AT517531A2 - Kooperative nockenphasensteller- und luftdrosselsteuerung - Google Patents

Abstract

Verfahren und Vorrichtungen betreffen die Lufthandhabung für ein Verbrennungsmotorsystem und insbesondere die Nutzung einer Vormischung von Luft und Kraftstoff. Das Motorsystem umfasst eine Ansaugluftdrossel (IAT), die eine Position aufweist, die in Reaktion auf die Motordrehzahl eingestellt wird, und ein variables Ventilzeitsteuermodul, das eine Einlassventilzeitsteuerung aufweist, die in Reaktion auf die Motorlast eingestellt wird. Das variable Ventilzeitsteuermodul kann ein Nockenphasensteller sein, der eine Position bei oder zwischen vollen Verzögerungs- und vollen Vorverlegungspositionen aufweist. Das Motorsystem kann in einem transienten Modus oder einem Kraftstoffeffizienzmodus arbeiten. Die IAT-Position wird in Reaktion auf einen Motordrehzahlfehlerwert angepasst oder auf vollständig geöffnete Drossel (Vollgas) eingestellt. Die Nockenphasenstellerposition wird in Reaktion auf einen Druckunterschied über die IAT, die Motordrehzahl angepasst oder auf eine Grenzposition eingestellt.

Description

TECHNISCHES GEBIET

Diese Offenbarung betrifft im Allgemeinen die Steuerung eines Verbrennungsmotorsystems und insbesondere die kooperative Steuerung einer Einlassventilzeitsteuerung und einer Luftdrossel in einem Verbrennungsmotor.

HINTERGRUND

Von Verbrennungsmotorsystemen wird oft verlangt, verschiedene Leistungsziele zu erfüllen, die Motordrehzahl, Leistungserzeugung, Wirkungsgrad und regulatorische Anforderungen umfassen. Beispielsweise ist das Erreichen einer Zielmotordrehzahl bei Energieerzeugungsanwendungen von Energieversorgern zur Synchronisation mit dem elektrischen Netz wichtig. Um diese Leistungsziele zu erreichen, ist es häufig wünschenswert, den Inhalteines Motorzylinders während der Verbrennung einschließlich der Menge an Luft und ihre dazugehörigen Merkmale (z.B. Temperatur und Druck) zu steuern. Unter den Techniken, um den Luftstrom in einen oder mehrere Motorzylinder zu steuern, umfassen Verbrennungsmotorsysteme häufig eine Einlassdrossel und eine Nocke. Die Einlassdrossel ist häufig einstellbar, um einen gewünschten Luftstrom von der umgebenden Umwelt einem Ansaugkrümmer zur Verfügung zu stellen. Luft wird von dem Ansaugkrümmer zu einem Motorzylinder durch ein Einlassventil geliefert, wobei das Öffnen und Schließen desselben durch die Nocke gesteuert werden kann. Der Luftstrom zu dem Motorzylinder kann durch Vorsehen eines Nockenphasenstellers angepasst werden, was eine Technik der variablen Ventilsteuerung oder Zeitsteuerung ist, um die Phase der Nocke zu ändern (z.B. der zeitlichen Steuerung des Öffnens und Schließens des Ventils, was die Luftmenge beeinflusst, die in den Motorzylinder strömt) und somit dem Motorzylinder eine gewünschte Luftmenge bereitzustellen. Wenn sich die Betriebsbedingungen des Motors ändern, kann sich die gewünschte Luftstrommenge ändern, um die erforderlichen verschiedenen Leistungsziele zu erreichen.

KURZFASSUNG

Aspekte von verschiedenen Ausführungsformen betreffen ein Verfahren zur Lufthandhabung für ein Motorsystem während einer stöchiometrischen Verbrennung. Eine Motordrehzahl und eine Motorlast des Motorsystems werden bestimmt. Die Motorlast ist eine von einer tatsächlichen Motorlast und einer vorhergesagten Motorlast. Eine Position der Ansaugluftdrossel (IAT = intake air throttle) wird in Reaktion auf die Motordrehzahl eingestellt. Eine Einlassventilzeitsteuerung wird in Reaktion auf die Motorlast eingestellt. Das Einstellen der Einlassventilzeitsteuerung kann das Einstellen wenigstens eines von einer Nockenphasenstellerposition und einer Einlassventilöffnungsdauer umfassen.

Ein Motorbetriebsmodus für das Motorsystem kann in Reaktion auf die Motorlast bestimmt werden, wobei der Motorbetriebsmodus eines von einem transienten Modus und einem Kraftstoffeffizienzmodus ist. Ein transienter Modus kann in Reaktion auf eine Teilmotorlast bestimmt werden, wobei die Einlassventilzeitsteuerung eingestellt wird, um die transiente Antwortzeit zu verbessern. Im transienten Modus kann die IAT-Position in Reaktion auf einen Motordrehzahlfehlerwert und/oder eine Motorlast eingestellt werden, um eine Zielmotordrehzahl aufrechtzuerhalten.

Ein Kraftstoffeffizienzmodus kann in Reaktion auf eine höhere Motorlast als der Teilmotorlastbereich bestimmt werden. Im Kraftstoffeffizienzmodus kann die IAT-Position in Reaktion auf eine Motordrehzahl, die Motorlast und/oder den Motordrehzahlfehlerwert eingestellt werden, um eine Zielmotordrehzahl aufrechtzuerhalten. Die Einlassventilzeitsteuerung kann in Reaktion auf die Motorlast, einen Druckunterschied über die IAT, ein wirksames Verdichtungsverhältnis (ECR = effective compression ratio) und/oder einen Druckunterschiedfehlerwert über die IAT eingestellt werden.

Außerdem oder alternativ kann in einem Kraftstoffeffizienzmodus die IAT-Position in eine vollständig geöffnete Position (Vollgas-Position; englisch: full throttle position) eingestellt werden, und die Einlassventilzeitsteuerung kann in Reaktion auf die Motordrehzahl und/oder einem Motordrehzahlfehlerwert eingestellt werden, um eine Zielmotordrehzahl aufrechtzuerhalten.

Einige Ausführungsformen betreffen einen Motorcontroller, der ein Hardwarebeschreibungsmodul (HDM = hardware description module), ein Lufthandhabungsbestimmungsmodul (AHDM = air handling determination module) und ein Hardwarebefehlsmodul (HCM = hardware command module) umfasst. Das HDM stellt einen oder mehrere Motorparameter bereit, die eine Motordrehzahl und eine Motorlast umfassen. Die Motorlast ist eines von einer tatsächlichen Motorlast und einer vorhergesagten Motorlast. Das AHDM stellt eine ΙΑΤ-Position in Reaktion auf die Motordrehzahl bereit und stellt einen Einlassventilzeitsteuerwert in Reaktion auf die Motorlast bereit. Das HCM stellt einen IAT-Befehl in Reaktion auf die ΙΑΤ-Position und einen Einlassventilzeitsteuerungsbefehl in Reaktion auf den Einlassventilzeitsteuerwert bereit.

Weitere Ausführungsformen betreffen ein Motorsystem, das ein Luftbehandlungssystem und einen Motorblock umfasst. Das Luftbehandlungssystem umfasst einen Ansaugluftweg, eine IAT entlang des Ansaugwegs, aufweisend eine ΙΑΤ-Position und einen Nockenphasensteller entlang des Ansaugwegs, aufweisend eine Nockenphasenstellerposition. Der Motorblock umfasst einen Satz von Zylindern in Fluidkommunikation mit dem Ansaugluftweg. Das Motorsystem umfasst ferner ein Mittel zum Steuern der ΙΑΤ-Position und der Nockenphasenstellerposition, um die transiente Antwortzeit in einem transienten Modus und eine bremsthermische Effizienz in einem Kraftstoffeffizienzmodus zu verbessern.

Obwohl mehrere Ausführungsformen offenbart werden, werden Fachleuten noch andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung aus der folgenden ausführlichen Beschreibung offenbar werden, die veranschaulichende Ausführungsformen der Erfindung zeigt und beschreibt.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN FIG. 1 ist eine schematische Veranschaulichung eines Motorsystems, das ein Verarbeitungssubsystem umfasst, gemäß einigen Ausführungsformen. FIG. 2 ist eine schematische Veranschaulichung, die das Verarbeitungssubsystem von FIG. 1 mit einem Controller zeigt, gemäß einigen Ausführungsformen. FIG. 3 ist ein Ablaufplandiagramm einer Beispielprozedur zum Betreiben eines Motorsystems gemäß einigen Ausführungsformen. FIG. 4 ist ein Ablaufplandiagramm einer Beispielprozedur zum Betreiben eines Motorsystems in einem transienten Modus gemäß einigen Ausführungsformen. FIG. 5 ist ein Ablaufplandiagramm einer Beispielprozedur zum Betreiben eines Motorsystems in einem Kraftstoffeffizienzmodus gemäß einigen Ausführungsformen. FIG. 6 ist ein Ablaufplandiagramm einer Beispielprozedur zum Betreiben eines Motorsystems in einem anderen Kraftstoffeffizienzmodus gemäß einigen Ausführungsformen. FIGUREN 7, 8, und 9 sind Veranschaulichungen von Beispielauftragungen und zeigen die Position einer IAT und eines Nockenphasenstellers während des Betriebs eines Motorsystems gemäß einigen Ausführungsformen.

