unterhalb der Schwellentemperatur (Linie 711) abnehmen, da Abgas nicht wirksam durch den Wärmetauscher strömen kann. Während dieser Zeit stimmt die befohlene Position des Umleitventils mit der tatsächlichen zweiten Position des Umleitventils überein und es kann angegeben werden, dass das Umleitventil nicht beeinträchtigt ist.
Da der Wärmetauscher nicht mehr optimal zur Abgaswärmerückgewinnung oder AGR-Kühlung verwendet werden kann, kann Abgas nicht mehr durch den Wärmetauscher in dem Bypasskanal geführt werden. Zu Zeitpunkt t4 kann das AGR-Ventil geschlossen werden, während das Umleitventil in der zweiten Position gehalten wird, um Abgas über den Hauptabgaskanal direkt zu dem Endrohr strömen zu lassen.
8 zeigt eine beispielhafte Betriebssequenz 800, die eine zweite Diagnoseroutine für Komponenten des Wärmeaustauschsystems aus 1A-1C veranschaulicht. Die Diagnoseroutine kann periodisch und/oder opportunistisch ausgeführt werden, um den Zustand eines Kühlmittelsystems zu überwachen, das an den Wärmetauscher des Wärmeaustauschsystems gekoppelt ist. Die horizontale (x-Achse) zeigt die Zeit an und die vertikalen Markierungen t1-t3 kennzeichnen wichtige Zeitpunkte beim Betrieb des Abgasbypassbaugruppensystems.
Der erste Verlauf, Linie 802, zeigt eine tatsächliche Position eines Umleitventils, das an eine Verbindungsstelle des Hauptabgaskanals und des Bypasskanals, in dem der Wärmetauscher untergebracht ist, gekoppelt ist, die über einen an das Umleitventil gekoppelten Positionssensor geschätzt wird. Der zweite Verlauf, Linie 804, zeigt eine Position eines Abgasrückführungs-(AGR-)Ventils, das an einen AGR-Abgabekanal gekoppelt ist, der Abgas von dem Abgaskanal an den Ansaugkrümmer abgibt. Der dritte Verlauf, Linie 806, zeigt eine erste Abgastemperatur stromaufwärts von dem Wärmetauscher, die über einen ersten Temperatursensor geschätzt wird, der an den Bypasskanal gekoppelt ist. Der vierte Verlauf, Linie 808, zeigt eine zweite Abgastemperatur stromabwärts von dem Wärmetauscher, die über einen zweiten Temperatursensor geschätzt wird, der an den Bypasskanal gekoppelt ist. Der fünfte Verlauf, Linie 810, zeigt eine Kühlmitteltemperatur in der an den Wärmetauscher gekoppelten abgehenden Kühlmittelleitung, die über einen dritten Temperatursensor geschätzt wird, der an die Kühlmittelleitung gekoppelt ist. Die gestrichelte Linie 811 zeigt eine Kühlmitteltemperatur, die eine erwartete Kühlmitteltemperatur nach dem Absorbieren einer erwarteten Wärmemenge aus dem Abgas an dem Wärmetauscher anzeigen kann. Der sechste Verlauf, Linie 812, zeigt eine Position eines Anzeigeflags für Beeinträchtigung des Kühlmittelsystems.
Vor Zeitpunkt t1 kann das Umleitventil als Reaktion auf Motorkaltstartbedingungen in eine erste Position betätigt werden und das AGR-Ventil kann sich in einer geschlossenen Position befinden, um das gesamte Abgasvolumen aus dem Hauptabgaskanal über den Wärmetauscher zu dem Endrohr strömen zu lassen, ohne dass es in den AGR-Abgabekanal eintritt. Bei t1 kann Abgaswärmerückgewinnung für Motorheizung und/oder Fahrgastkabinenheizung angefordert werden. Während dieser Zeit kann die zweite Abgastemperatur geringer als die erste Abgastemperatur sein, da das Abgas während des Strömens durch den Wärmetauscher abgekühlt wird. Da Wärme aus dem Abgas an dem Wärmetauscher an das Kühlmittel übertragen wird, kann die Kühlmitteltemperatur über der Schwellenkühlmitteltemperatur liegen. Während dieser Zeit kann das Kühlmittelsystem optimal funktionieren und Beeinträchtigungsflags können in den Aus-Positionen gehalten werden.
Zu Zeitpunkt t1 kann als Reaktion auf Motormittellastbedingungen der AGR-Bedarf zunehmen, folglich kann das AGR-Ventil geöffnet werden und das Umleitventil in eine zweite Position betätigt werden, um zu ermöglichen, dass eine gewünschte Abgasmenge über den AGR-Abgabekanal zu dem Motoreinlass strömt. Zwischen Zeitpunkt t1 und t2 kann Abgaswärmerückgewinnung nicht gewünscht sein und AGR kann angefordert werden. Während dieser Zeit wird Wärme an das Kühlmittel übertragen, das durch den Wärmetauscher zirkuliert, und die Kühlmitteltemperatur kann über der Schwellentemperatur bleiben, da Abgas über den Wärmetauscher zu dem Motoreinlass strömt.
