DE102012002377B4

DE102012002377B4 - Systeme und Verfahren zum Verringern von Drehmomentschwankungen während der Zylinderdeaktivierung und -reaktivierung

Info

Publication number: DE102012002377B4
Application number: DE102012002377.4A
Authority: DE
Inventors: Andrew W. Baur; Sean Slade
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-02-14
Filing date: 2012-02-08
Publication date: 2020-08-06
Anticipated expiration: 2032-02-09
Also published as: DE102012002377A1; CN102635449A; CN102635449B; US20120204832A1; US8887692B2

Abstract

Verfahren zum Steuern einer Kraftmaschine, wobei das Verfahren umfasst:Verstellen eines Zündfunkenzeitpunkts für M von N Zylindern der Kraftmaschine nach spät auf einen ersten Zündfunkenzeitpunkt während einer Zeitdauer vor dem Deaktivieren oder nach dem Reaktivieren der M Zylinder, wobei M eine ganze Zahl ist, die größer als oder gleich eins ist, und wobei N eine ganze Zahl ist, die größer ist als M; undVerstellen des Zündfunkenzeitpunkts für (N-M) aktive Zylinder der Kraftmaschine nach früh auf einen zweiten gewünschten Zündfunkenzeitpunkt während der Zeitdauer vor dem Deaktivieren oder nach dem Reaktivieren der M Zylinder, wobei die zweite Zündzeitpunktverstellung größer ist als die erste Zündzeitpunktverstellung.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Kraftmaschinensteuersysteme und insbesondere auf ein Verfahren zum Verringern von Drehmomentschwankungen während der Zylinderdeaktivierung und -reaktivierung.
HINTERGRUND
Brennkraftmaschinen verbrennen ein Luft- und Kraftstoffgemisch innerhalb der Zylinder, um Kolben anzutreiben, was ein Antriebsdrehmoment erzeugt. Die Luftströmung in die Kraftmaschine wird über eine Drosselklappe geregelt. Insbesondere stellt die Drosselklappe die Drosselklappenfläche ein, was die Luftströmung in die Kraftmaschine erhöht oder verringert. Wenn die Drosselklappenfläche zunimmt, nimmt die Luftströmung in die Kraftmaschine zu. Ein Kraftstoffsteuersystem stellt die Rate ein, mit der Kraftstoff eingespritzt wird, um ein gewünschtes Luft/KraftstoffGemisch zu den Zylindern zuzuführen und/oder um ein gewünschtes Ausgangsdrehmoment zu erreichen. Das Erhöhen der Menge an Luft und Kraftstoff, die zu den Zylindern zugeführt werden, erhöht das Ausgangsdrehmoment der Kraftmaschine.
In Funkenzündungskraftmaschinen leitet ein Zündfunke die Verbrennung eines Luft/ Kraftstoff-Gemisches, das zu den Zylindern zugeführt wird, ein.
Beispielsweise beschreibt die DE 103 21 703 A1 ein Motorsteuerungssystem in einem Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor mit variablem Hubraum, das mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt ist, und einem Controller zum Steuern des Hubraums des Verbrennungsmotors mit variablem Hubraum, wobei der Controller den Zündzeitpunkt für einen wiederzuschaltenden Zylinder während des Überganges von Abschaltung nach Wiederzuschaltung verändert. Ein ähnliches System beschreibt die DE 103 46 553 A1 . Dieses Motorsteuerungssystem umfasst einen Verbrennungsmotor mit variablem Hubraum, einen Drehzahlsensor zum Detektieren der Drehzahl des Verbrennungsmotors und einen Controller zum Steuern des Hubraumes des Verbrennungsmotors, wobei der Controller den Zündzeitpunkt des Motors auf der Grundlage der detektierten Drehzahl während Hubraumänderungen des Verbrennungsmotors verändert. In Kompressionszündungskraftmaschinen verbrennt die Kompression in den Zylindern das zu den Zylindern zugeführte Luft/Kraftstoff-Gemisch. Der Zündfunkenzeitpunkt und die Luftströmung können die primären Mechanismen zum Einstellen des Ausgangsdrehmoments von Funkenzündungskraftmaschinen sein, während die Kraftstoffströmung der primäre Mechanismus zum Einstellen des Ausgangsdrehmoments von Kompressionszündungskraftmaschinen sein kann.
Kraftmaschinensteuersysteme wurden entwickelt, um das Kraftmaschinenausgangsdrehmoment zu steuern, um ein gewünschtes Drehmoment zu erreichen. Herkömmliche Kraftmaschinensteuersysteme steuern jedoch das Kraftmaschinenausgangsdrehmoment nicht so genau wie erwünscht. Ferner schaffen herkömmliche Kraftmaschinensteuersysteme kein schnelles Ansprechen auf Steuersignale oder koordinieren nicht die Kraftmaschinendrehmomentsteuerung unter verschiedenen Vorrichtungen, die sich auf das Kraftmaschinenausgangsdrehmoment auswirken.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Verfahren zum Steuern einer Kraftmaschine umfasst das Verstellen des Zündfunkenzeitpunkts für M von N Zylindern der Kraftmaschine nach spät auf einen ersten Zündfunkenzeitpunkt während einer Zeitdauer vor dem Deaktivieren oder nach dem Reaktivieren der M Zylinder, wobei M eine ganze Zahl ist, die größer als oder gleich eins ist, und wobei N eine ganze Zahl ist, die größer ist als M, und das Verstellen des Zündfunkenzeitpunkts für (N-M) aktive Zylinder der Kraftmaschine nach früh auf einen zweiten gewünschten Zündfunkenzeitpunkt während der Zeitdauer vor dem Deaktivieren oder nach dem Reaktivieren der M Zylinder, wobei die zweite Zündzeitpunktverstellung größer ist als die erste Zündzeitpunktverstellung.
Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Offenbarung werden aus der nachstehend gegebenen ausführlichen Beschreibung ersichtlich. Selbstverständlich sind die ausführliche Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur für Erläuterungszwecke bestimmt.
Figurenliste
Die vorliegende Offenbarung wird aus der ausführlichen Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen vollständiger verständlich, wobei:

1A ein Graph ist, der eine Drehmomentschwankung während der Zylinderreaktivierung darstellt;
1B ein Graph ist, der Schwankungen im Bremsdrehmoment bei verschiedenen Zündfunkenzeitpunkten darstellt;
2 ein Funktionsblockdiagramm eines Beispiel-Kraftmaschinensystems gemäß einer Implementierung der vorliegenden Offenbarung ist;
3 ein Funktionsblockdiagramm eines Beispiel-Kraftmaschinensteuersystems gemäß einer Implementierung der vorliegenden Offenbarung ist;
4 ein Funktionsblockdiagramm eines Beispiel-Zündfunkensteuermoduls gemäß einer Implementierung der vorliegenden Offenbarung ist;
5A ein Ablaufdiagramm ist, das ein Beispielverfahren zum Verringern von Drehmomentschwankungen während der Zylinderdeaktivierung gemäß einer Implementierung der vorliegenden Offenbarung darstellt;
5B ein Ablaufdiagramm ist, das ein Beispielverfahren zum Verringern von Drehmomentschwankungen während der Zylinderreaktivierung gemäß einer Implementierung der vorliegenden Offenbarung darstellt;
6A ein Graph ist, der simulierte Ergebnisse zum Steuern des Zündfunkenzeitpunkts, um Drehmomentschwankungen während der Zylinderdeaktivierung zu verringern, gemäß einer Implementierung der vorliegenden Offenbarung darstellt; und
6B ein Graph ist, der simulierte Ergebnisse zum Steuern des Zündfunkenzeitpunkts, um Drehmomentschwankungen während der Zylinderreaktivierung zu verringern, gemäß einer Implementierung der vorliegenden Offenbarung darstellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist dem Wesen nach lediglich erläuternd. Für die Zwecke der Deutlichkeit werden in den Zeichnungen dieselben Bezugszeichen verwendet, um ähnliche Elemente zu identifizieren. Wie hier verwendet, sollte der Ausdruck A, B und/oder C so aufgefasst werden, dass er ein logisches (A oder B oder C) unter Verwendung eines nicht exklusiven logischen Oder bedeutet. Selbstverständlich können die Schritte innerhalb eines Verfahrens in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu ändern.
Wie hier verwendet, kann sich der Begriff Modul auf eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC); eine elektronische Schaltung; eine kombinatorische Logikschaltung; ein anwenderprogrammierbares Verknüpfungsfeld (FPGA); einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe), der einen Code ausführt; andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen; oder eine Kombination von einigen oder allen der obigen, wie z. B. in einem System auf einem Chip, beziehen, ein Teil davon sein oder diese umfassen. Der Begriff Modul kann einen Speicher (gemeinsam genutzt, zweckgebunden oder Gruppe) umfassen, der einen vom Prozessor ausgeführten Code speichert.
Der Begriff Code, wie vorstehend verwendet, kann Software, Firmware und/oder einen Mikrocode umfassen und kann sich auf Programme, Routinen, Funktionen, Klassen und/oder Objekte beziehen. Der Begriff gemeinsam genutzt, wie vorstehend verwendet, bedeutet, dass einiger oder der ganze Code von mehreren Modulen unter Verwendung eines einzelnen (gemeinsam genutzten) Prozessors ausgeführt werden kann. Außerdem kann einiges oder der ganze Code von mehreren Modulen durch einen einzelnen (gemeinsam genutzten) Speicher gespeichert werden. Der Begriff Gruppe, wie vorstehend verwendet, bedeutet, dass einiger oder der ganze Code von einem einzelnen Modul unter Verwendung einer Gruppe von Prozessoren ausgeführt werden kann. Außerdem kann einiger oder der ganze Code von einem einzelnen Modul unter Verwendung einer Gruppe von Speichern gespeichert werden.
Das hier beschriebene Verfahren kann durch ein oder mehrere Computerprogramme implementiert werden, die von einem oder mehreren Prozessoren ausgeführt werden. Die Computerprogramme umfassen vom Prozessor ausführbare Befehle, die auf einem nichtflüchtigen konkreten computerlesbaren Medium gespeichert sind. Die Computerprogramme können auch gespeicherte Daten umfassen. Nicht begrenzende Beispiele des nichtflüchtigen konkreten computerlesbaren Mediums sind ein nichtflüchtiger Speicher, ein Magnetspeicher und ein optischer Speicher.
Ein Kraftmaschinensteuersystem kann einen oder mehrere Zylinder während des Kraftmaschinenbetriebs deaktivieren, um die Kraftstoffsparsamkeit zu erhöhen. Das Kraftmaschinensteuersystem kann beispielsweise die Zylinder während Zeitdauern deaktivieren, in denen eine Drehmomentanforderung geringer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist. Die deaktivierten Zylinder können dann reaktiviert werden, wenn die Drehmomentanforderung größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist. Die Drehmomentanforderung kann auf einer Änderung des Einlasskrümmerabsolutdrucks (MAP) basieren. Der MAP kann verwendet werden, um eine gewünschte Luft pro Zylinder (APC) zu bestimmen. Die gewünschte APC kann bei der Drehmomentsteuerung für jeden der Zylinder verwendet werden. Die Steuerung des durch jeden der Zylinder erzeugten Drehmoments steuert das Achsdrehmoment und steuert dadurch die Fahrzeugbeschleunigung.