Wenngleich die Erfindung verschiedenen Modifikationen und alternativen Formen zugänglich ist, wurden spezifische Ausführungsformen beispielhaft in den Zeichnungen gezeigt und werden nachstehend ausführlich beschrieben. Die Absicht ist jedoch nicht, die Erfindung auf die besonderen beschrieben Ausführungsformen zu beschränken. Die Erfindung ist im Gegenteil dazu bestimmt, alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen abzudecken, die innerhalb des Umfangs der Erfindung fallen, wie durch die angefügten Ansprüche definiert.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG

In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird Bezug auf die begleitenden Zeichnungen genommen, die einen Teil derselben bilden und in denen veranschaulichend spezifische Ausführungsformen gezeigt werden, in denen die Erfindung praktiziert werden kann. Diese Ausführungsformen werden in ausreichendem Detail gezeigt, um Fachleuten zu ermöglichen, die Erfindung zu praktizieren, und es sei zu verstehen, dass andere Ausführungsformen benutzt und dass strukturelle Änderungen durchgeführt werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Da her ist die folgende ausführliche Beschreibung nicht in einem beschränkenden Sinne aufzunehmen und der Umfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche und ihren Äquivalente definiert. FIG. 1 ist eine schematische Veranschaulichung eines Motorsystems 10 gemäß einigen Ausführungsformen. Wie gezeigt, ist das Motorsystem 10 ausgelegt, um mit einer Vormischung von Luft und Kraftstoff zu arbeiten, so dass das Motordrehmoment durch den gemischten Luftstrom gesteuert wird. Kraftstoffe, die mit einer Konfiguration einer Vormischung von Luft und Kraftstoff verwendet werden können, sind beispielsweise Erdgas oder Benzin. In einigen Ausführungsformen läuft der Motor mit stöchiometrischer Verbrennung, so dass das Verhältnis zwischen Luft und Kraftstoff stöchiometrisch ist (z.B. in einem Erdgas nutzenden Ottomotor). In verschiedenen Ausführungsformen läuft das Motorsystem 10 mit einem nicht-stöchiometrischen Verhältnis der Verbrennung (z.B. mageres Brennen).

Wie veranschaulicht, umfasst das Motorsystem 10 einen Motor 12, der eine externe Last 14 aufweist, die mit der Kurbelwelle des Motors 12 gekoppelt ist, um eine Last daran anzulegen. In einigen Ausführungsformen ist die externe Last 14 ein elektrischer Generator, der beispielsweise einem elektrischen Netz Leistung zur Verfügung stellen kann. In zusätzlichen Ausführungsformen kann die externe Last 14 ein Verdichter oder ein Getriebe (z.B. in einer Fahrzeuganwendung) sein.

Einige Anwendungen für das Motorsystem IO werden das Anlegen einer externen Last 14 an die Kurbelwelle eines warmgelaufenen Motorsystems 10 beinhalten. Typischerweise ist die angelegte Last zuerst ein Bruchteil der Nennlast oder eine Teillast. Dann wird die angelegte Last durch die externe Last 14 mit der Zeit (z.B. in der Größenordnung von Sekunden oder Minuten) erhöht, bis die Nennlast angelegt ist. Derartige Zunahmen können kontinuierlich oder diskret sein. Diese Phase des Betriebs kann als eine “Lastaufnahme” bezeichnet werden. Das Motorsystem I0 ist vorteilhafterweise ausgelegt, um während der Lastaufnahme die transiente Antwortzeit zu verbessern, oder schnell von einer niedrigeren Last in eine höhere Last überzugehen, durch einen Betrieb in einem transienten Modus. Sobald eine hohe Last oder die Nenn last angelegt ist, muss das Motorsystem 10 häufig nicht die Motorlast schnell ändern (z.B. stationärer Zustand) und wird nahe einer nominalen Motordrehzahl und nahe einer Motornennlast betrieben. Während des nominalen Betriebs ist das Motorsystem 10 vorteilhafterweise ausgelegt, um eine bremsthermische Effizienz in einem Kraftstoffeffizienz-Motorbetriebsmodus zu verbessern, was dem Motorsystem ermöglicht, mit relativ niedrigeren Kosten als im transienten Modus mit Bezug auf Kraftstoffverbrauch zu laufen. Die Einzelheiten des Motorsystems 10 und seines Betriebs werden hier ausführlicher beschrieben.

In der veranschaulichten Ausführungsform umfasst das beispielhafte Motorsystem 10 ein Luftbehandlungssystem 16, um dem Motor I2 Ladeluft bereitzustellen, ein Kraftstoffzufuhrsystem 18, um dem Luftbehandlungssystem 16 und/oderdem Motor I2 Kraftstoff bereitzustellen, und ein Abgassystem 20, um Abgas von der Verbrennung weg von dem Motor 12 abzulassen. Wie in dieser Offenbarung durchgehend verwendet, kann sich “Ladeluft” auf Umgebungsluft zurückgeführte Abgasluft, Kraftstoffbelastete Luft oder irgendwelche damit in Beziehung stehende Variationen oder Kombinationen davon beziehen.

Der beispielhafte Motor 12 umfasst Zylinder 22 zum Verbrennen der Ladeluft, um Leistung zum Drehen der Kurbelwelle bereitzustellen. Im Allgemeinen weisen die Zylinder 22 ein geometrisches Kompressionsverhältnis auf, das insbesondere während des Betriebs des Motorsystems 10 fest vorgegeben ist. Das geometrische Kompressionsverhältnis ist das Verhältnis von Zylinderinnenvolumen zwischen oberem Totpunkt (TDC = top dead center) und unterem Totpunkt (BDC = bottom dead center).

Luft wird zu jedem der Zylinder 22 durch das Luftbehandlungssystem I6 entlang eines Ansaugluftwegs geliefert. In einigen Ausführungsformen umfasst das Luftbehandlungssystem 16 eine Ansaugluftleitung 24, die umfasst: eine Ansaugöffnung 26, häufig mit einem Luftreiniger, zum Aufnehmen eines Strom von Ladeluft von der umgebenden Umwelt, eine Ansaugluftdrossel (IAT) 28 zum Regulieren des Stroms von Ladeluft entlang der Ansaugluftleitung, einen Einlasskrümmer 30, um den regulierten Strom der Ladeluft von der Ansaugluftleitung aufzunehmen, und einen Nockenan- trieb/Nockenwelle 32 zum Regeln der Zeit, in der die Einlassventile offen sind, und Liefern der Ladeluft an die Zylinder 22 von dem Einlasskrümmer. Nachdem die Ladeluft in den Zylindern 22 verbrannt ist, verlässt Abgas die Zylinder durch einen Abgasweg, der beispielsweise einen Abgaskrümmer 34 und eine Abgasleitung 36 umfasst.

Das Motorsystem 10 umfasst ferner, wie gezeigt, ein optionales Turboladesys-tem 38, das mit dem Luftbehandlungssystem 16 und dem Abgassystem 20 gekoppelt ist. Wie veranschaulicht, umfasst das Turboladesystem 38 einen Turbolader, der einen Verdichter in Fluidkommunikation mit der Ansaugluftleitung 24 aufweist, um Ladeluft stromaufwärts von der IAT 28 unter Druck zu setzen, und eine Turbine in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung 36 stromabwärts von dem Abgaskrümmer 34. In einigen Ausführungsformen umfasst das Turboladesystem 38 mehrere Turbolader, um ein Mehr-Stufen-Turboladesystem zu bilden (z.B. ein Zwei-Stufen-Turboladesystem mit einer Hochstufe und einer Niedrigstufe). In einigen Fällen wird das Turboladesystem 38 als Teil des Luftbehandlungssystems 16 für Steuerzwecke betrachtet.