Zu Zeitpunkt t2 kann während des Betriebs in dem AGR-Abgabemodus die Kühlmitteltemperatur auf unterhalb der Schwellentemperatur abnehmen, was angibt, dass Wärmeübertragung aus dem Abgas an das Kühlmittel nicht stattfinden kann. Da zudem keine Abgaswärme an dem Wärmetauscher an das Kühlmittel übertragen wird, kann die Temperatur des an dem Wärmetauscher austretenden Abgases ebenfalls zunehmen. Auf Grundlage der Kühlmitteltemperatur unter dem Schwellenwert und der Zunahme der zweiten Abgastemperatur kann abgeleitet werden, dass das Kühlmittelsystem beeinträchtigt ist und nicht mehr zum Abgaswärmeaustausch oder zur AGR-Kühlung verwendet werden kann. Da das Kühlmittelsystem nicht mehr optimal zur Abgaswärmerückgewinnung oder AGR-Kühlung verwendet werden kann, kann Abgas nicht mehr durch den Wärmetauscher in dem Bypasskanal geführt werden. Zu Zeitpunkt t3 kann das AGR-Ventil als Reaktion auf das Erkennen einer Beeinträchtigung des Kühlmittelsystems geschlossen werden, während das Umleitventil in der zweiten Position gehalten wird, um Abgas über den Hauptabgaskanal direkt zu dem Endrohr strömen zu lassen.
Ein beispielhaftes Verfahren umfasst Folgendes: Angeben einer Beeinträchtigung eines Wärmeaustauschsystems, das Abgas über ein Umleitventil von stromabwärts von einem Abgaskatalysator in einen Wärmetauscher in einem Abgasbypass umleitet, wobei das Angeben auf jedem einer ersten Abgastemperatur und eines Abgasdrucks, die stromaufwärts von dem Wärmetauscher geschätzt werden, einer zweiten Abgastemperatur, die stromabwärts von dem Wärmetauscher geschätzt wird, und einer Temperatur von Kühlmittel, das durch den Wärmetauscher zirkuliert, beruht. Ein beliebiges der vorhergehenden Beispiele umfasst zusätzlich oder optional ferner, als Reaktion auf die Angabe einer Beeinträchtigung, Verhindern des Umleitens von Abgas durch den Wärmetauscher in dem Abgasbypass; und Ermöglichen von direkter Strömung von Abgas zu einem Endrohr über einen Hauptabgaskanal, wobei der Wärmetauscher umgangen wird. In beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele beruht das Angeben zusätzlich oder optional ferner auf einer tatsächlichen Position des Umleitventils relativ zu einer befohlenen Position, wobei die tatsächliche Position über einen Positionssensor geschätzt wird, der an das Umleitventil gekoppelt ist, wobei die befohlene Position auf einem Motorheizbedarf beruht, wobei das Umleitventil an eine Verbindungsstelle eines Auslasses des Abgasbypasses und eines Hauptabgaskanals gekoppelt ist. In beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele beinhaltet das Wärmeaustauschsystem zusätzlich oder optional ferner einen Abgasrückführungs-(AGR-)Kanal zum Rückführen von Abgas aus dem Abgasbypass stromabwärts von dem Wärmetauscher zu einem Motoransaugkrümmer über ein AGR-Ventil und wobei das Angeben ferner auf einer tatsächlichen Position des AGR-Ventils beruht. Beliebige oder alle der vorhergehenden Beispiele umfassen zusätzlich oder optional ferner Betreiben des Wärmeaustauschsystems in einem ersten Modus, Wärmerückgewinnungsmodus, durch Betätigen des AGR-Ventils in eine geschlossene Position und Betätigen des Umleitventils in eine erste Position, um Abgasstrom zu dem Endrohr über den Wärmetauscher zu ermöglichen; Betreiben des Wärmeaustauschsystems in einem zweiten Modus, AGR-Modus, durch Betätigen des AGR-Ventils in eine offene Position und Betätigen des Umleitventils in eine zweite Position, um Abgasstrom zu dem Motoransaugkrümmer über den Wärmetauscher zu ermöglichen; und Betreiben des Wärmeaustauschsystems in einem dritten Modus, Bypassmodus, durch Betätigen des AGR-Ventils in die geschlossene Position und Betätigen des Umleitventils in die zweite Position, um direkten Abgasstrom zu dem Endrohr zu ermöglichen, wobei der Wärmetauscher umgangen wird, wobei das Angeben während jedes des ersten, zweiten und dritten Modus durchgeführt wird. In beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele beinhaltet das Angeben zusätzlich oder optional Folgendes: wenn das Wärmeaustauschsystem