Die Zylinderaktivierung und -deaktivierung können unverzüglich stattfinden. Änderungen des MAP können dies jedoch nicht. Insbesondere kann sich der MAP während einer Zeitdauer nach der Zylinderdeaktivierung oder -reaktivierung langsam ändern. Die langsame Änderung des MAP kann positive oder negative Drehmomentschwankungen verursachen. 1A stellt beispielsweise eine positive Drehmomentschwankung während der Zylinderreaktivierung dar. Eine vertikale Achse 10 stellt ein Achsdrehmoment dar und eine horizontale Achse 12 stellt die Zeit dar. Ein gewünschtes Ausgangsdrehmoment ist durch 14 dargestellt. Nach der Reaktivierung bei 16 tritt jedoch eine Drehmomentschwankung 18 auf.
Die Drehmomentschwankungen können das Geräusch/die Vibration/die Rauheit (NVH) erhöhen, die eine Fahrerunannehmlichkeit verursachen können. Ein Kraftmaschinensteuersystem für eine Kraftmaschine mit einem Automatikgetriebe kann den Drehmomentwandlerschlupf steuern, um die Drehmomentschwankungen zu verringern. Das Steuern des Drehmomentwandlerschlupfs ist jedoch sowohl komplex als auch aufwendig. Überdies weist eine Kraftmaschine mit einem Handschaltgetriebe keinen Drehmomentwandler auf. Ein Kraftmaschinensteuersystem für eine Kraftmaschine mit einem Handschaltgetriebe kann daher alle Zylinder während der Zylinderdeaktivierung und -reaktivierung auf ein gleiches Drehmomentniveau steuern. Das Steuern aller Zylinder auf dasselbe Drehmomentniveau kann jedoch die Kraftstoffsparsamkeit verringern. Alternativ kann das Kraftmaschinensteuersystem die Drosselklappenposition vor der Zylinderdeaktivierung erhöhen (d. h. Zwischengas anwenden). Das Erhöhen der Drosselklappenposition vor der Zylinderdeaktivierung kann jedoch eine präzise Steuerung und folglich komplexe Kalibrierungen erfordern.
Folglich wird ein Verfahren zum Verringern von Drehmomentschwankungen während der Zylinderdeaktivierung und -reaktivierung vorgestellt. Das Verfahren kann den Zündfunkenzeitpunkt während Zylinderdeaktivierungs- und -reaktivierungsereignissen steuern, um Drehmomentschwankungen zu verringern. Insbesondere kann das Verfahren in einem Kraftmaschinensteuersystem für eine Kraftmaschine implementiert werden, die mit einem Handschaltgetriebe gekoppelt ist. Das Verfahren kann den Zündfunkenzeitpunkt für M von N Zylindern einer Kraftmaschine (M ≥ 1, N > M) während einer Zeitdauer vor dem Deaktivieren oder nach dem Reaktivieren der M Zylinder auf einen ersten Zündfunkenzeitpunkt nach spät verstellen. Während der Zeitdauer vor dem Deaktivieren oder nach dem Reaktivieren der M Zylinder kann das Verfahren den Zündfunkenzeitpunkt für (N-M) aktive Zylinder der Kraftmaschine (d. h. einen Rest der N Zylinder der Kraftmaschine) auf einen zweiten Zündfunkenzeitpunkt nach früh verstellen.
Insbesondere kann das Verfahren eine Drehmomentverteilung für sowohl die M deaktivierenden oder reaktivierenden Zylinder als auch die (N-M) aktiven Zylinder auf der Basis einer Basisdrehmomentanforderung und mehrerer Betriebsparameter bestimmen. Die Drehmomentverteilung stellt einen Wert zum Einstellen des von jedem von (i) deaktivierten/reaktivierten Zylindern und (i) aktiven Zylindern erzeugten Drehmoments dar, während ein gleiches mittleres Ausgangsdrehmoment mit weniger Drehmomentstörungen aufrechterhalten wird. Die Basisdrehmomentanforderung kann beispielsweise auf einer Fahrereingabe basieren und die mehreren Betriebsparameter können jeweils minimale und maximale Drehmomentkapazitäten bei einer minimalen und maximalen zulässigen Frühzündung für die aktuellen Betriebsbedingungen umfassen. Die Drehmomentverteilung kann ein geringeres von (1) einem Produkt (i) einer Differenz zwischen der Basisdrehmomentanforderung und der minimalen Drehmomentkapazität und (ii) eines Quotienten von M und (N-M) und (2) einer Differenz zwischen der maximalen Drehmomentkapazität und der Basisdrehmomentanforderung sein.
Das Verfahren kann eine erste Drehmomentanforderung für die M deaktivierenden oder reaktivierenden Zylinder der Kraftmaschine auf der Basis einer Differenz zwischen der Basisdrehmomentanforderung und einem Produkt (i) der Drehmomentverteilung und (ii) eines Quotienten von (N-M) und (M) bestimmen. Das Verfahren kann dann den ersten Zündfunkenzeitpunkt auf der Basis der ersten Drehmomentanforderung bestimmen. Ebenso kann das Verfahren eine zweite Drehmomentanforderung für die (N-M) aktiven Zylinder der Kraftmaschine auf der Basis einer Summe der Basisdrehmomentanforderung und der Drehmomentverteilung bestimmen. Das System und das Verfahren können dann den zweiten Zündfunkenzeitpunkt auf der Basis der zweiten Drehmomentanforderung bestimmen.
1B stellt beispielsweise die verringerten Drehmomentvariationen dar, wenn der Zündfunkenzeitpunkt von aktiven Zylindern auf den MBT-Zündfunkenzeitpunkt oder in dessen Nähe nach früh verstellt wird. Eine vertikale Achse 20 stellt das Bremsdrehmoment dar und eine horizontale Achse 22 stellt den Zündfunkenzeitpunkt dar. Wenn der Zündfunkenzeitpunkt in Richtung des MBT 24 nach früh verstellt wird, nimmt, wie gezeigt, die Amplitude der Drehmomentstörungen von einer großen Störung 26 auf eine minimale Störung 28 ab. In einigen Implementierungen kann M gleich der Gesamtzahl von Zylindern in der Kraftmaschine sein und N kann gleich der Hälfte von M sein. Die Kraftmaschine kann beispielsweise acht Zylinder (M=8) umfassen und vier Zylinder können deaktiviert/reaktiviert werden (N=4). Andere Zahlen von Zylindern können jedoch deaktiviert und/oder reaktiviert werden.
Mit Bezug auf 2 ist ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Kraftmaschinensystems 100 dargestellt. Das Kraftmaschinensystem 100 umfasst eine Kraftmaschine 102, die ein Luft/Kraftstoff-Gemisch verbrennt, um ein Antriebsdrehmoment für ein Fahrzeug auf der Basis einer Fahrereingabe von einem Fahrereingabemodul 104 zu erzeugen. Luft wird durch ein Einlasssystem 108 in die Kraftmaschine 102 gesaugt. Nur als Beispiel kann das Einlasssystem 108 einen Einlasskrümmer 110 und ein Drosselventil 112 umfassen. Nur als Beispiel kann das Drosselventil 112 ein Klappenventil mit einer drehbaren Klappe umfassen. Ein Kraftmaschinensteuermodul (ECM) 114 steuert ein Drosselklappenaktuatormodul 116, das die Öffnung des Drosselventils 112 regelt, um die Menge an Luft, die in den Einlasskrümmer 110 gesaugt wird, zu steuern.
Luft vom Einlasskrümmer 110 wird in die Zylinder der Kraftmaschine 102 gesaugt. Obwohl die Kraftmaschine 102 mehrere Zylinder umfassen kann, ist für Erläuterungszwecke ein einzelner repräsentativer Zylinder 118 gezeigt. Nur als Beispiel kann die Kraftmaschine 102 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 und/oder 12 Zylinder umfassen. Das ECM 114 kann ein Zylinderaktuatormodul 120 anweisen, selektiv einige der Zylinder zu deaktivieren, was die Kraftstoffsparsamkeit unter bestimmten Kraftmaschinenbetriebsbedingungen verbessern kann.
Die Kraftmaschine 102 kann unter Verwendung eines Viertaktzyklus arbeiten. Die nachstehend beschriebenen vier Hübe werden Einlasshub, Kompressionshub, Verbrennungshub und Auslasshub genannt. Während jeder Umdrehung einer Kurbelwelle (nicht dargestellt) finden zwei der vier Hübe innerhalb des Zylinders 118 statt. Daher sind zwei Kurbelwellenumdrehungen erforderlich, damit der Zylinder 118 alle vier der Hübe erfährt.
Während des Einlasshubs wird Luft vom Einlasskrümmer 110 in den Zylinder 118 durch ein Einlassventil 122 gesaugt. Das ECM 114 steuert ein Kraftstoffaktuatormodul 124, das die Kraftstoffeinspritzung regelt, um ein gewünschtes Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu erreichen. Kraftstoff kann in den Einlasskrümmer 110 an einem zentralen Ort oder an mehreren Orten wie z. B. nahe dem Einlassventil 122 von jedem der Zylinder eingespritzt werden. In verschiedenen Implementierungen (nicht dargestellt) kann Kraftstoff direkt in die Zylinder oder in Mischkammern, die den Zylindern zugeordnet sind, eingespritzt werden. Das Kraftstoffaktuatormodul 124 kann die Einspritzung von Kraftstoff in Zylinder anhalten, die deaktiviert sind.
Der eingespritzte Kraftstoff mischt sich mit Luft und erzeugt ein Luft/Kraftstoff-Gemisch im Zylinder 118. Während des Kompressionshubs komprimiert ein Kolben (nicht dargestellt) innerhalb des Zylinders 118 das Luft/Kraftstoff-Gemisch. Die Kraftmaschine 102 kann eine Kompressionszündungskraftmaschine sein, in welchem Fall die Kompression im Zylinder 118 das Luft/Kraftstoff-Gemisch zündet. Alternativ kann die Kraftmaschine 102 eine Funkenzündungskraftmaschine sein, in welchem Fall ein Zündfunkenaktuatormodul 126 eine Zündkerze 128 im Zylinder 118 auf der Basis eines Signals vom ECM 114 erregt, was das Luft/Kraftstoff-Gemisch zündet. Der Zeitpunkt des Zündfunkens kann relativ zu dem Zeitpunkt festgelegt werden, zu dem sich der Kolben in seiner obersten Position befindet, die als oberer Totpunkt (TDC) bezeichnet wird.
Das Zündfunkenaktuatormodul 126 kann durch ein Zeitsteuersignal gesteuert werden, das festlegt, wie weit vor oder nach dem TDC der Zündfunke erzeugt werden soll. Da die Kolbenposition direkt mit der Kurbelwellendrehung in Beziehung steht, kann der Betrieb des Zündfunkenaktuatormoduls 126 mit dem Kurbelwinkel synchronisiert werden. In verschiedenen Implementierungen kann das Zündfunkenaktuatormodul 126 die Zuführung des Zündfunkens zu deaktivierten Zylindern anhalten.
Das Erzeugen des Zündfunkens kann als Zündereignis bezeichnet werden. Das Zündfunkenaktuatormodul 126 kann die Fähigkeit haben, den Zeitpunkt des Zündfunkens für jedes Zündereignis zu verändern. Das Zündfunkenaktuatormodul 126 kann sogar in der Lage sein, den Zündfunkenzeitpunkt für ein nächstes Zündereignis zu verändern, wenn das Zündfunkenzeitsteuersignal zwischen einem letzten Zündereignis und dem nächsten Zündereignis geändert wird.