Die beispielhafte IAT 28 ist entlang der Ansaugluftleitung 24 stromaufwärts von dem Einlasskrümmer 30 positioniert, um den Ladeluftstrom auf den Einlasskrümmer anzupassen. In einigen Ausführungsformen ist die IAT 28 ein Ventil, wie beispielsweise ein Klappenventil. Die IAT 28 ist durch einen Bereich, beispielsweise zwischen einer geschlossenen Position (z.B. geschlossene Drossel oder kein Gas; englisch: no throttle) und einer weit offenen Position (z.B. vollständig geöffnete Drossel), um kontinuierliche und/oder diskrete Beträge einstellbar. Für ein Klappenventil entspricht die vollständig offene Position dem Fall, dass das Ventil parallel mit dem Ladeluftstrom durch die Ansaugluftleitung 24 ist. In einigen Ausführungsformen weist die IAT 28 eine nominale Position in Reaktion auf eine Motordrehzahl und eine Motorlast auf, die während der Kalibrierung bestimmt und manchmal in einer oder mehreren Tabellen im Speicher gespeichert wird (z.B. Motordrehzahl und Motorlast als Eingaben, IAT-Position als Ausgabe).

In verschiedenen Ausführungsformen gibt es einen Druckabfall oder Druckunterschied (z.B. Delta-Druck oder ΔΡ) über die IAT 28. Je weiter oder offener die IAT 28 ist, desto niedriger ist die Druckdifferenz über die IAT. Wenn die IAT 28 vollständig geöffnet ist, kann die Druckdifferenz beispielsweise gleich 0 psi oder sehr niedrig (z.B. 2 oder 3 psi) sein. Je weiter die IAT 28 geschlossen ist, desto größer ist demgemäß die Druckdifferenz über die IAT.

In einigen Ausführungsformen wird die Position der IAT 28 durch mechanische Mittel gesteuert. Die beispielhafte IAT 28 weist eine relativ schnelle Antwortzeit für das Luftbehandlungssystem 16 auf.

In der veranschaulichten Ausführungsform umfasst der Nockenantrieb 32 ein variables Ventilmodul 40, um die Zeitsteuerung und/oder die Dauer anzupassen, in der die Einlassventile offen und/oder geschlossen sind, um den volumetrischen Wirkungsgrad in den Zylindern anzupassen. Wenn sich die Nockenerhebungen drehen, werden die Einlassventile und optional die Abgasventile geöffnet und geschlossen.

Das variable Ventilmodul 40 beispielsweise in der Form eines Nockenphasenstellers öffnet die Ventile früher oder später abhängig von seiner Position. In einigen Ausführungsformen bildet das variable Ventilmodul 40 in der Form eines Nockenphasenstellers wenigstens Teil eines variablen Ventilzeitsteuersystems (WT-System = variable valve timing system). Obwohl das variable Ventilmodul 40 in der Form eines Nockenphasenstellers hier ausführlicher erläutert wird, erkennt diese Offenbarung, dass ein variables Ventilbetätigungssystem (WA-System = variable valve actuation system) ebenfalls benutzt werden kann. In anderen Ausführungsformen ist das variable Ventilmodul 40 imstande, die Dauer, in der die Einlassventile offen sind, als Teil eines WA-Systems unabhängig zu verkürzen oder zu verlängern.

In einigen Ausführungsformen ist das variable Ventilmodul 40, das hier ebenfalls als Nockenphasensteller 40 als ein nicht-beschränkendes Beispiel eines variablen Ventilmoduls bezeichnet wird, durch einen Bereich, beispielsweise zwischen einer vollständig vorverlegten Position und einer vollständig verzögerten Position, um kontinuierliche und/oder diskrete Beträge einstellbar. Der Nockenphasensteller 40 kann ebenfalls eine nominale Position entsprechend der Ausgestaltung des Motors 12 aufweisen, die zwischen einer Vorverlegungsgrenze und einer Verzögerungsgrenze liegt. Ein Verzö gerungsbereich des Nockenphasenstellers 40 ist zwischen der Verzögerungsgrenze und der nominalen Position. Ein Vorverlegungsbereich des Nockenphasenstellers 40 ist zwischen der Vorverlegungsgrenze und der nominalen Position. In einigen Ausführungsformen wird die nominale Position des Nockenphasenstellers 40 während der Kalibrierung bestimmt und manchmal in einer oder mehreren Tabellen im Speicher (z.B. Motordrehzahl und Motorlast als Eingaben, Nockenphasenstellerposition als Ausgabe) gespeichert.

Jede Position des Nockenphasenstellers 40 entspricht einer Phase (z.B. Zeitsteuerung), in der die Einlassventile relativ zu der Kurbelwellenposition oder Kolbenposition während eines Verbrennungszyklus offen sind. Beispielsweise kann während des Ansaugtakts in einem Viertakt-Verbrennungszyklus (z.B. Ansaugen zu BDC, Verdichtung zu TDC, Arbeiten zu BDC und Ausstößen zu TDC) eine nominale Position des Nockenphasenstellers 40 dem Öffnen der Einlassventile bei TDC (z.B. dem Anfang des Ansaugtakts) und Schließen bei BDC (z.B. dem Ende des Ansaugtakts) entsprechen.

Mit der auf diese Weise definierten nominalen Position würde eine Nockenposition in dem Verzögerungsbereich dem späteren Öffnen, wie beispielsweise nach TDC (z.B. während des Ansaugtakts) und späteren Schließen, wie beispielsweise nach BDC (z.B., während des Verdichtungstakts), der Einlassventile entsprechen. Die entsprechende volle Verzögerungsposition des Nockenphasenstellers 40 würde die Einlassventile zu einer spätesten Zeit, die von dem Nockenphasensteller zugelassen wird (z.B. 20 Grad), während des Ansaugtakts öffnen und die Einlassventile zu einer spätesten Zeit, die von dem Nockenphasensteller zugelassen wird (z.B. 20 Grad), während des Verdichtungstakts schließen, um das Füllen der Motorzylindern von dem unter Druck stehenden Einlasskrümmer zu maximieren.

Demgemäß würde eine Nockenposition in dem Vorverlegungsbereich dem früheren Öffnen, wie beispielsweise vor TDC (z.B. während des Ausstoßtakts) und früheren Schließen, wie beispielsweise vor BDC (z.B. während des Ansaugtakts), der Einlassventile entsprechen. Die entsprechende volle Vorverlegungsposition des Nockenphasenstellers 40 würde die Einlassventile zu einer frühesten Zeit öffnen, die von dem Nockenphasensteller (z.B., 20 Grad) zugelassen wird, während des Ausstoßtakts vorTDC und zu einer frühesten Zeit schließen, die von dem Nockenphasensteller (z.B. 20 Grad) zugelassen wird, während des Ansaugtakts vor BDC, um das Füllen der Motorzylindern von dem unter Druck stehenden Einlasskrümmer zu minimieren.

In einigen Ausführungsformen ist der Nockenphasensteller 40 ein Gerät mit einem Innenabschnitt und einem Außenabschnitt und ist in seinem Bereich durchgehend hydraulisch einstellbar. Der beispielhafte Nockenphasensteller 40 weist eine relativ langsamere Antwortzeit verglichen mit der Antwortzeit der IAT 28 auf. In anderen Ausführungsformen umfasst ein WA-System beispielsweise ein Verlustbewegungssystem (lost motion system), und eine längste Dauer, in der die Ventile offen sind, entspricht der “vollen Verzögerungs”-Position, und eine kürzeste Dauer, in der die Ventile offen sind, entspricht der “vollen Vorverlegungs"-Position des WT-Systems.

Wie gezeigt, umfasst das Motorsystem 10 einen Controller 42, der betriebsmäßig mit einer oder mehreren anderen Komponenten des Motorsystems gekoppelt ist, die gewisse Vorgänge durchführen, um Parameter zu messen und die eine oder mehreren Komponenten zu steuern. Obwohl der Controller 42 mit mehreren Komponenten gekoppelt sein kann, wird die betriebsmäßige Kopplung des Controllers 42 mit der IAT 28 und dem Nockenphasensteller 40 gezeigt. Der beispielhafte Controller 42 stellt eine oder mehrere Befehle bereit, um Eigenschaften des Ladeluftstroms zu den Zylindern 22 anzupassen.

Wie veranschaulicht, ist der Controller 42 mit einem oder mehreren Sensoren gekoppelt, die entlang dem Ansaugluftweg, dem Abgasweg oder anderswo in dem Motorsystem 10 sein können. Beispielhafte Sensoren umfassen, wie gezeigt, einen IAT-Drucksensor 44, einen Verdichterauslass-Drucksensor 46, einen Einlasskrümmer-Drucksensor (IMP-sensor = intake manifold pressure sensor) 48, einen Abgaskrüm-mer-Drucksensor (EMP-Sensor = exhaust manifold pressure sensor) 50, einen Turbi-neneinlass-Drucksensor 52, einen Motordrehzahlsensor 54 und einen Massenstromsensor 56 (z.B. beim Ansaugen oder Ausstößen). Einer oder mehrere dieser

Sensoren können jedoch in verschiedenen Ausführungsformen des Motorsystems 10 fehlen.