in einem des ersten Modus und des zweiten Modus betrieben wird, Angeben einer Beeinträchtigung des Wärmetauschers als Reaktion auf jedes davon, dass die zweite Abgastemperatur geringer als eine erwartete zweite Abgastemperatur ist und dass der geschätzte Abgasdruck höher als ein erwarteter Abgasdruck ist; wenn das Wärmeaustauschsystem in einem des ersten Modus und des zweiten Modus betrieben wird, Angeben einer Beeinträchtigung eines Kühlmittelsystems, das Kühlmittel durch den Wärmetauscher zirkulieren lässt, als Reaktion darauf, dass die geschätzte Kühlmitteltemperatur geringer als eine erwartete Kühlmitteltemperatur ist; und wenn das Wärmeaustauschsystem in einem des ersten, zweiten und dritten Modus betrieben wird, Angeben einer Beeinträchtigung des Umleitventils als Reaktion darauf, dass eine tatsächliche Position des Umleitventils von einer erwarteten Position des Umleitventils abweicht. In beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele wird die erwartete zweite Abgastemperatur zusätzlich oder optional auf Grundlage von einem oder mehreren von Motorlast, Motortemperatur, Motordrehzahl, Abgasströmungsgeschwindigkeit und Kühlmittelströmungsgeschwindigkeit durch den Wärmetauscher modelliert, wobei der erwartete Abgasdruck auf Grundlage von einem oder mehreren von Motorlast, Motortemperatur, Motordrehzahl und Abgasströmungsgeschwindigkeit modelliert wird und wobei die erwartete Kühlmitteltemperatur auf Grundlage von einem oder mehreren von Abgastemperatur, Abgasströmungsgeschwindigkeit und Kühlmittelströmungsgeschwindigkeit modelliert wird. In beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele beinhaltet die erwartete Position des Umleitventils zusätzlich oder optional die erste Position während des ersten Modus und die zweite Position während jedes des zweiten und dritten Modus, wobei die erste Position Abgasstrom von stromabwärts von dem Katalysator über den Abgasbypass zu dem Endrohr ermöglicht und die zweite Position Abgasstrom von stromabwärts von dem Katalysator über den Abgasbypass zu dem Endrohr verhindert. In beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele wird die erste Abgastemperatur zusätzlich oder optional über einen ersten Temperatursensor geschätzt, der stromaufwärts von dem Wärmetauscher an den Abgasbypass gekoppelt ist, wobei die zweite Abgastemperatur über einen zweiten Temperatursensor geschätzt wird, der stromabwärts von dem Wärmetauscher an den Abgasbypass gekoppelt ist, wobei der Abgasdruck über einen Drucksensor geschätzt wird, der stromaufwärts von dem Wärmetauscher an den Abgasbypass gekoppelt ist, wobei die Kühlmitteltemperatur über einen dritten Temperatursensor geschätzt wird, der an eine Kühlmittelleitung des Kühlmittelsystems gekoppelt ist. In beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele beinhaltet das Angeben zusätzlich oder optional ferner Folgendes: während des Betreibens in dem dritten Modus, Angeben einer Beeinträchtigung des Drucksensors als Reaktion auf eine Druckdifferenz zwischen dem geschätzten Abgasdruck und Atmosphärendruck über einem Schwellenwert; Angeben einer Beeinträchtigung mindestens eines des ersten Temperatursensors und des zweiten Temperatursensors als Reaktion auf eine Differenz zwischen der ersten Abgastemperatur und der zweiten Abgastemperatur über einem Schwellenwert; und Angeben einer Beeinträchtigung des dritten Temperatursensors als Reaktion darauf, dass die geschätzte Kühlmitteltemperatur höher als die erwartete Kühlmitteltemperatur ist. In beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele beinhaltet das Angeben einer Beeinträchtigung des Wärmetauschers zusätzlich oder optional Angeben, dass der Wärmetauscher verstopft ist, wobei Angeben einer Beeinträchtigung des Kühlmittelsystems Angeben beinhaltet, dass eine oder mehrere Kühlmittelleitungen verstopft sind, wobei Angeben einer Beeinträchtigung des Umleitventils Angeben beinhaltet, dass das Umleitventil in einer der offenen Position, der geschlossenen Position und einer teilweise offenen Position festklemmt.