Während des Verbrennungshubs treibt die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches den Kolben nach unten, wodurch die Kurbelwelle angetrieben wird. Der Verbrennungshub kann als Zeit zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der Kolben den TDC erreicht, und dem Zeitpunkt, zu dem der Kolben zum unteren Totpunkt (BDC) zurückkehrt, definiert sein.
Während des Auslasshubs beginnt der Kolben, sich vom BDC nach oben zu bewegen, und stößt die Nebenprodukte der Verbrennung durch ein Auslassventil 130 aus. Die Nebenprodukte der Verbrennung werden aus dem Fahrzeug über ein Auslasssystem 134 ausgelassen.
Das Einlassventil 122 kann durch eine Einlassnockenwelle 140 gesteuert werden, während das Auslassventil 130 durch eine Auslassnockenwelle 142 gesteuert werden kann. In verschiedenen Implementierungen können mehrere Einlassnockenwellen (einschließlich der Einlassnockenwelle 140) mehrere Einlassventile (einschließlich des Einlassventils 122) für den Zylinder 118 steuern und/oder können die Einlassventile (einschließlich des Einlassventils 122) von mehreren Gruppen von Zylindern (einschließlich des Zylinders 118) steuern. Ebenso können mehrere Auslassnockenwellen (einschließlich der Auslassnockenwelle 142) mehrere Auslassventile für den Zylinder 118 steuern und/oder können Auslassventile (einschließlich des Auslassventils 130) für mehrere Gruppen von Zylindern (einschließlich des Zylinders 118) steuern.
Das Zylinderaktuatormodul 120 kann den Zylinder 118 durch Sperren der Öffnung des Einlassventils 122 und/oder des Auslassventils 130 deaktivieren. In verschiedenen anderen Implementierungen können das Einlassventil 122 und/oder das Auslassventil 130 durch andere Vorrichtungen als Nockenwellen gesteuert werden, wie z. B. elektromagnetische Aktuatoren.
Der Zeitpunkt, zu dem das Einlassventil 122 geöffnet wird, kann in Bezug auf den Kolben-TDC durch einen Einlassnocken-Phasensteller 148 verändert werden. Der Zeitpunkt, zu dem das Auslassventil 130 geöffnet wird, kann in Bezug auf den Kolben-TDC durch einen Auslassnocken-Phasensteller 150 verändert werden. Ein Phasensteller-Aktuatormodul 158 kann den Einlassnocken-Phasensteller 148 und den Auslassnocken-Phasensteller 150 auf der Basis von Signalen vom ECM 114 steuern. Wenn es implementiert wird, kann der variable Ventilhub (nicht dargestellt) auch durch das Phasensteller-Aktuatormodul 158 gesteuert werden.
Das Kraftmaschinensystem 100 kann eine Aufladungsvorrichtung umfassen, die Druckluft zum Einlasskrümmer 110 zuführt. 2 zeigt beispielsweise einen Turbolader mit einer heißen Turbine 160-1, die durch heiße Abgase angetrieben wird, die durch das Auslasssystem 134 strömen. Der Turbolader umfasst auch einen Kaltluftkompressor 160-2, der durch die Turbine 160-1 angetrieben wird, der Luft komprimiert, die in das Drosselventil 112 geleitet wird. In verschiedenen Implementierungen kann ein Lader (nicht dargestellt), der durch die Kurbelwelle angetrieben wird, Luft vom Drosselventil 112 komprimieren und die komprimierte Luft zum Einlasskrümmer 110 zuführen.
Ein Ladedruckbegrenzer 162 kann ermöglichen, dass Abgas die Turbine 160-1 umgeht, wodurch der Ladedruck (der Betrag der Einlassluftkompression) des Turboladers verringert wird. Das ECM 114 kann den Turbolader über ein Ladedruckaktuatormodul 164 steuern. Das Ladedruckaktuatormodul 164 kann den Ladedruck des Turboladers durch Steuern der Position des Ladedruckbegrenzers 162 modulieren. In verschiedenen Implementierungen können mehrere Turbolader durch das Ladedruckaktautormodul 164 gesteuert werden. Der Turbolader kann eine variable Geometrie aufweisen, die durch das Ladedruckaktuatormodul 164 gesteuert werden kann.
Ein Zwischenkühler (nicht dargestellt) kann einiges der Wärme, die in der komprimierten Luftladung enthalten ist und die erzeugt wird, wenn die Luft komprimiert wird, ableiten. Die komprimierte Luftladung kann auch Wärme von Komponenten des Auslasssystems 134 aufgenommen haben. Obwohl für die Zwecke der Erläuterung separat gezeigt, können die Turbine 160-1 und der Kompressor 160-2 aneinander befestigt sein, wobei Einlassluft in unmittelbare Nähe zu heißem Abgas gebracht wird.
Das Kraftmaschinensystem 100 kann ein Abgasrückführungsventil (AGR-Ventil) 170 umfassen, das selektiv Abgas zum Einlasskrümmer 110 zurück umlenkt. Das AGR-Ventil 170 kann oberstromig der Turbine 160-1 des Turboladers angeordnet sein. Das AGR-Ventil 170 kann durch ein AGR-Aktuatormodul 172 gesteuert werden.
Das Kraftmaschinensystem 100 kann die Drehzahl der Kurbelwelle in Umdrehungen pro Minute (min^-1) unter Verwendung eines Drehzahlsensors 180 messen. Die Temperatur des Kraftmaschinenkühlmittels kann unter Verwendung eines Kraftmaschinen-Kühlmitteltemperatursensors (ECT-Sensors) 182 gemessen werden. Der ECT-Sensor 182 kann innerhalb der Kraftmaschine 102 oder an anderen Orten, an denen das Kühlmittel zirkuliert wird, angeordnet sein, wie z. B. an einem Kühler (nicht dargestellt).
Der Druck innerhalb des Einlasskrümmers 110 kann unter Verwendung eines Krümmerabsolutdrucksensors (MAP-Sensors) 184 gemessen werden. In verschiedenen Implementierungen kann ein Kraftmaschinenunterdruck, der die Differenz zwischen dem Umgebungsluftdruck und dem Druck innerhalb des Einlasskrümmers 110 ist, gemessen werden. Die Massendurchflussrate von Luft, die in den Einlasskrümmer 110 strömt, kann unter Verwendung eines Luftmassensensors (MAF-Sensors) 186 gemessen werden. In verschiedenen Implementierungen kann der MAF-Sensor 186 in einem Gehäuse angeordnet sein, das auch das Drosselventil 112 umfasst.
Das Drosselklappenaktuatormodul 116 kann die Position des Drosselventils 112 unter Verwendung von einem oder mehreren Drosselklappen-Positionssensoren (TPS) 190 überwachen. Die Umgebungstemperatur von Luft, die in die Kraftmaschine 102 gesaugt wird, kann unter Verwendung eines Einlassluft-Temperatursensors (IAT-Sensors) 192 gemessen werden. Das ECM 114 kann Signale von den Sensoren verwenden, um Steuerentscheidungen für das Kraftmaschinensystem 100 zu treffen.
Das ECM 114 kann mit einem Getriebesteuermodul 194 kommunizieren, um das Schalten von Gängen in einem Getriebe (nicht dargestellt) zu koordinieren. Das Getriebe (nicht dargestellt) kann beispielsweise ein Handschaltgetriebe sein. Außerdem kann das ECM 114 beispielsweise das Kraftmaschinendrehmoment während eines Gangschaltvorgangs verringern. Das ECM 114 kann mit einem Hybridsteuermodul 196 kommunizieren, um den Betrieb der Kraftmaschine 102 und eines Elektromotors 198 zu koordinieren.
Der Elektromotor 198 kann auch als Generator funktionieren und kann verwendet werden, um elektrische Energie zur Verwendung durch elektrische Fahrzeugsysteme und/oder zur Speicherung in einer Batterie zu erzeugen. In verschiedenen Implementierungen können die verschiedenen Funktionen des ECM 114, des Getriebesteuermoduls 194 und des Hybridsteuermoduls 196 in ein oder mehrere Module integriert sein.
Jedes System, das einen Kraftmaschinenparameter verändert, kann als Aktuator bezeichnet werden, der einen Aktuatorwert empfängt. Das Drosselklappenaktuatormodul 116 kann beispielsweise als Aktuator bezeichnet werden und die Drosselklappenöffnungsfläche kann als Aktuatorwert bezeichnet werden. In dem Beispiel von 2 erreicht das Drosselklappenaktuatormodul 116 die Drosselklappenöffnungsfläche durch Einstellen eines Winkels der Klappe des Drosselventils 112.
Ebenso kann das Zündfunkenaktuatormodul 126 als Aktuator bezeichnet werden, während der entsprechende Aktuatorwert der Betrag der Frühzündung relativ zum Zylinder-TDC sein kann. Andere Aktuatoren können das Zylinderaktuatormodul 120, das Kraftstoffaktuatormodul 124, das Phasensteller-Aktuatormodul 158, das Ladedruckaktautormodul 164 und das AGR-Aktuatormodul 172 umfassen. Für diese Aktuatoren können die Aktuatorwerte der Anzahl von aktivierten Zylindern, der Kraftstoffzuführungsrate, den Einlass- und Auslassnocken-Phasenstellerwinkeln, dem Ladedruck bzw. der AGR-Ventilöffnungsfläche entsprechen. Das ECM 114 kann Aktuatorwerte steuern, um zu bewirken, dass die Kraftmaschine 102 ein gewünschtes Kraftmaschinenausgangsdrehmoment erzeugt.
Mit Bezug auf 3 ist ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Kraftmaschinensteuersystems dargestellt. Eine beispielhafte Implementierung des ECM 114 umfasst ein Fahrerdrehmomentmodul 202. Das Fahrerdrehmomentmodul 202 kann eine Fahrerdrehmomentanforderung auf der Basis einer Fahrereingabe vom Fahrereingabemodul 104 bestimmen. Die Fahrereingabe kann auf einer Position eines Fahrpedals basieren. Die Fahrereingabe kann auch auf einem Tempomat basieren, der ein adaptives Tempomatsystem sein kann, das die Fahrzeuggeschwindigkeit verändert, um einen vorbestimmten Folgeabstand aufrechtzuerhalten. Das Fahrerdrehmomentmodul 202 kann eine oder mehrere Abbildungen der Fahrpedalposition auf das gewünschte Drehmoment speichern und kann die Fahrerdrehmomentanforderung auf der Basis einer ausgewählten der Abbildungen bestimmen.
Ein Achsdrehmoment-Entscheidungsmodul 204 entscheidet zwischen der Fahrerdrehmomentanforderung vom Fahrerdrehmomentmodul 202 und anderen Achsdrehmomentanforderungen. Das Achsdrehmoment (Drehmoment an den Rädern) kann von verschiedenen Quellen erzeugt werden, einschließlich einer Kraftmaschine und/oder eines Elektromotors. Die Drehmomentanforderungen können absolute Drehmomentanforderungen sowie relative Drehmomentanforderungen und Rampenanforderungen umfassen. Nur als Beispiel können Rampenanforderungen eine Anforderung zum Absenken des Drehmoments auf ein minimales Drehmoment bei ausgeschalteter Kraftmaschine oder zum Erhöhen des Drehmoments vom minimalen Drehmoment bei ausgeschalteter Kraftmaschine umfassen. Relative Drehmomentanforderungen können vorübergehende oder dauerhafte Drehmomentverringerungen oder -erhöhungen umfassen.