Der beispielhafte IAT-Drucksensor 44 ist ein Differenzdrucksensor, der einen relativen Druckunterschied zwischen dem Ladeluftstrom stromaufwärts und stromabwärts von der IAT 28 bereitstellt. In anderen Ausführungsformen (nicht gezeigt) umfasst der IAT-Drucksensor 44 einen stromaufwärtigen Absolutdrucksensor und einen stromab-wärtigen Absolutdrucksensor, und der Controller 42 interpretiert die Absolutdrucksensorwerte, um einen Druckunterschied bereitzustellen. Der beispielhafte Verdichter-Auslassdruck-sensor 46 und Turbinen-Einlassdrucksensor 52 werden relativ zu einem einzigen Turbolader positioniert gezeigt. In alternativen Ausführungsformen (nicht gezeigt), die zwei Turbolader aufweisen, können die Sensoren 46, 52 relativ zu dem Hochdruckturbolader, dem Niederdruckturbolader oder einem Mix daraus platziert sein. Der beispielhafte Massenstromsensor 56 ist positioniert, um den Ladeluftstrom entlang des Ansaugluftwegs zu messen.

In einigen Ausführungsformen kann der Controller 42 als beliebige dieser Sensoren umfassend angesehen werden, zusätzlich zu anderen Sensoren; hingegen können in anderen Ausführungsformen dem Controller 42 eine oder mehrere dieser Sensoren fehlen.

Viele Aspekte dieser Offenbarung werden in Folgen von Aktionen beschrieben, die von Elementen eines Treibers, Controllers, Moduls und/oder eines Computersystems oder einer anderen Hardware durchzuführen sind, die in der Lage sind, programmierte Anweisungen auszuführen. Diese Elemente können in einem Controller eines Motorsystems verkörpert sein, wie beispielsweise einem Motorsteuermodul oder -einheit (ECM oder ECU), oder in einem Controller, der davon getrennt ist und mit einem ECM oder einer ECU kommuniziert. In einer Ausführungsform kann der Controller und/oder das ECM/die ECU Teil eines Controllerbereichsnetzwerks (CAN = controller area network) sein, in welchem der Controller, der Sensor und/oder der Aktuator über digitale CAN-Nachrichten kommunizieren. Es wird erkannt werden, dass in jeder der Ausführungsformen die verschiedenen Funktionen zum Implementieren der Steuerstra tegie von spezialisierten Schaltkreisen durchgeführt werden könnten (z.B. diskreten Logikgattern, die miteinander verbunden sind, um eine spezielle Funktion durchzuführen), von Programmanweisungen, wie Programmodule, die von einem oder mehreren Prozessoren (zum Beispiel einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU = central processing unit) oder einem Mikroprozessor) oder durch eine Kombination von beiden ausgeführt werden, wobei alle in einer Hardware und/oder nicht-flüchtigen computerlesbaren Anweisungen des ECM/der ECU und/oder anderen Controller oder mehreren Controllern implementiert sein können. Die Logik von Ausführungsformen, die mit der Offenbarung konsistent sind, kann in einem beliebigen Typ von geeigneter Hardware und/oder nicht-transienten computerlesbaren Anweisungen mit Abschnitten implementiert sein, die in der Form von computerlesbarem Speichermedium mit einem Steuerungsalgorithmus vorliegen, der darauf aufgezeichnet ist, wie beispielsweise die ausführbaren logischen Anweisungen, die hier offenbart sind, und können beispielsweise programmiert sein, um ein oder mehrere ein- oder mehrdimensionale Nachschlagtabellen und/oder Kalibrationsparameter zu beinhalten. Das computerlesbare Medium kann einen Schreib-Lese-Speicher (RAM), einen Nur-Lese-Speicher (ROM), einen löschbaren programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EPROM oder Flash-Speicher), eine optische Faser und einen tragbaren Compakt-Disc-Nur-Lese-Speicher (CD-ROM) oder irgendein anderes Festkörper-, magnetisches und/oder optisches Plattenmedium umfassen, das in der Lage ist, Informationen zu speichern. Somit können verschiedene Aspekte in vielen verschiedenen Formen verkörpert sein und alle derartigen Formen sind als mit dieser Offenbarung konsistent zu betrachten.

In einigen Anwendungen wird, wenn eine Last angelegt ist, das Motorsystem 10 mit einem “Drücken” gegen die angelegte Last beauftragt, um Leistung mit einer konstanten oder Zielmotordrehzahl bereitzustellen. Eine gewisse Menge an Ladeluft ist zur Verbrennung erforderlich, um die Motordrehzahl während des “Drückens” gegen die angelegte Last aufrechtzuerhalten. Das beispielhafte Motorsystem 10 macht vorteilhaften Gebrauch von sowohl der IAT 28 als auch dem Nockenphasensteller 40, um die Menge an Ladeluft einzustellen, die in die Zylinder 22 geliefert wird. Insbesondere stellt das beispielhafte Motorsystem 10 eine ΙΑΤ-Position und eine Nockenphasenstellerposi- tion in Reaktion auf die Motordrehzahl und/oder die Motorlast mit einem Be-fehl/Befehlen von dem Controller 42 ein. Für einige Fälle werden die IAT-Position und/oder die Nockenphasenstellerposition ferner in Reaktion auf eine Zielmotordrehzahl und eine Zielmotorlast eingestellt.

Die Motorlast kann eine tatsächliche Motorlast oder eine vorhergesagte Motorlast sein. Die tatsächliche Motorlast wird in Reaktion auf eine oder mehrere Sensormessungen bestimmt. Beispielsweise kann die tatsächliche Motorlast in Reaktion auf eine oder mehrere Messungen von dem Verdichterauslass-Drucksensor 46, dem IMP-Sensor 48, dem EMP-Sensor 50, dem Turbineneinlass-Drucksensor 52 und dem Massenstromsensor 56 bestimmt werden. Eine oder mehrere dieser Messungen können jedoch ebenfalls entfallen. In einigen Ausführungsformen wird die tatsächliche Motorlast in Reaktion auf eine EMP-Messung bestimmt. In verschiedenen Ausführungsformen wird die tatsächliche Motorlast in Reaktion auf ein Lastsignal bestimmt. Beispielsweise kann ein Lastsignal ein Kilowatt-Lastsignal sein, das von einem Generator, der als externe Last 14 eingesetzt wird, bereitgestellt wird.

Demgemäß betrifft eine vorhergesagte Motorlast eine Motorlast in einem zukunftsbezogenen Zeithorizont. In einigen Ausführungsformen umfasst die vorhergesagte Motorlast eine vorhergesagte Drehmomentanforderung (z.B. reaktiv) oder eine gewünschte Motorlast (z.B. proaktiv) einige Sekunden in die Zukunft basierend auf einem oder mehreren Motorparametern.

In einigen Ausführungsformen stellt das beispielhafte Motorsystem 10 eine IAT-Position in Reaktion auf die Motordrehzahl und eine Nockenphasenstellerposition in Reaktion auf die Motorlast mit einem Befehl(en) von dem Controller 42 ein. Die IAT 28 ist ein schnellerer Controller als der Nockenphasensteller 40 und ist zum schnellen Steuern der Motordrehzahl geeignet. In einigen Anwendungen, wie beispielsweise Elektrizitätserzeugung für ein Stromnetz, ist die Synchronisation der Motordrehzahl mit dem Stromnetz und somit das Aufrechterhalten einer genauen Motordrehzahl ein wichtiges Erfordernis.

Andererseits ist der Nockenphasensteller 40 zum direkten Steuern des wirksamen Verdichtungsverhältnisses (ECR) des Motors 12 oder des volumetrischen Wirkungsgrads geeignet. Das ECR wird als eine Zwischenvariable definiert, die zumindest aus dem EMP und IMP berechnet wird, wobei dem EMP eine stärkere Gewichtung zukommt. Somit wird das ECR weniger durch die Position der IAT 28 als durch die Position des Nockenphasenstellers 40 beeinflusst.