Ein anderes beispielhaftes Verfahren umfasst Folgendes: während des Betreibens eines Wärmeaustauschsystems zum Strömen eines gesamten Abgasvolumens von stromabwärts von einem Abgaskatalysator über einen Abgasbypass, in dem ein Wärmetauscher untergebracht ist, zu einem Endrohr, Angeben einer Beeinträchtigung des Wärmetauschers als Reaktion auf jedes davon, dass ein stromaufwärts von dem Wärmetauscher gemessener Abgasdruck höher als ein erster Schwellendruck ist und dass eine Temperaturdifferenz zwischen einer stromaufwärts von dem Wärmetauscher gemessenen ersten Abgastemperatur und einer stromabwärts von dem Wärmetauscher gemessenen zweiten Abgastemperatur höher als eine erste Schwellendifferenz ist; Angeben einer Beeinträchtigung eines Kühlmittelsystems, das Kühlmittel durch den Wärmetauscher zirkulieren lässt, als Reaktion darauf, dass eine an einer abgehenden Leitung des Kühlmittel systems gemessene Kühlmitteltemperatur geringer als eine erste Schwellenkühlmitteltemperatur ist; und Angeben, dass ein an einer Verbindungsstelle des Abgasbypasses und eines Hauptabgaskanals gekoppeltes Umleitventil in geschlossener oder teilweise offener Stellung festklemmt, als Reaktion darauf, dass eine tatsächliche Position des Umleitventils von einer vollständig offenen Position abweicht. Ein beliebiges der vorhergehenden Beispiele umfasst zusätzlich oder optional auf Grundlage des AGR-Bedarfs Rückführen eines Teils des Abgases von stromabwärts von dem Wärmetauscher über ein Abgasrückführungs-(AGR-)Ventil zu einem Motoransaugkrümmer; und während der Rückführung, während das AGR-Ventil nicht beeinträchtigt ist, Angeben einer Beeinträchtigung des Wärmetauschers als Reaktion auf jedes davon, dass der stromaufwärts von dem Wärmetauscher gemessene Abgasdruck höher als ein zweiter Schwellendruck ist und dass die Temperaturdifferenz zwischen der stromaufwärts von dem Wärmetauscher gemessenen ersten Abgastemperatur und der stromabwärts von dem Wärmetauscher gemessenen zweiten Abgastemperatur höher als eine zweite Schwellendifferenz ist; Angeben einer Beeinträchtigung des Kühlmittelsystems als Reaktion darauf, dass eine an der abgehenden Leitung des Kühlmittelsystems gemessene Kühlmitteltemperatur geringer als eine zweite Schwellenkühlmitteltemperatur ist; und Angeben, dass das Umleitventil in offener oder teilweise offener Stellung festklemmt, als Reaktion darauf, dass die tatsächliche Position des Umleitventils von einer vollständig geschlossenen Position abweicht. Beliebige oder alle der vorhergehenden Beispiele umfassen zusätzlich oder optional ferner während des Betreibens des Wärmeaustauschsystems zum Strömen von Abgas von stromabwärts von dem Abgaskatalysator über den Hauptabgaskanal zu dem Endrohr, wobei der Wärmetauscher umgangen wird, Angeben einer Beeinträchtigung eines von einem ersten Temperatursensor, der stromaufwärts von dem Wärmetauscher an den Bypasskanal gekoppelt ist, und einem zweiten Temperatursensor, der stromabwärts von dem Wärmetauscher an den Bypasskanal gekoppelt ist, als Reaktion darauf, dass die Temperaturdifferenz zwischen der stromaufwärts von dem Wärmetauscher gemessenen ersten Abgastemperatur und der stromabwärts von dem Wärmetauscher gemessenen zweiten Abgastemperatur höher als eine dritten Schwellendifferenz ist; Angeben einer Beeinträchtigung eines Drucksensors, der stromaufwärts von dem Wärmetauscher an den Bypasskanal gekoppelt ist, als Reaktion darauf, dass eine Druckdifferenz zwischen dem Abgasdruck und Atmosphärendruck höher als eine Schwellendruckdifferenz ist; Angeben einer Beeinträchtigung eines dritten Temperatursensors, der an die Kühlmittelleitung gekoppelt ist, als Reaktion darauf, dass die an der abgehenden Leitung des Kühlmittelsystems gemessene Kühlmitteltemperatur geringer als eine dritte Schwellenkühlmitteltemperatur ist; und Angeben, dass das Umleitventil in offener Position oder teilweise offener Stellung festklemmt, als Reaktion darauf, dass die tatsächliche Position des Umleitventils von der vollständig geschlossenen Position abweicht. In beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele ist zusätzlich oder optional der erste Schwellenabgasdruck höher als der zweite Schwellenabgasdruck, die erste Schwellentemperaturdifferenz höher als die zweite Schwellentemperaturdifferenz, die zweite Schwellentemperaturdifferenz höher als die dritte Schwellentemperaturdifferenz, die erste Schwellenkühlmitteltemperatur im Wesentlichen gleich jeder der zweiten Schwellenkühlmitteltemperatur und der dritten Schwellenkühlmitteltemperatur. In beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele ermöglicht zusätzlich oder optional die vollständig offene Position des Umleitventils Abgasstrom aus dem Abgasbypass zu dem Hauptabgaskanal und die vollständig geschlossene Position des Umleitventils verhindert Abgasstrom aus dem Abgasbypass zu dem Hauptabgaskanal. Beliebige oder alle der vorhergehenden Beispiele umfassen zusätzlich oder optional, als Reaktion auf die Angabe einer Beeinträchtigung eines oder mehrerer des Wärmetauschers und des Kühlmittelsystems, Versetzen des Umleitventils in die vollständig geschlossene Position und Schließen des AGR-Ventils zum Verhindern von Abgasstrom durch den Abgasbypass.