Achsdrehmomentanforderungen können eine Drehmomentverringerung, die durch ein Traktionskontrollsystem angefordert wird, wenn ein positiver Radschlupf detektiert wird, umfassen. Der positive Radschlupf tritt auf, wenn das Achsdrehmoment die Reibung zwischen den Rädern und der Straßenoberfläche überwindet, und die Räder beginnen auf der Straßenoberfläche zu rutschen. Achsdrehmomentanforderungen können auch eine Drehmomenterhöhungsanforderung umfassen, um einem negativen Radschlupf entgegenzuwirken, wobei ein Reifen des Fahrzeugs in der anderen Richtung in Bezug auf die Straßenoberfläche rutscht, da das Achsdrehmoment negativ ist.
Achsdrehmomentanforderungen können auch Bremsmanagementanforderungen und Fahrzeugübergeschwindigkeits-Drehmomentanforderungen umfassen. Bremsmanagementanforderungen können das Achsdrehmoment verringern, um sicherzustellen, dass das Achsdrehmoment die Fähigkeit der Bremsen, das Fahrzeug zu halten, wenn das Fahrzeug gestoppt wird, nicht überschreitet. Fahrzeugübergeschwindigkeits-Drehmomentanforderungen können das Achsdrehmoment verringern, um zu verhindern, dass das Fahrzeug eine vorbestimmte Geschwindigkeit überschreitet. Achsdrehmomentanforderungen können auch durch Fahrzeugstabilitätssteuersysteme erzeugt werden.
Das Achsdrehmoment-Entscheidungsmodul 204 gibt eine vorhergesagte Drehmomentanforderung und eine unmittelbare Drehmomentanforderung auf der Basis der Ergebnisse der Entscheidung zwischen den empfangenen Drehmomentanforderungen aus. Wie nachstehend beschrieben, können die vorhergesagten und unmittelbaren Drehmomentanforderungen vom Achsdrehmoment-Entscheidungsmodul 204 selektiv durch andere Module des ECM 114 eingestellt werden, bevor sie verwendet werden, um die Aktuatoren des Kraftmaschinensystems 100 zu steuern.
Im Allgemeinen ist die unmittelbare Drehmomentanforderung der Betrag des aktuell erwünschten Achsdrehmoments, während die vorhergesagte Drehmomentanforderung der Betrag des Achsdrehmoments ist, der kurzfristig erforderlich sein kann. Das ECM 114 steuert daher das Kraftmaschinensystem 100, um ein Achsdrehmoment gleich der unmittelbaren Drehmomentanforderung zu erzeugen. Verschiedene Kombinationen von Aktuatorwerten können jedoch zum gleichen Achsdrehmoment führen. Das ECM 114 kann daher die Aktuatorwerte einstellen, um einen schnelleren Übergang auf die vorhergesagte Drehmomentanforderung zu ermöglichen, während immer noch das Achsdrehmoment auf der unmittelbaren Drehmomentanforderung gehalten wird.
In verschiedenen Implementierungen kann die vorhergesagte Drehmomentanforderung auf der Fahrerdrehmomentanforderung basieren. Die unmittelbare Drehmomentanforderung kann geringer sein als die vorhergesagte Drehmomentanforderung, wie z. B. wenn die Fahrerdrehmomentanforderung Radschlupf auf einer eisigen Oberfläche verursacht. In einem solchen Fall kann ein Traktionskontrollsystem (nicht dargestellt) eine Verringerung über die unmittelbare Drehmomentanforderung anfordern und das ECM 114 verringert das durch das Kraftmaschinensystem 100 erzeugte Drehmoment auf die unmittelbare Drehmomentanforderung. Das ECM 114 steuert jedoch das Kraftmaschinensystem 100 so, dass das Kraftmaschinensystem 100 schnell die Erzeugung der vorhergesagten Drehmomentanforderung wieder aufnehmen kann, sobald der Radschlupf stoppt.
Im Allgemeinen kann die Differenz zwischen der unmittelbaren Drehmomentanforderung und der höheren vorhergesagten Drehmomentanforderung als Drehmomentreserve bezeichnet werden. Die Drehmomentreserve kann den Betrag des zusätzlichen Drehmoments darstellen, den das Kraftmaschinensystem 100 mit minimaler Verzögerung beginnen kann zu erzeugen. Schnelle Kraftmaschinenaktuatoren werden verwendet, um das aktuelle Achsdrehmoment zu erhöhen oder zu verringern. Wie nachstehend genauer beschrieben, sind schnelle Kraftmaschinenaktuatoren im Gegensatz zu langsamen Kraftmaschinenaktuatoren definiert.
In verschiedenen Implementierungen sind schnelle Kraftmaschinenaktuatoren in der Lage, das Achsdrehmoment innerhalb eines Bereichs zu verändern, wobei der Bereich durch die langsamen Kraftmaschinenaktuatoren festgelegt wird. In solchen Implementierungen ist die obere Grenze des Bereichs die vorhergesagte Drehmomentanforderung, während die untere Grenze des Bereichs durch die Drehmomentkapazität der schnellen Aktuatoren begrenzt ist. Nur als Beispiel können schnelle Aktuatoren das Achsdrehmoment nur um ein erstes Ausmaß verringern können, wobei das erste Ausmaß ein Maß der Drehmomentkapazität der schnellen Aktuatoren ist. Das erste Ausmaß kann auf der Basis von Kraftmaschinenbetriebsbedingungen, die durch die langsamen Kraftmaschinenaktuatoren festgelegt werden, variieren. Wenn die unmittelbare Drehmomentanforderung innerhalb des Bereichs liegt, können schnelle Kraftmaschinenaktuatoren so eingestellt werden, dass bewirkt wird, dass das Achsdrehmoment gleich der unmittelbaren Drehmomentanforderung ist. Wenn das ECM 114 anfordert, dass die vorhergesagte Drehmomentanforderung ausgegeben wird, können die schnellen Kraftmaschinenaktuatoren gesteuert werden, um das Achsdrehmoment zur Oberseite des Bereichs zu verändern, was die vorhergesagte Drehmomentanforderung ist.
Im Allgemeinen können schnelle Kraftmaschinenaktuatoren das Achsdrehmoment im Vergleich zu langsamen Kraftmaschinenaktuatoren schneller ändern. Langsame Aktuatoren können langsamer auf Änderungen in ihren jeweiligen Aktuatorwerten ansprechen als schnelle Aktuatoren. Ein langsamer Aktuator kann beispielsweise mechanische Komponenten umfassen, die Zeit benötigen, um sich in Ansprechen auf eine Änderung des Aktuatorwerts von einer Position in eine andere zu bewegen. Ein langsamer Aktuator kann auch durch den Betrag an Zeit gekennzeichnet sein, den es dauert, bis das Achsdrehmoment beginnt, sich zu ändern, sobald der langsame Aktuator beginnt, den geänderten Aktuatorwert zu implementieren. Im Allgemeinen ist dieser Betrag an Zeit für langsame Aktuatoren länger als für schnelle Aktuatoren. Selbst nach dem Beginn der Änderung kann außerdem das Achsdrehmoment länger brauchen, um vollständig auf eine Änderung in einem langsamen Aktuator anzusprechen.
Nur als Beispiel kann das ECM 114 Aktuatorwerte für langsame Aktuatoren auf Werte setzen, die ermöglichen würden, dass das Kraftmaschinensystem 100 die vorhergesagte Drehmomentanforderung erzeugt, wenn die schnellen Aktuatoren auf geeignete Werte gesetzt werden würden. Unterdessen kann das ECM 114 Aktuatorwerte für schnelle Aktuatoren auf Werte setzen, die in Anbetracht der Werte von langsamen Aktuatoren bewirken, dass das Kraftmaschinensystem 100 die unmittelbare Drehmomentanforderung anstelle der vorhergesagten Drehmomentanforderung erzeugt.
Die Werte der schnellen Aktuatoren bewirken daher, dass das Kraftmaschinensystem 100 die unmittelbare Drehmomentanforderung erzeugt. Wenn das ECM 114 entscheidet, das Achsdrehmoment von der unmittelbaren Drehmomentanforderung auf die vorhergesagte Drehmomentanforderung zu überführen, ändert das ECM 114 die Aktuatorwerte für einen oder mehrere schnelle Aktuatoren auf Werte, die der vorhergesagten Drehmomentanforderung entsprechen. Da die Werte der langsamen Aktuatoren bereits auf der Basis der vorhergesagten Drehmomentanforderung festgelegt wurden, kann das Kraftmaschinensystem 100 die vorhergesagte Drehmomentanforderung nach nur der Verzögerung erzeugen, die durch die schnellen Aktuatoren auferlegt wird. Mit anderen Worten, die längere Verzögerung, die sich ansonsten aus der Änderung des Achsdrehmoments unter Verwendung von langsamen Aktuatoren ergeben würde, wird vermieden.
Nur als Beispiel kann, wenn die vorhergesagte Drehmomentanforderung gleich der Fahrerdrehmomentanforderung ist, eine Drehmomentreserve erzeugt werden, wenn die unmittelbare Drehmomentanforderung aufgrund einer vorübergehenden Drehmomentverringerungsanforderung geringer ist als die Fahrerdrehmomentanforderung. Alternativ kann eine Drehmomentreserve durch Erhöhen der vorhergesagten Drehmomentanforderung über die Fahrerdrehmomentanforderung erzeugt werden, während die unmittelbare Drehmomentanforderung auf der Fahrerdrehmomentanforderung gehalten wird. Die resultierende Drehmomentreserve kann plötzliche Erhöhungen des erforderlichen Achsdrehmoments absorbieren. Nur als Beispiel können plötzliche Lasten von einer Klimaanlage oder einer Servolenkpumpe durch Erhöhen der unmittelbaren Drehmomentanforderung ausgeglichen werden. Wenn die Erhöhung der unmittelbaren Drehmomentanforderung geringer ist als die Drehmomentreserve, kann die Erhöhung unter Verwendung von schnellen Aktuatoren schnell erzeugt werden. Die vorhergesagte Drehmomentanforderung kann dann auch erhöht werden, um die vorherige Drehmomentreserve wieder herzustellen.
Eine weitere Beispielverwendung einer Drehmomentreserve besteht darin, Schwankungen von Werten von langsamen Aktuatoren zu verringern. Aufgrund ihrer relativ langsamen Geschwindigkeit können veränderliche Werte von langsamen Aktuatoren eine Steuerinstabilität erzeugen. Außerdem können langsame Aktuatoren mechanische Teile umfassen, die mehr Leistung entnehmen und/oder schneller verschleißen können, wenn sie häufig bewegt werden. Das Erzeugen einer ausreichenden Drehmomentreserve ermöglicht, dass Änderungen im gewünschten Drehmoment durch Verändern von schnellen Aktuatoren über die unmittelbare Drehmomentanforderung vorgenommen werden, während die Werte der langsamen Aktuatoren aufrechterhalten werden. Um beispielsweise eine gegebene Leerlaufdrehzahl aufrechtzuerhalten, kann die unmittelbare Drehmomentanforderung innerhalb eines Bereichs variieren. Wenn die vorhergesagte Drehmomentanforderung auf einen Pegel über diesem Bereich gesetzt wird, können Veränderungen der unmittelbaren Drehmomentanforderung, die die Leerlaufdrehzahl aufrechterhalten, unter Verwendung von schnellen Aktuatoren ohne den Bedarf, langsame Aktuatoren einzustellen, durchgeführt werden.