Des Weiteren wird der Nockenphasensteller 40 in Reaktion auf eine Zieldruckdifferenz über die IAT 28 optional angepasst. Sobald beispielsweise eine Position der IAT 28 eingestellt ist, legt diese eine Druckdifferenz über die IAT 28 fest, und durch Einstellen des Nockenphasenstellers 40 in eine verzögerte Position (z.B. mehr Luft zu den Zylindern) wird die ΙΑΤ-Druckdifferenz wegen des verringerten Drucks in dem Einlasskrümmer zunehmen. Auf ähnliche Weise wird durch Einstellen des Nockenphasensteller 40 in eine vorverlegte Position (z.B. weniger Luft zu den Zylindern) die IAT-Druckdifferenz wegen des angehobenen Druck in dem Einlasskrümmer abnehmen. Je höher die Druckdifferenz ist, desto niedriger ist im Allgemeinen die Effizienz des offenen Zyklus des Motorsystems 10 (z.B. höherer Pumpenverlust) und umgekehrt. Je höher das Druckdifferential ist, desto größeren Einfluss wird die Position der IAT 28 andererseits auf den Ladeluftstrom zu den Zylindern aufweisen. Mit dieser Einsicht kann der Nockenphasensteller 40 gemeinsam mit der IAT 28 angepasst werden, um eine Druckdifferenz aufrechtzuerhalten, um die Effizienz des offenen Zyklus und/oder die Pumpenverluste und somit die bremsthermische Effizienz mit der Steuerung der Ladeluft zu den Zylindern durch die IAT einzustellen.

Außerdem ändert das beispielhafte Motorsystem 10 den Steuermodus in Reaktion auf den Betriebszustand des Motorsystems I0. Beispielsweise kann das Motorsystem 10 einen Teillastzustand erkennen, wenn die Zielmotorlast in einem Teillastbereich ist, der von 0% bis weniger als 100% der Nennlast reichen kann. Nicht einschränkende Beispiele von Teillastbereichen umfassen 0% bis 50%, 20% bis 60% oder 0% bis 80%. In verschiedenen Ausführungsformen ist der Teillastbereich ein Bereich, der geringer als eine Schwellenlast wie beispielsweise 50% der Nennlast ist.

In Reaktion auf die Teillast, was bedeuten kann, dass sich die Zielmotorlast in jeweils einigen Sekunden oder Minuten ändert, tritt das beispielhafte Motorsystem 10 in einen transienten Modus ein und stellt den Nockenphasensteller 40 in eine volle Verzögerungsposition ein, um den volumetrischen Wirkungsgrad und/oder das ECR zu verbessern, und verbessert somit die transiente Antwortzeit, indem ermöglicht wird, dass die größte Menge an Luft in den Zylinder 22 bei jeder Motordrehzahl geliefert wird. In einigen Ausführungsformen wird die IAT 28 in eine Anfangsposition in Reaktion auf die Zielmotordrehzahl eingestellt, um die Motordrehzahl mit der relativ schnellen Antwortzeit der IAT zu steuern. In verschiedenen Ausführungsformen wird die Position der IAT 28 ferner in eine Rückkopplungsposition eingestellt oder angepasst, die in Reaktion auf das Vergleichen der Motordrehzahl mit der Zielmotordrehzahl (z.B. einen Motordrehzahlfehlerwert) bestimmt wird.

Wie hier verwendet, bedeutet der Begriff “Fehlerwert” das Ergebnis, das in Reaktion auf den Vergleich zweier Werte oder Sätze von Werten bestimmt wird. Beispielsweise kann ein Fehlerwert die Differenz zwischen einem tatsächli-chen/gemessenen Wert und einem Zielwert sein. Anderen Arten von Fehlerberechnungen und Vergleiche, die Fachleuten bekannt sind, werden ebenfalls in Erwägung gezogen.

In einem anderen Beispiel kann das Motorsystem 10 einen hohen Lastzustand erkennen oder als solchen interpretieren, der größer als der Teillastbereich und bis zu 100% der Nennlast ist. In Reaktion auf den hohen Lastzustand, was bedeuten kann, das sich die Zielmotorlast weniger schnell ändert, tritt das beispielhafte Motorsystem 10 in einen Kraftstoffeffizienzmodus ein und stellt die IAT 28 in eine Anfangsposition abhängig von der Zielmotordrehzahl und der Zielmotorlast ein, um die Motordrehzahl zu steuern. In verschiedenen Ausführungsformen und ähnlich zu dem transienten Betriebsmodus wird die Position der IAT 28 ferner in eine Rückkopplungsposition eingestellt oder angepasst, die abhängig von einem Vergleich der Motordrehzahl mit der Zielmotordrehzahl (z.B., einem Motordrehzahlfehlerwert) bestimmt wird.

Das beispielhafte Motorsystem 10 stellt ebenfalls in Reaktion auf den hohen Lastzustand den Nockenphasensteller 40 in eine Anfangsposition abhängig von wenigstens einem von einer Zielmotorlast, einem Zieldruckunterschied über die IAT und/oder einem Ziel-ECR ein. In verschiedenen Ausführungsformen wird der Nockenphasensteller 40 ferner in Reaktion auf das Vergleichen des tatsächlichen Druckunterschieds über die IAT 28 mit dem Zieldruckunterschied (z.B., Druckunterschiedfehlerwert) eingestellt oder angepasst. In einigen Ausführungsformen werden die Anfangsposition und die Rückkopplungsposition des Nockenphasenstellers 40 relativ zu einer nominalen Position des Nockenphasenstellers vorverlegt.

In einerweiteren oder alternativen Ausführungsform tritt das Motorsystem 10 in Reaktion auf den hohen Lastzustand in einen alternativen Kraftstoffeffizienzmodus ein. Im alternativen Kraftstoffeffizienzmodus wird die IAT 28 in eine Vollgasposition (oder vollständig geöffnete ΙΑΤ-Position, englisch: full throttle position) eingestellt und der Nockenphasensteller 40 in eine Anfangsposition in Reaktion auf die Zielmotordrehzahl eingestellt. Des Weiteren kann der Nockenphasensteller 40 in eine Rückkopplungsposition in Reaktion auf einen Motordrehzahlfehlerwert eingestellt werden.

In bestimmten Ausführungsformen bildet der Controller 42 einen Abschnitt eines Verarbeitungssubsystems 200 (FIG. 2), das eine oder mehrere Rechenvorrichtungen umfasst, die Speicher-, Verarbeitungs- und Kommunikations-Hardware aufweisen. Der Controller 42 und seine Funktionalität können auf jede bekannte Art und Weise implementiert werden. Beispielsweise kann der Controller 42 eine einzelne Vorrichtung oder eine verteilte Vorrichtung sein und die Funktionen des Controllers können durch Hardware und/oder als Computeranweisungen auf einem nicht-flüchtigen computerlesbaren Speichermedium durchgeführt werden.

In bestimmten Ausführungsformen umfasst der Controller 42 ein oder mehrere Module, welche die Operationen des Controllers funktionsmäßig ausführen. Die Beschreibung umfasst hier Module, welche die strukturelle Unabhängigkeit von bestimmten Aspekten des Controllers 42 betonen und veranschaulicht eine Gruppierung von Operationen und Verantwortlichkeiten des Controllers. Andere Gruppierungen, die ähn- liehe Gesamtvorgänge ausführen, werden innerhalb des Umfangs dieser Offenbarung verstanden. Module können in Hardware und/oderals Computeranweisungen auf einem nicht-transienten computerlesbaren Speichermedium implementiert und über verschiedene Hardware- oder computerbasierte Bauteile verteilt sein.

Beispielhafte und nicht einschränkende Moduiimpiementierungselemente umfassen Sensoren, die jeden hier ermittelten Wert bereitstellen, Sensoren, die jeden Wert bereitstellen, der einen Vorläufer für einen hier ermittelten Wert ist, Datenverbindungs- und/oder Netzwerkhardware, einschließlich Kommunikationsschaltungen, Schwingquarze, Kommunikationsverbindungen, Kabeln, verdrillten Leitungen, Koaxial-verkabeiung, abgeschirmter Verkabelung, Sender, Empfänger und/oder Sender-Empfänger, logischen Schaltungen, festverdrahtete logische Schaltungen, umkonfigu-rierbare logische Schaltungen in einem bestimmten, gemäß der Modulspezifikation konfigurierten, dauerhaften Zustand, einen beliebigen Aktuator, einschließlich mindestens einem elektrischen, hydraulischen oder pneumatischen Aktuator, eine Magnetspule, einen Operationsverstärker, analoge Steuerelemente (Federn, Filter, Integrierer, Addierer, Teiler, Verstärkungselemente) und/oder digitale Steuerelemente. FIG. 2 ist eine schematische Veranschaulichung, die das Verarbeitungssubsystem 200 zeigt, das einen Controller 42 umfasst, gemäß einigen Ausführungsformen. Das beispielhafte Verarbeitungssubsystem 200 umfasst einen oder mehrere Eingaben 205, um dem beispielhafte Controller 42 Angaben bereitzustellen, und einen oder mehrere Ausgaben 210, um Befehle von dem beispielhafte Controller 42 bereitzustellen.