In noch einem anderen Beispiel umfasst ein Motorsystem Folgendes: einen Motoransaugkrümmer; ein Motorabgassystem mit einem Abgaskanal und einem Bypasskanal, wobei der Abgaskanal einen oder mehrere Abgaskatalysatoren und einen Schalldämpfer beinhaltet, wobei der Bypasskanal von stromabwärts von dem einen oder den mehreren Abgaskatalysatoren zu stromaufwärts von dem Schalldämpfer an den Abgaskanal gekoppelt ist, wobei der Bypasskanal einen Wärmetauscher beinhaltet; einen ersten Temperatursensor, der stromaufwärts von dem Wärmetauscher an den Bypasskanal gekoppelt ist, zum Schätzen einer ersten Abgastemperatur; einen zweiten Temperatursensor, der stromabwärts von dem Wärmetauscher an den Bypasskanal gekoppelt ist, zum Schätzen einer zweiten Abgastemperatur; einen Drucksensor, der stromaufwärts von dem Wärmetauscher an den Bypasskanal gekoppelt ist, zum Schätzen eines Abgasdrucks; ein Kühlmittelsystem mit einer zugehenden Kühlmittelleitung und einer abgehenden Kühlmittelleitung zum Zirkulieren von Kühlmittel durch den Wärmetauscher, wobei das Kühlmittelsystem ferner an jeden eines Motorblocks und eines Heizungswärmetauschers gekoppelt ist, wobei die abgehende Kühlmittelleitung einen Kühlmitteltemperatursensor zum Schätzen einer Kühlmitteltemperatur beinhaltet; ein Umleitventil, das einen Auslass des Bypasskanals an den Abgaskanal koppelt; einen Positionssensor, der an das Umleitventil gekoppelt ist, zum Schätzen einer Umleitventilposition; einen AGR-Kanal mit einem AGR-Ventil zum Rückführen von Abgas aus dem Bypasskanal stromabwärts von dem Wärmetauscher zu dem Ansaugkrümmer. Das Motorsystem umfasst ferner eine Steuerung mit auf einem nichtflüchtigen Speicher gespeicherten computerlesbaren Anweisungen zu Folgendem: Versetzen des Umleitventils in eine erste Position und Schließen des AGR-Ventils zum Betreiben des Abgassystems in einem ersten Modus, wobei Abgas von stromabwärts von dem Abgaskatalysator über den Bypasskanal zu stromaufwärts von dem Schalldämpfer strömt; Versetzen des Umleitventils in eine zweite Position und Öffnen des AGR-Ventils zum Betreiben des Abgassystems in einem zweiten Modus, wobei Abgas von dem Bypasskanal über den AGR-Kanal zu dem Motoransaugkrümmer strömt; Versetzen des Umleitventils in eine zweite Position und Schließen des AGR-Ventils zum Betreiben des Abgassystems in einem dritten Modus, wobei Abgas von stromabwärts von dem Abgaskatalysator direkt zu stromaufwärts von dem Schalldämpfer strömt, wobei der Wärmetauscher umgangen wird; und während des Betreibens in einem des ersten Modus und des zweiten Modus, Angeben einer Beeinträchtigung des Wärmetauschers als Reaktion auf jedes davon, dass eine Differenz zwischen der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur höher als eine Schwellendifferenz ist und dass die zweite Temperatur geringer als eine Schwellentemperatur ist; und als Reaktion auf die Angabe einer Beeinträchtigung, Übergehen zu dem dritten Modus. In einem beliebigen vorhergehenden Beispiel beinhaltet die Steuerung zusätzlich oder optional weitere Anweisungen zu Folgendem: Angeben einer Beeinträchtigung des Umleitventils als Reaktion darauf, dass eine geschätzte Umleitventilposition während des Betreibens in dem ersten Modus die zweite Position oder eine Position zwischen der ersten Position und der zweiten Position beinhaltet; und Angeben einer Beeinträchtigung des Umleitventils als Reaktion darauf, dass die geschätzte Umleitventilposition während eines des zweiten Modus und des dritten Modus die erste Position oder eine Position zwischen der ersten Position und der zweiten Position beinhaltet. In beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele beinhaltet die Steuerung zusätzlich oder optional weitere Anweisungen zu Folgendem: während des Betriebs in dem dritten Modus, Angeben einer Beeinträchtigung mindestens eines des ersten Temperatursensors und des zweiten Temperatursensors auf Grundlage dessen, dass eine absolute Temperaturdifferenz zwischen der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur höher als eine Schwellentemperaturdifferenz ist; Angeben einer Beeinträchtigung des Drucksensors auf Grundlage dessen, dass die absolute Differenz zwischen dem geschätzten Abgasdruck und dem Atmosphärendruck höher als eine Schwellendruckdifferenz ist; und Angeben einer Beeinträchtigung des Kühlmitteltemperatursensors auf Grundlage einer Kühlmitteltemperatur über einem Schwellenwert.