Nur als Beispiel kann in einer Funkenzündungskraftmaschine der Zündfunkenzeitpunkt ein Wert eines schnellen Aktuators sein, während die Drosselklappenöffnungsfläche ein Wert eines langsamen Aktuators sein kann. Funkenzündungskraftmaschinen können Kraftstoffe verbrennen, einschließlich beispielsweise Benzin und Ethanol, indem ein Zündfunke angewendet wird. Dagegen kann in einer Kompressionszündungskraftmaschine die Kraftstoffströmung ein Wert eines schnellen Aktuators sein, während die Drosselklappenöffnungsfläche als Aktuatorwert für andere Kraftmaschineneigenschaften als das Drehmoment verwendet werden kann. Kompressionszündungskraftmaschinen können Kraftstoffe verbrennen, einschließlich beispielsweise Diesel, indem die Kraftstoffe komprimiert werden.
Wenn die Kraftmaschine 102 eine Funkenzündungskraftmaschine ist, kann das Zündfunkenaktuatormodul 126 ein schneller Aktuator sein und das Drosselklappenaktuatormodul 116 kann ein langsamer Aktuator sein. Nach dem Empfangen eines neuen Aktuatorwerts kann das Zündfunkenaktuatormodul 126 den Zündfunkenzeitpunkt für das folgende Zündereignis ändern können. Wenn der Zündfunkenzeitpunkt (auch Frühzündung genannt) für ein Zündereignis auf einen kalibrierten Wert gesetzt wird, wird ein maximales Drehmoment im Verbrennungshub unmittelbar nach dem Zündereignis erzeugt. Eine Frühzündung, die vom kalibrierten Wert abweicht, kann jedoch der Betrag des Drehmoments, das im Verbrennungshub erzeugt wird, verringern. Daher kann das Zündfunkenaktuatormodul 126 durch Verändern der Frühzündung das Kraftmaschinenausgangsdrehmoment ändern können, sobald das nächste Zündereignis auftritt. Nur als Beispiel kann eine Tabelle von Frühzündungen, die verschiedenen Kraftmaschinenbetriebsbedingungen entsprechen, während einer Kalibrierungsphase der Fahrzeugkonstruktion bestimmt werden und der kalibrierte Wert wird auf der Basis von aktuellen Kraftmaschinenbetriebsbedingungen aus der Tabelle ausgewählt.
Dagegen brauchen Änderungen der Drosselklappenöffnungsfläche länger, um das Kraftmaschinenausgangsdrehmoment zu beeinflussen. Das Drosselklappenaktuatormodul 116 ändert die Drosselklappenöffnungsfläche durch Einstellen des Winkels der Klappe des Drosselventils 112. Sobald ein neuer Aktuatorwert empfangen wird, besteht daher eine mechanische Verzögerung, da sich das Drosselventil 112 auf der Basis des neuen Aktuatorwerts von seiner vorherigen Position in eine neue Position bewegt. Außerdem unterliegen Luftströmungsänderungen auf der Basis der Drosselventilöffnung Lufttransportverzögerungen im Einlasskrümmer 110. Ferner wird eine erhöhte Luftströmung im Einlasskrümmer 110 nicht als Erhöhung des Kraftmaschinenausgangsdrehmoments verwirklicht, bis der Zylinder 118 zusätzliche Luft im nächsten Einlasshub empfängt, die zusätzliche Luft komprimiert und den Verbrennungshub beginnt.
Unter Verwendung dieser Aktuatoren als Beispiel kann eine Drehmomentreserve erzeugt werden, indem die Drosselklappenöffnungsfläche auf einen Wert gesetzt wird, der ermöglichen würde, dass die Kraftmaschine 102 eine vorhergesagte Drehmomentanforderung erzeugt. Unterdessen kann der Zündfunkenzeitpunkt auf der Basis einer unmittelbaren Drehmomentanforderung festgelegt werden, die geringer ist als die vorhergesagte Drehmomentanforderung. Obwohl die Drosselklappenöffnungsfläche genügend Luftströmung erzeugt, damit die Kraftmaschine 102 die vorhergesagte Drehmomentanforderung erzeugt, wird der Zündfunkenzeitpunkt auf der Basis der unmittelbaren Drehmomentanforderung nach spät verstellt (was das Drehmoment verringert). Das Kraftmaschinenausgangsdrehmoment ist daher gleich der unmittelbaren Drehmomentanforderung.
Wenn zusätzliches Drehmoment erforderlich ist, wie z. B. wenn der Klimaanlagenkompressor gestartet wird, oder wenn die Traktionskontrolle feststellt, dass der Radschlupf geendet hat, kann der Zündfunkenzeitpunkt auf der Basis der vorhergesagten Drehmomentanforderung festgelegt werden. Durch das folgende Zündereignis kann das Zündfunkenaktuatormodul 126 die Frühzündung auf einen kalibrierten Wert zurückführen, der ermöglicht, dass die Kraftmaschine 102 das vollständige Kraftmaschinenausgangsdrehmoment erzeugt, das mit der bereits vorhandenen Luftströmung erreichbar ist. Das Kraftmaschinenausgangsdrehmoment kann daher schnell auf die vorhergesagte Drehmomentanforderung erhöht werden, ohne Verzögerungen von der Änderung der Drosselklappenöffnungsfläche zu erfahren.
Wenn die Kraftmaschine 102 eine Kompressionszündungskraftmaschine ist, kann das Kraftstoffaktuatormodul 124 ein schneller Aktuator sein und das Drosselklappenaktuatormodul 116 und das Ladedruckaktuatormodul 164 können Emissionsaktuatoren sein. In dieser Weise kann die Kraftstoffmasse auf der Basis der unmittelbaren Drehmomentanforderung festgelegt werden und die Drosselklappenöffnungsfläche und der Ladedruck können auf der Basis der vorhergesagten Drehmomentanforderung festgelegt werden. Die Drosselklappenöffnungsfläche kann mehr Luftströmung erzeugen als erforderlich, um die vorhergesagte Drehmomentanforderung zu erfüllen. Die erzeugte Luftströmung kann wiederum mehr als für eine vollständige Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs erforderlich sein, so dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis gewöhnlich mager ist und Änderungen der Luftströmung sich nicht auf das Kraftmaschinenausgangsdrehmoment auswirken. Das Kraftmaschinenausgangsdrehmoment ist daher gleich der unmittelbaren Drehmomentanforderung und kann durch Einstellen der Kraftstoffströmung erhöht oder verringert werden.
Das Drosselklappenaktuatormodul 116, das Ladedruckaktuatormodul 164 und das AGR-Aktuatormodul 172 können auf der Basis der vorhergesagten Drehmomentanforderung gesteuert werden, um Emissionen zu kontrollieren und die Turboladerverzögerung zu minimieren. Das Drosselklappenaktuatormodul 116 kann einen Unterdruck erzeugen, um Abgase durch das AGR-Ventil 170 und in den Einlasskrümmer 110 zu saugen.
Das Achsdrehmoment-Entscheidungsmodul 204 kann die vorhergesagte Drehmomentanforderung und die unmittelbare Drehmomentanforderung an ein Antriebsdrehmoment-Entscheidungsmodul 206 ausgeben. In verschiedenen Implementierungen kann das Achsdrehmoment-Entscheidungsmodul 204 die vorhergesagte und die unmittelbare Drehmomentanforderung an ein Hybridoptimierungsmodul 208 ausgeben. Das Hybridoptimierungsmodul 208 bestimmt, wie viel Drehmoment durch die Kraftmaschine 102 erzeugt werden sollte und wie viel Drehmoment durch den Elektromotor 198 erzeugt werden sollte. Das Hybridoptimierungsmodul 208 gibt dann modifizierte vorhergesagte und unmittelbare Drehmomentanforderungen an das Antriebsdrehmoment-Entscheidungsmodul 206 aus. In verschiedenen Implementierungen kann das Hybridoptimierungsmodul 208 im Hybridsteuermodul 196 implementiert werden.
Die vorhergesagte und die unmittelbare Drehmomentanforderung, die vom Antriebsdrehmoment-Entscheidungsmodul 206 empfangen werden, werden von einem Achsdrehmomentbereich (Drehmoment an den Rädern) in einen Antriebsdrehmomentbereich (Drehmoment an der Kurbelwelle) umgesetzt. Diese Umsetzung kann vor, nach, als Teil von oder anstelle des Hybridoptimierungsmoduls 208 stattfinden.
Das Antriebsdrehmoment-Entscheidungsmodul 206 entscheidet zwischen Antriebsdrehmomentanforderungen, einschließlich der umgesetzten vorhergesagten und unmittelbaren Drehmomentanforderungen. Das Antriebsdrehmoment-Entscheidungsmodul 206 erzeugt eine zugeteilte vorhergesagte Drehmomentanforderung und eine zugeteilte unmittelbare Drehmomentanforderung. Die zugeteilten Drehmomente können durch Auswählen einer gewinnenden Anforderung unter empfangenen Anforderungen erzeugt werden. Alternativ oder zusätzlich können die zugeteilten Drehmomente durch Modifizieren von einer der empfangenen Anforderungen auf der Basis einer oder mehreren anderen der empfangenen Anforderungen erzeugt werden.
Andere Antriebsdrehmomentanforderungen können Drehmomentverringerungen für einen Kraftmaschinenüberdrehzahlschutz, Drehmomenterhöhungen für das Verhindern des Absterbens und Drehmomentverringerungen, die durch das Getriebesteuermodul 194 angefordert werden, um sich auf Gangschaltvorgänge einzustellen, umfassen. Antriebsdrehmomentanforderungen können sich auch aus einer Kupplungskraftstoffabschaltung ergeben, die das Kraftmaschinenausgangsdrehmoment verringert, wenn der Fahrer das Kupplungspedal in einem Fahrzeug mit Handschaltgetriebe herabtritt, um ein Hochdrehen (schneller Anstieg) der Kraftmaschinendrehzahl zu verhindern.
Antriebsdrehmomentanforderungen können auch eine Kraftmaschinenabschaltanforderung umfassen, die eingeleitet werden kann, wenn ein kritischer Fehler detektiert wird. Nur als Beispiel können kritische Fehler die Detektion eines Fahrzeugdiebstahls, einen stecken gebliebenen Startermotor, Probleme der elektronischen Drosselklappensteuerung und unerwartete Drehmomenterhöhungen umfassen. In verschiedenen Implementierungen wählt die Entscheidung, wenn eine Kraftmaschinenabschaltanforderung vorliegt, die Kraftmaschinenabschaltanforderung als gewinnende Anforderung aus. Wenn die Kraftmaschinenabschaltanforderung vorliegt, kann das Antriebsdrehmoment-Entscheidungsmodul 206 null als zugeteilte Drehmomente ausgeben.
In verschiedenen Implementierungen kann eine Kraftmaschinenabschaltanforderung einfach die Kraftmaschine 102 separat vom Entscheidungsprozess abschalten. Das Antriebsdrehmoment-Entscheidungsmodul 206 kann immer noch die Kraftmaschinenabschaltanforderung empfangen, so dass beispielsweise geeignete Daten zu anderen Drehmomentanfordernden zurückgeführt werden können. Alle anderen Drehmomentanfordernden können beispielsweise informiert werden, dass sie bei der Entscheidung verloren haben.