Die Eingabe/Eingaben 205 und die Ausgabe/Ausgaben 210 sind nicht in irgendeiner besonderen Art und Weise beschränkt und können beispielsweise von einer mechanischen, elektrischen, elektronischen, elektromagnetischen und/oder optischen Natur sein. Die eine oder mehrere Eingabe 205 kann beispielsweise eine Angabe von einem oder mehreren der Sensoren 44, 46, 48, 50, 52, 54 und 56 (FIG. 1) nach Bedarf umfassen. Die eine oder mehrere Ausgaben 210 können beispielsweise einen Befehl an die IAT 28 und/oder den Nockenphasensteller 40, nach Bedarf, umfassen.

Wie ferner veranschaulicht, umfasst der Controller 42 ein Hardwaredefinitionsmodul (HDM) 215, ein Lufthandhabungsbestimmungsmodul (AHDM) 220 und ein Hardwarebefehlsmodul (HCM) 225. Der beispielhafte Controller 42 umfasst ebenfalls einen oder mehrere Parameter, die das Motorsystem betreffen, wie beispielsweise eine Motordrehzahl 230, eine Motorlast 235, eine Zielmotordrehzahl 240, einen Motordrehzahlfehlerwert 245, einen Motorbetriebsmodus 250, eine IAT-Position 255, einen Einlassventilzeitsteuerwert 257, eine Nockenphasenstellerposition 260, eine Einlassventilöffnungsdauer 262, einen Druckunterschied über die IAT 265, einen Zieldruckunterschied über die IAT 270, einen Druckunterschiedfehlerwert 275 (z.B., über die IAT) und/oder ein Ziel-ECR 280.

Das beispielhafte HDM 215 interpretiert oder bestimmt einen oder mehrere Parameter, die dem Controller 42 zur Speicherung, Ausgabe und/oder weiteren Verarbeitung durch Module in dem Controller verfügbar sind. Beispielsweise kann das HDM 215 eines oder mehrere des Folgenden interpretieren oder bestimmen: die Motordrehzahl 230, die Motorlast 235, die Zielmotordrehzahl 240, den Motordrehzahlfehlerwert 245, den Druckunterschied über die IAT 265, den Zieldruckunterschied über die IAT 270, den Druckunterschiedfehlerwert 275 und/oder das Ziel-ECR 280. Das beispielhafte HDM 215 interpretiert Parameter in Reaktion auf die Eingabe(n) 205 und/oder anderen Parametern, die dem Controller 42 verfügbar sind. In einem Beispiel interpretiert das HDM 215 die Motorlast 235 als eine tatsächliche Motorlast in Reaktion auf die Eingabe 205 von dem EMP-Sensor 50. In einem anderen Beispiel interpretiert das HDM 215 den Motordrehzahlfehlerwert 245 in Reaktion auf einen Vergleich der Motordrehzahl 230 (z.B., von der Eingabe 205 von dem Motordrehzahl-Sensor 54) und der Zielmotordrehzahl 240 (z.B., einen empfangenen, gespeicherten oder bestimmten Wert).

In einigen Ausführungsformen kann, um die hierdurchgehend beschriebenen Funktionen durchzuführen, das HDM 215 einen oder mehrere Digital/Analog-Wandler (ADC = analog to digital converter), einen Prozessor, ein nicht-flüchtiges computerlesbares Speichermedium, einen Bus, verdrahteter/drahtlose Verbindungshardware und/oder einen oder mehrere der Sensoren 44, 46, 48, 50, 52, 54 und 56 (FIG. 1) umfassen. In anderen Ausführungsformen kann eine oder mehrere von diesen von dem HDM 215 ausgeschlossen werden.

Das beispielhafte AHDM 220 bestimmt einen oder mehrere Parameter zur Steuerung des Luftbehandlungssystem 16 (FIG. 1), wie beispielsweise die IAT-Position 255 und den Einlassventilzeitsteuerwert 257. In einigen Ausführungsformen umfasst der Einlassventilzeitsteuerwert 257 eine Nockenphasenstellerposition 260 (z.B., in einem WT-System). In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der Einlassventilzeitsteuerwert 257 eine Einlassventilöffnungsdauer 262 (z.B. in einem VVA-System). Diese Lufthandhabungssteuerparameter werden in Reaktion auf einen oder mehrere Motorparameter bestimmt, die dem Controller 42 verfügbar sind. Beispielsweise kann die IAT-Position 255 und/oder der Einlassventilzeitsteuerwert 257 in Reaktion auf die Motordrehzahl 230 und/oder die Motorlast 235 bestimmt werden. In einem weiteren Beispiel kann die IAT-Position 255 in Reaktion auf die Zielmotordrehzahl 240 und/oder den Motordrehzahlfehlerwert 245 bestimmt werden. In noch einem anderen Beispiel kann der Einlassventilzeitsteuerwert 257 in Reaktion auf die Zielmotordrehzahl 240, den Motordrehzahlfehlerwert 245, den Zieldruckunterschied über die IAT 270, den Druckunterschiedfehlerwert 275, und/oder das Ziel-ECR 280 bestimmt werden. In einigen Ausführungsformen kann, um die hierdurchgehend beschriebenen Funktionen durchzuführen, das AHDM 220 eines oder mehrere von einem Prozessor, einem nichtflüchtigen computerlesbaren Speichermedium, einem Bus, und/oder verdrahte-ter/drahtloser Verbindungshardware umfassen. In anderen Ausführungsformen kann eines oder mehrere dieser von dem AHDM 220 ausgeschlossen werden.

Das beispielhafte HCM 225 stellt einen oder mehrere Befehle für eine Komponentein) des Motorsystems 10 in Reaktion auf ein oder mehrere Steuersignale bereit, wie beispielsweise einen IAT-Positionsbefehl und einen Einlassventil-Zeitsteuerungsbefehl (z.B. Nockenphasensteller-Positionsbefehl). In einigen Ausführungsformen kann, um die hierdurchgehend beschriebenen Funktionen durchzuführen, das HCM 225 die IAT 28, den Nockenphasensteller 40, einen Prozessor, ein nichtflüchtiges computerlesbares Speichermedium, einen Bus, und/oder verdrahte-te/drahtlose Verbindungshardware umfassen, wobei es jedoch nicht darauf beschränkt ist. In anderen Ausführungsformen kann eines oder mehrere dieser dem HCM 225 fehlen. FIG. 3 ist ein Ablaufplandiagramm einer beispielhaften Prozedur 300 zum Betreiben eines Motorsystems, wie beispielsweise des Motorsystems 10, gemäß einigen Ausführungsformen. In Vorgang 305 wird ein Verbrennungsmotor gestartet und auf eine Zielmotordrehzahl (z.B. eine Motorleerlaufdrehzahl) warmgelaufen. Die Zielmotordrehzahl kann in einigen Anwendungen, wie beispielsweise zur stationären Leistungserzeugung, fest vorgegeben sein. Der Verbrennungsmotor kann eingerichtet werden, um mit stöchiometrischer Verbrennung (z.B., für einen Erdgasmotor) zu laufen.

In Vorgang 310 wird eine externe Last an den Verbrennungsmotor angelegt. Die externe Last kann beispielsweise ein Generator in einer Elektrizitätserzeugungsanwendung sein, die elektrische Leistung erzeugt. Einige externe Lasten sind imstande, die an den Verbrennungsmotor angelegte Last in einem Bereich von 0% bis 100% der Nennlast des Motorsystems, wie beispielsweise von 20% bis etwa 100%, zu verändern.

In Vorgang 315 werden eine Motordrehzahl und eine Motorlast des Motorsystems bestimmt. Die Motordrehzahl kann in Reaktion auf eine Messung von einem Motordrehzahlsensor bestimmt werden. Die Motorlast kann eine tatsächliche Motorlast oder eine vorhergesagte Motorlast sein, wie beispielsweise eine vorhergesagte Drehmomentanforderung oder eine gewünschte Motorlast.

In Vorgang 320 wird ein Motorbetriebsmodus in Reaktion auf die Motorlast bestimmt. In der veranschaulichten Ausführungsform kann die Motorlast als eine Teillast oder eine hohe Last klassifiziert oder kategorisiert werden. Der Teillastzustand kann durch einen Bereich oder eine Schwelle definiert sein. Der hohe Lastzustand kann durch einen Bereich oder eine Schwelle über dem Teillastbereich definiert sein und kann die Nennlast des Motorsystems umfassen. Der bestimmte Motorbetriebsmodus kann ein transienter Modus und/oder ein Kraftstoffeffizienzmodus sein.

Ein Vorgang 325 wird durchgeführt, wenn ein transienter Motorbetriebsmodus in Reaktion auf einen Teillastzustand bestimmt wird. Im Vorgang 325 wird das Motorsystem in einem transienten Modus betrieben. In einer Elektrizitätserzeugungsanwendung kann ein Teillastzustand angeben, dass sich die Motorlast in jeweils einigen Sekunden in Richtung einer höheren Motorlast, wie beispielsweise der Nennmotorlast, vergrößern wird. Die Motorlast kann aus einem höheren volumetrischen Wirkungsgrad Nutzen für eine schnellere Lastaufnahme ziehen. Eine beispielhafte Prozedur 400 zum Ausführen des Vorgangs 325 wird ausführlicher in FIG. 4 gezeigt.