Auf diese Art und Weise kann es durch Verwendung einer Vielzahl von Temperatur- und Drucksensoren in dem Abgassystem möglich sein, eine Beeinträchtigung von Komponenten eines kombinierten Wärmeaustauschsystems zu erkennen, das einen Wärmetauscher, ein Kühlmittelsystem, das fluidisch an den Wärmetauscher gekoppelt ist, und ein Umleitventil beinhaltet. Durch Vergleichen einer stromaufwärts und stromabwärts von dem Wärmetauscher gemessenen Abgastemperatur während unterschiedlicher Betriebsmodi kann es möglich sein, Verstopfung des Wärmetauschers zu erkennen. Durch Verwendung eines hochauflösenden Positionssensors, der an das Umleitventil gekoppelt ist, kann es möglich sein, zu erkennen, ob sich die Position des Umleitventils von einer erwarteten Position unterscheidet, die auf Grundlage eines aktuellen Betriebsmodus des Wärmeaustauschsystems befohlen worden ist. Durch Einstellen der Temperatur- und Druckschwellen, die während der Diagnose auf Grundlage des Betriebsmodus des Wärmeaustauschsystems angewendet werden, können die unterschiedlichen Komponenten des Wärmeaustauschsystems in jedem der Modi unter Verwendung des gleichen Satzes von Sensoren unabhängig voneinander diagnostiziert werden. Die technische Auswirkung der Validierung der Funktionalität der Sensoren, die zum Erkennen einer Beeinträchtigung des Wärmetauschers und des Kühlmittelsystems verwendet werden, besteht darin, dass die Zuverlässigkeit der On-Board-Diagnose des Wärmeaustauschsystems verbessert werden kann. Insgesamt kann durch Verwendung einer Vielzahl von Temperatur-, Druck- und Umleitventilpositionssensoren eine Diagnose des Abgaswärmeaustauschsystems wirksam ausgeführt werden und eine Beeinträchtigung jeder Komponente des Systems einzeln überwacht und angegangen werden.
Es ist zu beachten, dass die in dieser Schrift enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert und durch das Steuersystem einschließlich der Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und sonstiger Motorhardware ausgeführt werden. Die hier beschriebenen konkreten Routinen können eine oder mehrere aus einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen darstellen. Demnach können verschiedene veranschaulichte Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge oder parallel durchgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwangsläufig erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erzielen, sondern wird vielmehr zur Erleichterung der Darstellung und Beschreibung bereitgestellt. Eine(r) oder mehrere der veranschaulichten Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen können je nach konkret eingesetzter Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen grafisch Code darstellen, der auf nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Motorsteuersystem programmiert wird, wobei die beschriebenen Handlungen durch Ausführen der Anweisungen in einem System, das die verschiedenen Motorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung beinhaltet, ausgeführt werden.
Es versteht sich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und diese konkreten Ausführungsformen nicht in einschränkendem Sinn aufzufassen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Zum Beispiel kann die vorstehende Technologie auf V6-, I4-, I6-, V12-, 4-Zylinder-Boxer- und andere Motortypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung schließt alle neuartigen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und weitere hier offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften ein.
Die folgenden Patentansprüche legen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen dar, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Patentansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Solche Patentansprüche sollten dahingehend verstanden werden, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer solcher Elemente beinhalten und zwei oder mehr solcher Elemente weder erfordern noch ausschließen. Weitere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Patentansprüche oder durch Einreichung neuer Patentansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Derartige Patentansprüche werden unabhängig davon, ob sie im Vergleich zu den ursprünglichen Patentansprüchen einen weiteren, engeren, gleichen oder unterschiedlichen Umfang aufweisen, ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen betrachtet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6848434 [0003]

Claims

Verfahren, umfassend: Angeben einer Beeinträchtigung eines Wärmeaustauschsystems, das Abgas über ein Umleitventil von stromabwärts von einem Abgaskatalysator in einen Wärmetauscher in einem Abgasbypass umleitet, wobei das Angeben auf jedem einer ersten Abgastemperatur und eines Abgasdrucks, die stromaufwärts von dem Wärmetauscher geschätzt werden, einer zweiten Abgastemperatur, die stromabwärts von dem Wärmetauscher geschätzt wird, und einer Temperatur von Kühlmittel, das durch den Wärmetauscher zirkuliert, beruht.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, als Reaktion auf die Angabe einer Beeinträchtigung, Verhindern des Umleitens von Abgas durch den Wärmetauscher in dem Abgasbypass; und Ermöglichen von direkter Strömung von Abgas zu einem Endrohr über einen Hauptabgaskanal, wobei der Wärmetauscher umgangen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Angeben ferner auf einer tatsächlichen Position des Umleitventils relativ zu einer befohlenen Position beruht, wobei die tatsächliche Position über einen Positionssensor geschätzt wird, der an das Umleitventil gekoppelt ist, wobei die befohlene Position auf einem Motorheizbedarf beruht, wobei das Umleitventil an eine Verbindungsstelle eines Auslasses des Abgasbypasses und eines Hauptabgaskanals gekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Wärmeaustauschsystem ferner einen Abgasrückführungs-(AGR-)Kanal zum Rückführen von Abgas aus dem Abgasbypass stromabwärts von dem Wärmetauscher zu einem Motoransaugkrümmer über ein AGR-Ventil beinhaltet und wobei das Angeben ferner auf einer tatsächlichen Position des AGR-Ventils beruht.