Ein Drehzahlsteuermodul 210 kann auch vorhergesagte und unmittelbare Drehmomentanforderungen an das Antriebsdrehmoment-Entscheidungsmodul 206 ausgeben. Die Drehmomentanforderungen vom Drehzahlsteuermodul 210 können bei der Entscheidung überwiegen, wenn sich das ECM 114 in einem Drehzahlmodus befindet. Der Drehzahlmodus kann ausgewählt werden, wenn der Fahrer seinen Fuß vom Fahrpedal entfernt, wie z. B. wenn das Fahrzeug im Leerlauf ist oder von einer höheren Drehzahl ausrollt. Alternativ oder zusätzlich kann der Drehzahlmodus ausgewählt werden, wenn die vorhergesagte Drehmomentanforderung vom Achsdrehmoment-Entscheidungsmodul 204 geringer ist als ein vorbestimmter Drehmomentwert.
Das Drehzahlsteuermodul 210 empfängt eine gewünschte Drehzahl von einem Drehzahlverlaufsmodul 212 und steuert die vorhergesagten und unmittelbaren Drehmomentanforderungen, um die Differenz zwischen der gewünschten Drehzahl und der aktuellen Drehzahl zu verringern. Nur als Beispiel kann das Drehzahlverlaufsmodul 212 eine linear abnehmende gewünschte Drehzahl für das Fahrzeugausrollen ausgeben, bis eine Leerlaufdrehzahl erreicht ist. Das Drehzahlverlaufsmodul 212 kann dann weiterhin die Leerlaufdrehzahl als gewünschte Drehzahl ausgeben.
Ein Reserven/Lasten-Modul 220 empfängt die zugeteilten vorhergesagten und unmittelbaren Drehmomentanforderungen vom Antriebsdrehmoment-Entscheidungsmodul 206. Das Reserven/Lasten-Modul 220 kann die zugeteilten vorhergesagten und unmittelbaren Drehmomentanforderungen einstellen, um eine Drehmomentreserve zu erzeugen und/oder eine oder mehrere Lasten zu kompensieren. Das Reserven/Lasten-Modul 220 gibt dann die eingestellten vorhergesagten und unmittelbaren Drehmomentanforderungen an ein Betätigungsmodul 224 aus.
Nur als Beispiel kann ein Katalysatoranspringprozess oder ein Kaltstart-Emissionsverringerungsprozess eine nach spät verstellte Frühzündung erfordern. Das Reserven/Lasten-Modul 220 kann daher die eingestellte vorhergesagte Drehmomentanforderung über die eingestellte unmittelbare Drehmomentanforderung erhöhen, um den nach spät verstellten Zündfunken für den Kaltstart-Emissionsverringerungsprozess zu erzeugen. In einem anderen Beispiel kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Kraftmaschine und/oder die Luftmassenströmung direkt verändert werden, wie z. B. durch diagnostische intrusive Äquivalenzverhältnisprüfung und/oder neue Kraftmaschinenspülung. Vor dem Beginn dieser Prozesse kann eine Drehmomentreserve erzeugt oder erhöht werden, um Verringerungen des Kraftmaschinenausgangsdrehmoments, die sich aus dem Abmagern des Luft/Kraftstoff-Gemisches während dieser Prozesse ergeben, schnell zu kompensieren.
Das Reserven/Lasten-Modul 220 kann auch eine Drehmomentreserve in Erwartung einer zukünftigen Last wie z. B. eines Servolenkpumpenbetriebs oder Einrückens einer Klimaanlagenkompressorkupplung (A/C-Kompressorkupplung) erzeugen oder erhöhen. Die Reserve für das Einrücken der A/C-Kompressorkupplung kann erzeugt werden, wenn der Fahrer erstmalig eine Klimatisierung anfordert. Das Reserven/Lasten-Modul 220 kann die eingestellte vorhergesagte Drehmomentanforderung erhöhen, während die eingestellte unmittelbare Drehmomentanforderung unverändert belassen wird, um die Drehmomentreserve zu erzeugen. Wenn die A/C-Kompressorkupplung einrückt, kann das Reserven/Lasten-Modul 220 dann die unmittelbare Drehmomentanforderung um die abgeschätzte Last der A/C-Kompressorkupplung erhöhen.
Das Betätigungsmodul 224 empfängt die eingestellten vorhergesagten und unmittelbaren Drehmomentanforderungen vom Reserven/Lasten-Modul 220. Das Betätigungsmodul 224 bestimmt, wie die eingestellten vorhergesagten und unmittelbaren Drehmomentanforderungen erreicht werden. Das Betätigungsmodul 224 kann für den Kraftmaschinentyp spezifisch sein. Das Betätigungsmodul 224 kann beispielsweise für Funkenzündungskraftmaschinen gegenüber Kompressionszündungskraftmaschinen unterschiedlich implementiert werden oder unterschiedliche Steuerschemen verwenden.
In verschiedenen Implementierungen kann das Betätigungsmodul 224 eine Grenze zwischen Modulen, die über alle Kraftmaschinentypen gemeinsam sind, und Modulen, die für den Kraftmaschinentyp spezifisch sind, definieren. Kraftmaschinentypen können beispielsweise Funkenzündung und Kompressionszündung umfassen. Module vor dem Betätigungsmodul 224 wie z. B. das Antriebsdrehmoment-Entscheidungsmodul 206 können über Kraftmaschinentypen gemeinsam sein, während das Betätigungsmodul 224 und nachfolgende Module für den Kraftmaschinentyp spezifisch sein können.
In einer Funkenzündungskraftmaschine kann das Betätigungsmodul 224 beispielsweise die Öffnung des Drosselventils 112 als langsamer Aktuator verändern, was einen breiten Bereich von Drehmomentsteuerung ermöglicht. Das Betätigungsmodul 224 kann Zylinder unter Verwendung des Zylinderaktuatormoduls 120 deaktivieren, was auch für einen breiten Bereich von Drehmomentsteuerung sorgt, kann jedoch auch langsam sein und kann die Fahrfähigkeits- und Emissionsbelange beinhalten. Das Betätigungsmodul 224 kann den Zündfunkenzeitpunkt als schnellen Aktuator verwenden. Der Zündfunkenzeitpunkt kann jedoch nicht so viel Bereich der Drehmomentsteuerung schaffen. Außerdem kann der Betrag der Drehmomentsteuerung, der mit Änderungen des Zündfunkenzeitpunkts möglich ist (als Zündfunkenreservekapazität bezeichnet), variieren, wenn sich die Luftströmung ändert.
In verschiedenen Implementierungen kann das Betätigungsmodul 224 eine Luftdrehmomentanforderung auf der Basis der eingestellten vorhergesagten Drehmomentanforderung erzeugen. Die Luftdrehmomentanforderung kann gleich der eingestellten vorhergesagten Drehmomentanforderung sein, wobei die Luftströmung so festgelegt wird, dass die eingestellte vorhergesagte Drehmomentanforderung durch Änderungen an anderen Aktuatoren erreicht werden kann.
Ein Luftsteuermodul 228 kann gewünschte Aktuatorwerte auf der Basis der Luftdrehmomentanforderung bestimmen. Das Luftsteuermodul 228 kann beispielsweise den gewünschten Krümmerabsolutdruck (MAP), die gewünschte Drosselklappenfläche und/oder die gewünschte Luft pro Zylinder (APC) steuern. Der gewünschte MAP kann verwendet werden, um den gewünschten Ladedruck zu bestimmen, und die gewünschte APC kann verwendet werden, um gewünschte Nockenphasenstellerpositionen zu bestimmen. In verschiedenen Implementierungen kann das Luftsteuermodul 228 auch ein Ausmaß der Öffnung des AGR-Ventils 170 bestimmen.
Das Betätigungsmodul 224 kann auch eine Zündfunken-Drehmomentanforderung, eine Zylinderabschalt-Drehmomentanforderung und eine Kraftstoffdrehmomentanforderung erzeugen. Die Zündfunken-Drehmomentanforderung kann von einem Zündfunkensteuermodul 232 verwendet werden, um zu bestimmen, wie weit der Zündfunkenzeitpunkt von einer kalibrierten Frühzündung nach spät verstellt werden soll (was das Kraftmaschinenausgangsdrehmoment verringert). Das Zündfunkensteuermodul 232 kann daher das System oder Verfahren der vorliegenden Offenbarung implementieren.
Die Zylinderabschalt-Drehmomentanforderung kann von einem Zylindersteuermodul 236 verwendet werden, um zu bestimmen, wie viele Zylinder zu deaktivieren sind. Das Zylindersteuermodul 236 kann das Zylinderaktuatormodul 120 anweisen, einen oder mehrere Zylinder der Kraftmaschine 102 zu deaktivieren. In verschiedenen Implementierungen kann eine vordefinierte Gruppe von Zylindern gemeinsam deaktiviert werden.
Das Zylindersteuermodul 236 kann auch ein Kraftstoffsteuermodul 240 anweisen, die Zuführung von Kraftstoff für deaktivierte Zylinder zu stoppen, und kann das Zündfunkensteuermodul 232 anweisen, die Zuführung eines Zündfunkens für deaktivierte Zylinder zu stoppen. In verschiedenen Implementierungen stoppt das Zündfunkensteuermodul 232 die Zuführung des Zündfunkens für einen Zylinder erst, sobald irgendein bereits im Zylinder vorhandenes Luft/Kraftstoff-Gemisch verbrannt wurde.
In verschiedenen Implementierungen kann das Zylinderaktuatormodul 120 ein hydraulisches System umfassen, das selektiv Einlass- und/oder Auslassventile von den entsprechenden Nockenwellen für einen oder mehrere Zylinder abkoppelt, um diese Zylinder zu deaktivieren. Nur als Beispiel werden Ventile für die Hälfte der Zylinder als Gruppe durch das Zylinderaktuatormodul 120 entweder hydraulisch gekoppelt oder abgekoppelt. In verschiedenen Implementierungen können Zylinder einfach durch Anhalten der Zuführung von Kraftstoff zu diesen Zylindern deaktiviert werden, ohne das Öffnen und Schließen der Einlass- und Auslassventile zu stoppen. In solchen Implementierungen kann das Zylinderaktuatormodul 120 weggelassen werden.
Das Kraftstoffsteuermodul 240 kann die Menge an Kraftstoff, der zu jedem Zylinder zugeführt wird, auf der Basis der Kraftstoffdrehmomentanforderung vom Betätigungsmodul 224 verändern. Während des normalen Betriebs einer Funkenzündungskraftmaschine kann das Kraftstoffsteuermodul 240 in einem Luftleitmodus arbeiten, in dem das Kraftstoffsteuermodul 240 versucht, durch Steuern der Kraftstoffströmung auf der Basis der Luftströmung ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis aufrechtzuerhalten. Das Kraftstoffsteuermodul 240 kann eine Kraftstoffmasse bestimmen, die eine stöchiometrische Verbrennung ergibt, wenn sie mit der aktuellen Menge an Luft pro Zylinder kombiniert wird. Das Kraftstoffsteuermodul 240 kann das Kraftstoffaktuatormodul 124 über die Kraftstoffzuführungsrate anweisen, diese Kraftstoffmasse für jeden aktivierten Zylinder einzuspritzen.