Ein Vorgang 330 wird durchgeführt, wenn ein Kraftstoffeffizienz-Motorbetriebsmodus in Reaktion auf einen hohen Lastzustand bestimmt wird. Im Vorgang 330 wird das Motorsystem in einem Kraftstoffeffizienzmodus betrieben. In einer Elektrizitätserzeugungsanwendung kann ein hoher Lastzustand angeben, dass sich die Motorlast nicht schnell ändern wird und/oderdass die Motorlast nahe einem nominalen oder stationären Betriebszustand ist. Das Motorsystem kann aus einem höheren offenen Zykluswirkungsgrad und niedrigeren Pumpenverlusten Nutzen ziehen. Beispielhafte Prozeduren 500, 600 zum Ausführen des Vorgangs 330 werden ausführlicher in FIGUREN 5 und 6 gezeigt. FIG. 4 ist ein Ablaufplandiagramm einer beispielhaften Prozedur 400 zum Betreiben eines Motorsystems in einem transienten Modus gemäß einigen Ausführungsformen. In Vorgang 405 wird der Nockenphasensteller in eine volle Verzögerungsposition eingestellt. In verschiedenen Ausführungsformen entspricht die volle Verzögerungsposition der höchsten ECR-Position und/oder einer höchsten volumetrischen Wirkungsgradposition für den Nockenphasensteller.

In Vorgang 410 wird die IAT in eine Anfangsposition (z.B., Grundposition) in Reaktion auf die Motordrehzahl und optional die Motorlast platziert. Die Anfangsposition der IAT stellt in Verbindung mit der vollständig verzögerten Nockenphasenstellerposition die Menge des an die Zylinder geliefert Ladeluftstrom ein und steuert somit die Motordrehzahl. In einigen Ausführungsformen ist die Anfangs-IAT-Position weniger offen als eine nominale IAT-Position. In verschiedenen Ausführungsformen ist der Ladeluft- strom, welcher der Anfangs-IAT-Position und der vollständig verzögerten Nockenphasenstellerposition entspricht, etwa gleich dem Ladeluftstrom, welcher der nominalen ΙΑΤ-Position und der nominalen Nockenphasenstellerposition entspricht. Der Vorgang 410 kann als ein Vorwärtskopplungssteuervorgang betrachtet werden.

In der veranschaulichten Ausführungsform geht die Prozedur 400 in einen Rückkopplungssteuervorgang oder eine Steuerschleife weiter, nachdem sich die Motordrehzahl und/oder die Motorlast stabilisiert haben, in der jede Iteration die Motordrehzahl misst und die ΙΑΤ-Position in eine Rückkopplungs-IAT-Position einstellt. In Vorgang 415 wird die Motordrehzahl gemessen. In Vorgang 420 wird die Motordrehzahl mit der Zielmotordrehzahl verglichen, die für eine Leistungserzeugungsanwendung fest vorgegeben sein kann. Ein Motordrehzahlfehlerwert kann in Reaktion auf den Vergleich bestimmt werden. In Vorgang 425 wird die ΙΑΤ-Position eingestellt oder in Reaktion auf den Vergleich oder den Fehlerwert angepasst, um die Zielmotordrehzahl aufrechtzuerhalten.

In einigen Ausführungsformen wird eine Rückkopplungs-IAT-Position in Reaktion auf den Motordrehzahlfehlerwert bestimmt, um den Fehler zu verringern und die Motordrehzahl in Reaktion auf Motorlaststörungen aufrechtzuerhalten. Wenn die angelegte Motorlast beispielsweise während der Lastaufnahme zunimmt, wird die Motordrehzahl vorübergehend unter die Zielmotordrehzahl verlangsamt. Weil die Motordrehzahl überwacht wird, wird die ΙΑΤ-Position in Reaktion auf eine verlangsamte Motordrehzahl in eine mehr offene Position angepasst, um den Ladeluftstrom zu erhöhen, der die Motordrehzahl zu der Zielmotordrehzahl zurückführt. Diese Rückkopplungs-Steuerschleife kann weiter iterieren, bis das Motorsystem in einem anderen Modus betrieben wird. Auf diese Art und Weise erleichtert die Prozedur 400 die Reaktion auf die Erhöhung der angelegten Last, während der volumetrische Wirkungsgrad und/oder das ECR verbessert werden. FIG. 5 ist ein Ablaufplandiagramm einer beispielhaften Prozedur 500 zum Betreiben eines Motorsystems in einem Kraftstoffeffizienzmodus gemäß einigen Ausführungsformen. Wie veranschaulicht, umfasst die Prozedur 500 zwei Steuerwege. Der erste Steuerweg beginnt mit Vorgang 505, in dem der Nockenphasensteller in eine Anfangsposition (z.B., Grundposition) in Reaktion auf die Motorlast eingestellt wird. In verschiedenen Ausführungsformen wird die Anfangs-Nockenphasenstellerposition in eine vorverlegte Position im vorverlegten Bereich in Reaktion auf eine Motorlast bei oder über 50% eingestellt. In alternativen Ausführungsformen wird die Anfangs-Nockenphasenstellerposition in eine vorverlegte Position in Reaktion auf eine Motorlast bei oder über 80% oder bei einer Motorlast zwischen 50% und 80% eingestellt. In einigen Ausführungsformen wird die Anfangs-Nockenphasenstellerposition bei einer Motorlast von etwa 100% vollständig/maximal vorverlegt.

Die Anfangs-Nockenphasenstellerposition kann ferner in Reaktion auf die Motordrehzahl für einige Anwendungen eingestellt werden, in denen die Zielmotordrehzahl beispielsweise nicht fest vorgegeben ist. Der Vorgang 505 kann als ein Vorwärtskopplungssteuervorgang angesehen werden.

In verschiedenen Ausführungsformen geht der erste Steuerweg für die beispielhafte Prozedur 500 in einen Rückkopplungssteuervorgang oder eine Steuerschleife weiter, nachdem sich die Motordrehzahl und/oderdie Motorlast stabilisiert haben, bei der jede Iteration einen Druckunterschied misst und die Nockenphasenstellerposition in eine Rückkopplungs-Nockenphasenstellerposition einstellt. Im Vorgang 510 wird der Druckunterschied über die IAT gemessen. In Vorgang 515 wird der Druckunterschied über die IAT mit einem Zieldruckunterschied über die IAT verglichen. Ein Druckunterschiedfehlerwert kann in Reaktion auf den Vergleich bestimmt werden. In Vorgang 520 wird die Nockenphasenstellerposition in Reaktion auf den Vergleich oder den Fehlerwert eingestellt oder angepasst, um den Zieldruckunterschied über die IAT aufrechtzuerhalten.

In einigen Ausführungsformen wird der Zieldruckunterschied über die IAT ausgewählt, um einen Ausgleich zwischen einem gewünschten Steuerungsvermögen über den Ladeluftstrom bereitzustellen, und/oder um Pumpenverluste zu verringern. Wenn sich die ΙΑΤ-Position beispielsweise in Reaktion auf eine höhere Motordrehzahl weiter öffnet, nimmt der Druckunterschied über die IAT vorübergehend ab. Weil der Druckun terschied überwacht wird, um den Druckunterschiedfehlerwert zu verringern, wird die aktuelle Nockenphasenstellerposition an eine stärker verzögerte Position eingestellt, um den Druck stromabwärts von der IAT zu verringern, was den Druckunterschied zu dem Zieldruckunterschied zurückführt. Diese Rückkopplungs-Steuerschleife in dem ersten Steuerweg kann weiter iterieren, bis das Motorsystem in einem anderen Modus betrieben wird. Weil der erste Steuerweg das Einstellen des Nockenphasenstellers beinhaltet, der ein langsamerer Aktuator als die IAT ist, kann diese Steuerschleife als die “langsame Steuerschleife” bezeichnet werden.

Der zweite Steuerweg für die beispielhafte Prozedur 500 beginnt mit einem Vorgang 525, bei dem die ΙΑΤ-Position auf eine Anfangsposition (z.B., Grundposition) in Reaktion auf die Motordrehzahl und optional die Motorlast eingestellt wird. In einigen Ausführungsformen wird die ΙΑΤ-Position mehr offen als eine nominale IAT-Position eingestellt. In verschiedenen Ausführungsformen ist der Ladeluftstrom, welcher der Anfangs-IAT-Position und der Anfangs-Nockenphasenstellerposition (die in Reaktion auf die Motorlast in Vorgang 505 eingestellt wird) entspricht, etwa gleich dem Ladeluftstrom, welcher der nominalen IAT-Position und der nominalen Nockenphasenstellerposition entspricht. Der Vorgang 525 kann als ein Vorwärtskopplungssteuervorgang betrachtet werden.