Verfahren nach Anspruch 4, ferner umfassend: Betreiben des Wärmeaustauschsystems in einem ersten Modus, Wärmerückgewinnungsmodus, durch Betätigen des AGR-Ventils in eine geschlossene Position und Betätigen des Umleitventils in eine erste Position, um Abgasstrom zu dem Endrohr über den Wärmetauscher zu ermöglichen; Betreiben des Wärmeaustauschsystems in einem zweiten Modus, AGR-Modus, durch Betätigen des AGR-Ventils in eine offene Position und Betätigen des Umleitventils in eine zweite Position, um Abgasstrom zu dem Motoransaugkrümmer über den Wärmetauscher zu ermöglichen; und Betreiben des Wärmeaustauschsystems in einem dritten Modus, Bypassmodus, durch Betätigen des AGR-Ventils in die geschlossene Position und Betätigen des Umleitventils in die zweite Position, um direkten Abgasstrom zu dem Endrohr zu ermöglichen, wobei der Wärmetauscher umgangen wird, wobei das Angeben während jedes des ersten, zweiten und dritten Modus durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Angeben Folgendes beinhaltet: wenn das Wärmeaustauschsystem in einem des ersten Modus und des zweiten Modus betrieben wird, Angeben einer Beeinträchtigung des Wärmetauschers als Reaktion auf jedes davon, dass die zweite Abgastemperatur geringer als eine erwartete zweite Abgastemperatur ist und dass der geschätzte Abgasdruck höher als ein erwarteter Abgasdruck ist; wenn das Wärmeaustauschsystem in einem des ersten Modus und des zweiten Modus betrieben wird, Angeben einer Beeinträchtigung eines Kühlmittelsystems, das Kühlmittel durch den Wärmetauscher zirkulieren lässt, als Reaktion darauf, dass die geschätzte Kühlmitteltemperatur geringer als eine erwartete Kühlmitteltemperatur ist; und wenn das Wärmeaustauschsystem in einem des ersten, zweiten und dritten Modus betrieben wird, Angeben einer Beeinträchtigung des Umleitventils als Reaktion darauf, dass eine tatsächliche Position des Umleitventils von einer erwarteten Position des Umleitventils abweicht.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die erwartete zweite Abgastemperatur auf Grundlage von einem oder mehreren von Motorlast, Motortemperatur, Motordrehzahl, Abgasströmungsgeschwindigkeit und Kühlmittelströmungsgeschwindigkeit durch den Wärmetauscher modelliert wird, wobei der erwartete Abgasdruck auf Grundlage von einem oder mehreren von Motorlast, Motortemperatur, Motordrehzahl und Abgasströmungsgeschwindigkeit modelliert wird und wobei die erwartete Kühlmitteltemperatur auf Grundlage von einem oder mehreren von Abgastemperatur, Abgasströmungsgeschwindigkeit und Kühlmittelströmungsgeschwindigkeit modelliert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die erwartete Position des Umleitventils die erste Position während des ersten Modus und die zweite Position während jedes des zweiten und dritten Modus beinhaltet, wobei die erste Position Abgasstrom von stromabwärts von dem Katalysator über den Abgasbypass zu dem Endrohr ermöglicht und die zweite Position Abgasstrom von stromabwärts von dem Katalysator über den Abgasbypass zu dem Endrohr verhindert.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die erste Abgastemperatur über einen ersten Temperatursensor geschätzt wird, der stromaufwärts von dem Wärmetauscher an den Abgasbypass gekoppelt ist, wobei die zweite Abgastemperatur über einen zweiten Temperatursensor geschätzt wird, der stromabwärts von dem Wärmetauscher an den Abgasbypass gekoppelt ist, wobei der Abgasdruck über einen Drucksensor geschätzt wird, der stromaufwärts von dem Wärmetauscher an den Abgasbypass gekoppelt ist, wobei die Kühlmitteltemperatur über einen dritten Temperatursensor geschätzt wird, der an eine Kühlmittelleitung des Kühlmittelsystems gekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Angeben ferner Folgendes beinhaltet: während des Betreibens in dem dritten Modus, Angeben einer Beeinträchtigung des Drucksensors als Reaktion auf eine Druckdifferenz zwischen dem geschätzten Abgasdruck und Atmosphärendruck über einem Schwellenwert; Angeben einer Beeinträchtigung mindestens eines des ersten Temperatursensors und des zweiten Temperatursensors als Reaktion auf eine Differenz zwischen der ersten Abgastemperatur und der zweiten Abgastemperatur über einem Schwellenwert; und Angeben einer Beeinträchtigung des dritten Temperatursensors als Reaktion darauf, dass die geschätzte Kühlmitteltemperatur höher als die erwartete Kühlmitteltemperatur ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei Angeben einer Beeinträchtigung des Wärmetauschers Angeben beinhaltet, dass der Wärmetauscher verstopft ist, wobei Angeben einer Beeinträchtigung des Kühlmittelsystems Angeben beinhaltet, dass eine oder mehrere Kühlmittelleitungen verstopft sind, wobei Angeben einer Beeinträchtigung des Umleitventils Angeben beinhaltet, dass das Umleitventil in einer der offenen Position, der geschlossenen Position und einer teilweise offenen Position festklemmt.