In Kompressionszündungssystemen kann das Kraftstoffsteuermodul 240 in einem Kraftstoffleitmodus arbeiten, in dem das Kraftstoffsteuermodul 240 eine Kraftstoffmasse für jeden Zylinder bestimmt, die die Kraftstoffdrehmomentanforderung erfüllt, während Emissionen, das Geräusch und der Kraftstoffverbrauch minimiert werden. Im Kraftstoffleitmodus wird die Luftströmung auf der Basis der Kraftstoffströmung gesteuert und kann so gesteuert werden, dass sie ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis ergibt. Außerdem kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis über einem vorbestimmten Pegel gehalten werden, was die Erzeugung von schwarzem Rauch unter dynamischen Kraftmaschinenbetriebsbedingungen verhindern kann.
Eine Moduseinstellung kann bestimmen, wie das Betätigungsmodul 224 die eingestellte unmittelbare Drehmomentanforderung behandelt. Die Moduseinstellung kann zum Betätigungsmodul 224 geliefert werden, wie z. B. durch das Antriebsdrehmoment-Entscheidungsmodul 206, und kann Modi auswählen, einschließlich eines inaktiven Modus, eines befriedigenden Modus, eines Modus mit maximalem Bereich und eines automatischen Betätigungsmodus.
Im inaktiven Modus kann das Betätigungsmodul 224 die eingestellte unmittelbare Drehmomentanforderung ignorieren und das Kraftmaschinenausgangsdrehmoment auf der Basis der eingestellten vorhergesagten Drehmomentanforderung festlegen. Das Betätigungsmodul 224 kann daher die Zündfunken-Drehmomentanforderung, die Zylinderabschalt-Drehmomentanforderung und die Kraftstoffdrehmomentanforderung auf die eingestellte vorhergesagte Drehmomentanforderung setzen, was das Kraftmaschinenausgangsdrehmoment für die aktuellen Kraftmaschinen-Luftströmungsbedingungen maximiert. Alternativ kann das Betätigungsmodul 224 diese Anforderungen auf vorbestimmte (wie z. B. außerhalb des Bereichs liegende hohe) Werte setzen, um Drehmomentverringerungen von der Spätverstellung des Zündfunkens, Deaktivierung von Zylindern oder Verringerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu blockieren.
Im befriedigenden Modus gibt das Betätigungsmodul 224 die eingestellte vorhergesagte Drehmomentanforderung als Luftdrehmomentanforderung aus und versucht, die eingestellte unmittelbare Drehmomentanforderung durch Einstellen nur der Frühzündung zu erreichen. Das Betätigungsmodul 224 gibt daher die eingestellte unmittelbare Drehmomentanforderung als Zündfunken-Drehmomentanforderung aus. Das Zündfunkensteuermodul 232 verstellt den Zündfunken so weit wie möglich nach spät, um zu versuchen, die Zündfunken-Drehmomentanforderung zu erreichen. Wenn die gewünschte Drehmomentverringerung größer ist als die Zündfunkenreservekapazität (der Betrag der Drehmomentverringerung, der durch Spätzündung erreichbar ist), kann die Drehmomentverringerung nicht erreicht werden. Das Kraftmaschinenausgangsdrehmoment ist dann größer als die eingestellte unmittelbare Drehmomentanforderung.
Im Modus mit maximalem Bereich kann das Betätigungsmodul 224 die eingestellte vorhergesagte Drehmomentanforderung als Luftdrehmomentanforderung und die eingestellte unmittelbare Drehmomentanforderung als Zündfunken-Drehmomentanforderung ausgeben. Außerdem kann das Betätigungsmodul 224 die Zylinderabschalt-Drehmomentanforderung verringern (wodurch Zylinder deaktiviert werden), wenn die Verringerung der Frühzündung allein außerstande ist, die eingestellte unmittelbare Drehmomentanforderung zu erreichen.
Im automatischen Betätigungsmodus kann das Betätigungsmodul 224 die Luftdrehmomentanforderung auf der Basis der eingestellten unmittelbaren Drehmomentanforderung verringern. In verschiedenen Implementierungen kann die Luftdrehmomentanforderung nur so weit verringert werden wie es erforderlich ist, um zu ermöglichen, dass das Zündfunkensteuermodul 232 die eingestellte unmittelbare Drehmomentanforderung durch Einstellen der Frühzündung erreicht. Daher wird im automatischen Betätigungsmodus die eingestellte unmittelbare Drehmomentanforderung erreicht, während die Luftdrehmomentanforderung so gering wie möglich eingestellt wird. Mit anderen Worten, die Verwendung einer relativ langsam ansprechenden Drosselventilöffnung wird durch Verringern der schnell ansprechenden Frühzündung so weit wie möglich minimiert. Dies ermöglicht, dass die Kraftmaschine 102 zur Erzeugung der eingestellten vorhergesagten Drehmomentanforderung so schnell wie möglich zurückkehrt.
Ein Drehmomentabschätzmodul 244 kann das Ausgangsdrehmoment der Kraftmaschine 102 abschätzen. Dieses abgeschätzte Drehmoment kann vom Luftsteuermodul 228 verwendet werden, um eine Regelung von Kraftmaschinen-Luftströmungsparametern wie z. B. Drosselklappenfläche, MAP und Phasenstellerpositionen durchzuführen. Beispielsweise kann eine Drehmomentbeziehung wie z. B. $T = f (APC, S, I, E, AF, OT, #)$
definiert werden, wobei das Drehmoment (T) eine Funktion der Luft pro Zylinder (APC), der Frühzündung (S), der Einlassnocken-Phasenstellerposition (I), der Auslassnocken-Phasenstellerposition (E), des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses (AF), der Öltemperatur (OT) und der Anzahl von aktivierten Zylindern (#) ist. Zusätzliche Variablen können auch berücksichtigt werden, wie z. B. der Grad der Öffnung eines Abgasrückführungsventils (AGR-Ventils).
Diese Beziehung kann durch eine Gleichung modelliert werden und/oder kann als Nachschlagetabelle gespeichert werden. Das Drehmomentabschätzmodul 244 kann die APC auf der Basis der gemessenen MAF und der aktuellen Drehzahl bestimmen, wodurch eine Luftregelung auf der Basis der tatsächlichen Luftströmung ermöglicht wird. Die verwendeten Einlass- und Auslassnocken-Phasenstellerpositionen können auf tatsächlichen Positionen basieren, da die Phasensteller sich in Richtung gewünschter Positionen bewegen können.
Die tatsächliche Frühzündung kann verwendet werden, um das tatsächliche Kraftmaschinenausgangsdrehmoment abzuschätzen. Wenn ein kalibrierter Frühzündungswert verwendet wird, um das Drehmoment abzuschätzen, kann das abgeschätzte Drehmoment abgeschätztes Luftdrehmoment oder einfach Luftdrehmoment genannt werden. Das Luftdrehmoment ist eine Abschätzung dessen, wie viel Drehmoment die Kraftmaschine bei der aktuellen Luftströmung erzeugen könnte, wenn die Spätzündung entfernt werden würde (d. h. der Zündfunkenzeitpunkt auf den kalibrierten Frühzündungswert gesetzt werden würde) und alle Zylinder mit Kraftstoff versorgt werden würden.
Das Luftsteuermodul 228 kann ein Signal für eine gewünschte Fläche an das Drosselklappenaktuatormodul 116 ausgeben. Das Drosselklappenaktuatormodul 116 regelt dann das Drosselventil 112, um die gewünschte Drosselklappenfläche zu erzeugen. Das Luftsteuermodul 228 kann das Signal für die gewünschte Fläche auf der Basis eines inversen Drehmomentmodells und der Luftdrehmomentanforderung erzeugen. Das Luftsteuermodul 228 kann das abgeschätzte Luftdrehmoment und/oder MAF-Signal verwenden, um eine Regelung durchzuführen. Das Signal für die gewünschte Fläche kann beispielsweise gesteuert werden, um eine Differenz zwischen dem abgeschätzten Luftdrehmoment und der Luftdrehmomentanforderung zu minimieren.
Das Luftsteuermodul 228 kann ein Signal für einen gewünschten Krümmerabsolutdruck (MAP) an ein Ladedruck-Zeitplanungsmodul 248 ausgeben. Das Ladedruck-Zeitplanungsmodul 248 verwendet das Signal für den gewünschten MAP, um das Ladedruckaktuatormodul 164 zu steuern. Das Ladedruckaktuatormodul 164 steuert dann einen oder mehrere Turbolader (z. B. den Turbolader mit der Turbine 160-1 und dem Kompressor 160-2) und/oder Lader.
Das Luftsteuermodul 228 kann auch ein Signal für die gewünschte Luft pro Zylinder (APC) an ein Phasensteller-Zeitplanungsmodul 252 ausgeben. Auf der Basis des Signals für die gewünschte APC und des Drehzahlsignals kann das Phasensteller-Zeitplanungsmodul 252 Positionen der Einlass- und/oder Auslassnocken-Phasensteller 148 und 150 unter Verwendung des Phasensteller-Aktuatormoduls 158 steuern.
Mit Rückbezug auf das Zündfunkensteuermodul 232 können kalibrierte Frühzündungswerte auf der Basis von verschiedenen Kraftmaschinenbetriebsbedingungen variieren. Nur als Beispiel kann eine Drehmomentbeziehung invertiert werden, um nach der gewünschten Frühzündung aufzulösen. Für eine gegebene Drehmomentanforderung (T_des) kann die gewünschte Frühzündung (S_des) auf der Basis von $S_{des} = T^{- 1} (T_{des}, APC, I, E, AF, OT, #)$
bestimmt werden.
Diese Beziehung kann als Gleichung und/oder als Nachschlagetabelle verkörpert sein. Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis (AF) kann das tatsächliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wie durch das Kraftstoffsteuermodul 240 gemeldet, sein.
Wenn die Frühzündung auf die kalibrierte Frühzündung gesetzt wird, kann das resultierende Drehmoment so nahe dem maximalen Bremsdrehmoment (MBT) wie möglich liegen. MBT bezieht sich auf das maximale Kraftmaschinenausgangsdrehmoment, das für eine gegebene Luftströmung erzeugt wird, wenn die Frühzündung erhöht wird, während Kraftstoff mit einer Oktanzahl, die größer ist als ein vorbestimmter Schwellenwert, verwendet wird und eine stöchiometrische Kraftstoffzuführung verwendet wird. Die Frühzündung, bei der dieses maximale Drehmoment auftritt, wird als MBT-Zündfunke bezeichnet. Die kalibrierte Frühzündung kann sich geringfügig vom MBT-Zündfunken beispielsweise aufgrund der Kraftstoffqualität (wie z. B. wenn niedrigeroktaniger Kraftstoff verwendet wird) und Umgebungsfaktoren unterscheiden. Das Drehmoment bei der kalibrierten Frühzündung kann daher geringer sein als das MBT.
Mit Bezug auf 4 wird nun ein Beispiel des Zündfunkensteuermoduls 232 gezeigt. Das Zündfunkensteuermodul 232 kann ein Drehmomentverteilungsmodul 300, ein erstes Zündfunkensteuermodul 310 und ein zweites Zündfunkensteuermodul 320 umfassen.