Motorsystem, umfassend: einen Motoransaugkrümmer; ein Motorabgassystem mit einem Abgaskanal und einem Bypasskanal, wobei der Abgaskanal einen oder mehrere Abgaskatalysatoren und einen Schalldämpfer beinhaltet, wobei der Bypasskanal von stromabwärts von dem einen oder den mehreren Abgaskatalysatoren zu stromaufwärts von dem Schalldämpfer an den Abgaskanal gekoppelt ist, wobei der Bypasskanal einen Wärmetauscher beinhaltet; einen ersten Temperatursensor, der stromaufwärts von dem Wärmetauscher an den Bypasskanal gekoppelt ist, zum Schätzen einer ersten Abgastemperatur; einen zweiten Temperatursensor, der stromabwärts von dem Wärmetauscher an den Bypasskanal gekoppelt ist, zum Schätzen einer zweiten Abgastemperatur; einen Drucksensor, der stromaufwärts von dem Wärmetauscher an den Bypasskanal gekoppelt ist, zum Schätzen eines Abgasdrucks; ein Kühlmittelsystem mit einer zugehenden Kühlmittelleitung und einer abgehenden Kühlmittelleitung zum Zirkulieren von Kühlmittel durch den Wärmetauscher, wobei das Kühlmittelsystem ferner an jeden eines Motorblocks und eines Heizungswärmetauschers gekoppelt ist, wobei die abgehende Kühlmittelleitung einen Kühlmitteltemperatursensor zum Schätzen einer Kühlmitteltemperatur beinhaltet; ein Umleitventil, das einen Auslass des Bypasskanals an den Abgaskanal koppelt; einen Positionssensor, der an das Umleitventil gekoppelt ist, zum Schätzen einer Umleitventilposition; einen AGR-Kanal mit einem AGR-Ventil zum Rückführen von Abgas aus dem Bypasskanal stromabwärts von dem Wärmetauscher zu dem Ansaugkrümmer; und eine Steuerung mit auf einem nichtflüchtigen Speicher gespeicherten computerlesbaren Anweisungen zu Folgendem: Versetzen des Umleitventils in eine erste Position und Schließen des AGR-Ventils zum Betreiben des Abgassystems in einem ersten Modus, wobei Abgas von stromabwärts von dem Abgaskatalysator über den Bypasskanal zu stromaufwärts von dem Schalldämpfer strömt; Versetzen des Umleitventils in eine zweite Position und Öffnen des AGR-Ventils zum Betreiben des Abgassystems in einem zweiten Modus, wobei Abgas von dem Bypasskanal über den AGR-Kanal zu dem Motoransaugkrümmer strömt; Versetzen des Umleitventils in eine zweite Position und Schließen des AGR-Ventils zum Betreiben des Abgassystems in einem dritten Modus, wobei Abgas von stromabwärts von dem Abgaskatalysator direkt zu stromaufwärts von dem Schalldämpfer strömt, wobei der Wärmetauscher umgangen wird.
System nach Anspruch 12, wobei die Steuerung weitere Anweisungen zu Folgendem beinhaltet: während des Betreibens in einem des ersten Modus und des zweiten Modus, Angeben einer Beeinträchtigung des Wärmetauschers als Reaktion auf jedes davon, dass eine Differenz zwischen der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur höher als eine Schwellendifferenz ist und dass die zweite Temperatur geringer als eine Schwellentemperatur ist; und als Reaktion auf die Angabe einer Beeinträchtigung, Übergehen zu dem dritten Modus.
System nach Anspruch 13, wobei die Steuerung weitere Anweisungen zu Folgendem beinhaltet: Angeben einer Beeinträchtigung des Umleitventils als Reaktion darauf, dass eine geschätzte Umleitventilposition während des Betreibens in dem ersten Modus die zweite Position oder eine Position zwischen der ersten Position und der zweiten Position beinhaltet; und Angeben einer Beeinträchtigung des Umleitventils als Reaktion darauf, dass die geschätzte Umleitventilposition während eines des zweiten Modus und des dritten Modus die erste Position oder eine Position zwischen der ersten Position und der zweiten Position beinhaltet.
System nach Anspruch 13, wobei die Steuerung weitere Anweisungen zu Folgendem beinhaltet: während des Betriebs in dem dritten Modus, Angeben einer Beeinträchtigung mindestens eines des ersten Temperatursensors und des zweiten Temperatursensors auf Grundlage dessen, dass eine absolute Temperaturdifferenz zwischen der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur höher als eine Schwellentemperaturdifferenz ist; Angeben einer Beeinträchtigung des Drucksensors auf Grundlage dessen, dass die absolute Differenz zwischen dem geschätzten Abgasdruck und dem Atmosphärendruck höher als eine Schwellendruckdifferenz ist; und Angeben einer Beeinträchtigung des Kühlmitteltemperatursensors auf Grundlage einer Kühlmitteltemperatur über einem Schwellenwert.