Das Drehmomentverteilungsmodul 300 bestimmt eine gewünschte Drehmomentverteilung für sowohl deaktivierende/reaktivierende Zylinder als auch aktivierte Zylinder. Das Drehmomentverteilungsmodul 300 empfängt eine Basisdrehmomentanforderung (A) vom Betätigungsmodul 224. Das Drehmomentverteilungsmodul 300 empfängt auch Zustände von einem oder mehreren der Zylinder 118. In einigen Implementierungen kann das Drehmomentverteilungsmodul 300 einen Zustand von einem der Zylinder 118 empfangen (d. h. individuelle Zylinderdrehmomentsteuerung). In anderen Implementierungen kann das Drehmomentverteilungsmodul 300 Zustände für jeden der Zylinder 118 empfangen. Die Zustände geben an, ob der Zylinder aktiviert ist, ob der Zylinder übergeht (Deaktivieren oder Reaktivieren) oder ob der Zylinder deaktiviert ist. Nur als Beispiel kann das Drehmomentverteilungsmodul 300 daher Zustände empfangen, die angeben, dass die Hälfte der Zylinder 118 aktiviert ist und die Hälfte der Zylinder deaktiviert (z. B. N = 4, M = 8). Andere Zahlen von Zylindern können jedoch deaktiviert und/oder reaktiviert werden.
Das Drehmomentverteilungsmodul bestimmt eine Drehmomentverteilung (Ts) für sowohl deaktivierende/reaktivierende Zylinder als auch aktive Zylinder auf der Basis der Basisdrehmomentanforderung A und der anderen folgenden Parameter:

B = minimale Drehmomentkapazität
C = maximale Drehmomentkapazität
N = Gesamtzahl von Zylindern
M = Anzahl von deaktivierenden/reaktivierenden Zylindern
T_A = Drehmomentbefehl für aktive Zylinder
T_D = Drehmomentbefehl für reaktivierende/deaktivierende Zylinder

Die gewünschte Drehmomentverteilung Ts kann wie folgt bestimmt werden: $T_{S} = (A - B) \times \frac{M}{N - M}$
oder $T_{S} = (C - A)$
wobei die gewünschte Drehmomentverteilung Ts der geringere Wert von (3) und (4) ist. Vielmehr gilt, wenn B ein zu hoher Wert ist, kann die Drehmomentverteilung Ts auf einen kleineren Wert begrenzt werden. Die Drehmomentverteilung T_S kann auch mit einer vorbestimmten Rate erhöht werden.
Das Drehmomentverteilungsmodul 300 kann eine erste und eine zweite gewünschte Drehmomentanforderung für das erste bzw. das zweite Zündfunkensteuermodul 310 und 320 erzeugen. Das Drehmomentverteilungsmodul 300 kann die erste gewünschte Drehmomentanforderung wie folgt erzeugen: $T_{D} = A - T_{S} \times \frac{N - M}{M}$
Das Drehmomentverteilungsmodul 300 kann die zweite gewünschte Drehmomentanforderung wie folgt erzeugen: $T_{A} = A + T_{S}$
Das erste Zündfunkensteuermodul 310 empfängt die erste gewünschte Drehmomentanforderung T_D für die M deaktivierenden oder reaktivierenden Zylinder 118. Das erste Zündfunkensteuermodul 310 erzeugt einen ersten Zündfunkenzeitpunkt, der vom Zündfunkenaktuatormodul 126 beim Steuern des Zündfunkens für die M deaktivierenden oder reaktivierenden Zylinder verwendet werden soll. Insbesondere kann das erste Zündfunkensteuermodul 310 den ersten Zündfunkenzeitpunkt auf der Basis der ersten gewünschten Drehmomentanforderung T_D erzeugen. Ebenso empfängt das zweite Zündfunkensteuermodul 320 die zweite gewünschte Drehmomentanforderung T_A für die (N-M) aktiven Zylinder 118. Das zweite Zündfunkensteuermodul 320 erzeugt einen zweiten Zündfunkenzeitpunkt, der vom Zündfunkenaktuatormodul 126 beim Steuern des Zündfunkens für die (N-M) aktiven Zylinder verwendet werden soll. Insbesondere kann das zweite Zündfunkensteuermodul 320 den zweiten Zündfunkenzeitpunkt auf der Basis der zweiten gewünschten Drehmomentanforderung T_A erzeugen.
Mit Bezug auf 5A beginnt ein Beispielverfahren zum Verringern von Drehmomentschwankungen während der Zylinderdeaktivierung bei 400. Bei 400 kann das ECM 114 feststellen, ob eine Zylinderdeaktivierung angefordert wird. Beispielsweise kann die Zylinderdeaktivierung angefordert werden, wenn eine Drehmomentanforderung geringer ist als ein vorbestimmter Schwellenwert. Wenn dies gilt, kann die Steuerung zu 404 weitergehen. Wenn dies falsch ist, kann die Steuerung zu 400 zurückkehren. Bei 404 kann das ECM 114 die Drehmomentverteilung Ts bestimmen. Bei 408 kann das ECM 114 die erste und die zweite Drehmomentanforderung T_D bzw. T_A auf der Basis der Basisdrehmomentanforderung und der Drehmomentverteilung Ts bestimmen. Bei 412 kann das ECM 114 den ersten und den zweiten Zündfunkenzeitpunkt auf der Basis der ersten bzw. der zweiten Drehmomentanforderung T_D und T_A bestimmen. Bei 416 kann das ECM 114 den Zündfunkenzeitpunkt für die M deaktivierenden Zylinder auf den ersten Zündfunkenzeitpunkt nach spät verstellen und kann den Zündfunkenzeitpunkt für die (N-M) aktiven Zylinder auf den zweiten Zündfunkenzeitpunkt nach früh verstellen. Bei 420 kann das ECM 114 die M Zylinder deaktivieren. Die Steuerung kann dann enden.
Mit Bezug auf 5B beginnt ein Beispielverfahren zum Verringern von Drehmomentschwankungen während der Zylinderreaktivierung bei 450. Bei 450 kann das ECM feststellen, ob eine Zylinderreaktivierung angefordert wird. Die Zylinderreaktivierung kann beispielsweise angefordert werden, wenn die Drehmomentanforderung größer ist als ein anderer vorbestimmter Schwellenwert. Wenn dies gilt, kann die Steuerung zu 454 weitergehen. Wenn dies falsch ist, kann die Steuerung zu 450 zurückkehren. Bei 454 kann das ECM 114 die M Zylinder reaktivieren. Bei 458 kann das ECM 114 die Drehmomentverteilung Ts bestimmen. Bei 462 kann das ECM 114 die erste und die zweite Drehmomentanforderung T_D bzw. T_A auf der Basis der Basisdrehmomentanforderung und der Drehmomentverteilung Ts bestimmen. Bei 466 kann das ECM 114 den ersten und den zweiten Zündfunkenzeitpunkt auf der Basis der ersten und der zweiten Drehmomentanforderung T_D bzw. T_A bestimmen. Bei 470 kann das ECM 114 den Zündfunkenzeitpunkt für die M reaktivierten Zylinder auf den ersten Zündfunkenzeitpunkt nach spät verstellen und kann den Zündfunkenzeitpunkt für die (N-M) aktiven Zylinder auf den zweiten Zündfunkenzeitpunkt nach früh verstellen. Die Steuerung kann dann enden. In einigen Implementierungen kann jedoch das ECM 114 sowohl das Beispielverfahren von 5A als auch das Beispielverfahren von 5B implementieren. Mit anderen Worten, das ECM 114 kann den Zündfunkenzeitpunkt steuern, um Drehmomentschwankungen während sowohl Zylinderdeaktivierungs- als auch Zylinderreaktivierungsereignissen zu verringern.
Mit Bezug auf 6A-6B sind simulierte Ergebnisse des Verfahrens von 5B dargestellt. 5A umfasst eine horizontale Achse 500, die die Zeit darstellt, und eine vertikale Achse mit der Zylindersteuerung 502, dem Zündfunkenzeitpunkt 504 und der Kraftmaschinendrehzahl 506. Die Kraftmaschinendrehzahl 506 bleibt über die Zeit konstant. Wenn die Zylindersteuerung 502 Zylinder bei 508 reaktiviert, wird der Zündfunkenzeitpunkt 504 bei 512 für eine Zeitdauer nach spät verstellt und dann bei 514 nach früh verstellt, bis der Basiszündfunkenzeitpunkt 510 wieder erlangt ist. 6B umfasst eine vertikale Achse 520, die das Achsdrehmoment darstellt, und eine horizontale Achse 522, die die Zeit darstellt. Das tatsächliche Ausgangsdrehmoment 524 wird ungefähr gleich dem gewünschten Drehmoment gehalten (im Gegensatz zu einer Drehmomentschwankung 528 nach einem Reaktivierungsereignis 526 ähnlich zu dem in 1A gezeigten).

Claims

Verfahren zum Steuern einer Kraftmaschine, wobei das Verfahren umfasst: Verstellen eines Zündfunkenzeitpunkts für M von N Zylindern der Kraftmaschine nach spät auf einen ersten Zündfunkenzeitpunkt während einer Zeitdauer vor dem Deaktivieren oder nach dem Reaktivieren der M Zylinder, wobei M eine ganze Zahl ist, die größer als oder gleich eins ist, und wobei N eine ganze Zahl ist, die größer ist als M; und Verstellen des Zündfunkenzeitpunkts für (N-M) aktive Zylinder der Kraftmaschine nach früh auf einen zweiten gewünschten Zündfunkenzeitpunkt während der Zeitdauer vor dem Deaktivieren oder nach dem Reaktivieren der M Zylinder, wobei die zweite Zündzeitpunktverstellung größer ist als die erste Zündzeitpunktverstellung.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Bestimmen einer Drehmomentverteilung für sowohl die M deaktivierenden oder reaktivierenden Zylinder als auch die (N-M) aktiven Zylinder auf der Basis einer Basisdrehmomentanforderung und mehrerer Betriebsparameter umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die mehreren Betriebsparameter eine minimale und eine maximale Drehmomentkapazität bei einer minimalen bzw. einer maximalen Zündfunkenverstellung nach früh, die bei den aktuellen Betriebsbedingungen zulässig sind, umfassen.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Drehmomentverteilung ein geringeres von (1) einem Produkt (i) einer Differenz zwischen der Basisdrehmomentanforderung und der minimalen Drehmomentkapazität und (ii) eines Quotienten von M und (N-M) und (2) einer Differenz zwischen der maximalen Drehmomentkapazität und der Basisdrehmomentanforderung ist.
Verfahren nach Anspruch 4, das ferner das Bestimmen einer ersten Drehmomentanforderung für die M deaktivierenden oder reaktivierenden Zylinder der Kraftmaschine auf der Basis einer Differenz zwischen der Basisdrehmomentanforderung und einem Produkt (i) der Drehmomentverteilung und (ii) eines Quotienten von (N-M) und (M) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, das ferner das Bestimmen des ersten Zündfunkenzeitpunkts auf der Basis der ersten Drehmomentanforderung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, das ferner das Bestimmen einer zweiten Drehmomentanforderung für die (N-M) aktiven Zylinder der Kraftmaschine auf der Basis einer Summe der Basisdrehmomentanforderung und der Drehmomentverteilung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, das ferner das Bestimmen des zweiten Zündfunkenzeitpunkts auf der Basis der zweiten Drehmomentanforderung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei N gleich einer Gesamtzahl von Zylindern in der Kraftmaschine ist und wobei M gleich einer Hälfte von N ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kraftmaschine mit einem Handschaltgetriebe gekoppelt ist.