In verschiedenen Ausführungsformen geht der zweite Steuerweg in einem Rückkopplungssteuervorgang oder einer Steuerschleife weiter, nachdem sich die Motordrehzahl und/oder Motorlast stabilisierten, in der jede Iteration eine Motordrehzahl misst und die IAT-Position in eine Rückkopplungs-IAT-Position einstellt. In Vorgang 530 wird die Motordrehzahl gemessen. In Vorgang 535 wird die Motordrehzahl mit einer Zielmotordrehzahl verglichen. Ein Motordrehzahlfehlerwert kann in Reaktion auf den Vergleich bestimmt werden. In Vorgang 540 wird die IAT-Position in Reaktion auf den Vergleich oder den Fehlerwert eingestellt oder angepasst, um die Zielmotordrehzahl aufrechtzuerhalten.

In einigen Fällen ist die Aufrechterhaltung der Motordrehzahl bei der Zielmotordrehzahl ein wichtiges Erfordernis. Weil die IAT ein schnellerer Aktuator als der Nocken phasensteiler ist, ist die IAT-Position zum schnellen Reagieren auf Störungen in der Motordrehzahl und zum Anpassen des Ladeluftstroms geeignet. Wie zuvor erwähnt, wird die Fähigkeit für die IAT-Position, den Ladeluftstrom zu beeinflussen, ebenfalls durch den Druckunterschied über die IAT beeinflusst, der in dem ersten Steuerweg von dem Nockenphasensteller eingestellt wird (Vorgang 520). Weil der zweite Steuerweg das Einstellen der IAT beinhaltet, kann diese Steuerschleife als die “schnelle Steuerschleife” bezeichnet werden.

Auf diese Art und Weise erleichtern die ersten und zweiten Steuerwege der Prozedur 500 eine schnelle Reaktion auf Motordrehzahlstörungen, während Pumpenverluste verringert werden, um den Wirkungsgrad des offenen Zyklus und somit die bremsthermische Effizienz zu verbessern. FIG. 6 ist ein Ablaufplandiagramm einer beispielhaften Prozedur 600 zum Betreiben eines Motorsystems in einem Kraftstoffeffizienzmodus gemäß einigen Ausführungsformen. Die beispielhafte Prozedur 600 kann eine Subprozedur der Prozedur 500 oder eine alternative Prozedur sein, welche die Prozedur 500 ersetzt. Beispielsweise kann die Prozedur 600 in der Prozedur 500 nur benutzt werden, wenn die IAT vollständig geöffnet (bei Vollgas) ist.

In Vorgang 605 wird die IAT auf eine vollständig geöffnete (Vollgas)-Position eingestellt. Die vollständig geöffnete Position entspricht dem niedrigsten Druckunterschied über die IAT, und die Vollgasposition entspricht ebenfalls einer höchsten Ladeluftstromposition, einer Position des höchsten Wirkungsgrads für einen offenen Zyklus, einer Position der niedrigsten Pumpenverluste und einer Position der höchsten bremsthermischen Effizienz für die IAT. In einigen Ausführungsformen kann die IAT zusätzlich oder alternativ in Reaktion darauf eingestellt werden, dass die Motordrehzahl bei oder nahe der Zielmotordrehzahl ist.

In Vorgang 610 wird der Nockenphasensteller in eine Anfangsposition (z.B., Grundposition) in Reaktion auf die Motordrehzahl und optional die Motorlast eingestellt. Die Anfangsposition des Nockenphasenstellers stellt in Verbindung mit der vollständig offenen IAT die Menge des Ladeluftstroms ein, der an die Zylinder geliefert wird, und steuert somit die Motordrehzahl. Der Vorgang 610 kann als ein Vorwärtskopplungssteuervorgang betrachtet werden.

In verschiedenen Ausführungsformen geht die Prozedur 600 in einem Rückkopplungssteuervorgang oder einer Steuerschleife weiter, nachdem sich die Motordrehzahl und/oder Motorlast stabilisierte, in der jede Iteration die Motordrehzahl misst und die Nockenphasenstellerposition in eine Rückkopplungs-

Nockenphasenstellerposition einstellt. In Vorgang 615 wird die Motordrehzahl gemessen. In Vorgang 620 wird die Motordrehzahl mit der Zielmotordrehzahl verglichen, die für eine Leistungserzeugungsanwendung fest vorgegeben werden kann. Ein Motordrehzahlfehlerwert kann in Reaktion auf den Vergleich bestimmt werden. In Vorgang 625 wird die Nockenphasenstellerposition in Reaktion auf den Vergleich oder Fehlerwert eingestellt oder angepasst, um die Zielmotordrehzahl aufrechtzuerhalten.

In einigen Ausführungsformen wird die Nockenphasenstellerposition in Reaktion auf die Motordrehzahlfehlerwert bestimmt, um den Fehler zu verringern und die Motordrehzahl in Reaktion auf Motorlaststörungen aufrechtzuerhalten. Beispielsweise kann in einer Reaktion auf eine vorübergehend verringerte Last (z.B., von 100% auf 90%) die Motordrehzahl über die Zielmotordrehzahl ansteigen. Weil die Motordrehzahl überwacht wird, wird in Reaktion auf die schnellere Motordrehzahl die Nockenphasenstellerposition auf eine mehr vorverlegte Position angepasst, um den Ladeluftstrom zu verringern, der die Motordrehzahl zu der Zielmotordrehzahl zurückführt. Diese Rückkopplungs-Steuerschleife kann iterieren, bis das Motorsystem in einem anderen Modus betrieben wird. Auf diese Art und Weise erleichtert die Prozedur 600 die Reaktion auf Motordrehzahlstörungen, während der Wirkungsgrad des offenen Zyklus, die Pumpenverluste und/oder die bremsthermische Effizienz verbessert werden. FIGUREN 7, 8 und 9 sind Veranschaulichungen von Beispielauftragungen 700, 800 und 900, welche die Position einer IAT und eines Nockenphasensteller während des Betriebs eines Motorsystems gemäß einigen Ausführungsformen zeigen. Die Beispielauftragungen 700, 800, 900 umfassen jeweils eine Motorlastachse 710 (z.B., eine x-Achse), eine Nockenphasensteller-Positionsachse 720 (z.B. eine erste y-Achse) und eine IAT-Positionsachse 730 (z.B. eine zweite y-Achse).

Entlang der Nockenphasensteller-Positionsachse 720 werden eine Vorverlegungsgrenze und eine Verzögerungsgrenze gezeigt. In verschiedenen Ausführungs-formen entspricht die Vorverlegungsgrenze dem frühesten Timing, bei der Einlassventile öffnen und schließen, die von dem Nockenphasensteller zugelassen wird, während die Verzögerungsgrenze dem spätesten Timing entspricht, bei der die Einlassventile öffnen und schließen, die von dem Nockenphasensteller zugelassen wird. Die nominale Nockenphasenstellerposition ist zwischen der Vorverlegungsgrenze und der Verzögerungsgrenze.

Entlang der IAT-Positionsachse 730 werden eine vollständig geöffnete Drosselposition und eine geschlossene Drosselposition (/minimal geöffnete Drossel position; englisch: no throttle) gezeigt. Die vollständig geöffnete Drosselposition entspricht dem niedrigsten Druckunterschied über der IAT, während die Grenze der geschlossenen Drossel dem größten Druckunterschied überder IAT entspricht. Die nominale IAT-Position ist zwischen der geschlossenen Drossel und der vollständig geöffneten Drossel.

Ebenfalls gezeigt wird ein beispielhafter Transientenmodus, der einem Motorlastbereich zwischen 0% und 50% der Nennlast des Motorsystems entspricht. FIGUREN 7, 8 und 9 zeigen das Motorsystem, das in einem transienten Modus ähnlich der beispielhaften Prozedur 400 arbeitet (FIG. 4). Ein beispielhafter Kraftstoffeffizienzmodus entspricht einem Motorlastbereich über 50% der Nennlast zu der Nennlast (z.B., 100%) des Motorsystems. FIG. 7 zeigt das Motorsystem, das in einem Kraftstoffeffi-zienzmodus ähnlich der beispielhaften Prozedur 500 arbeitet (FIG. 5). FIG. 8 zeigt das Motorsystem, das in einem Kraftstoffeffizienzmodus ähnlich der beispielhaften Prozedur 600 arbeitet (FIG. 6). Das heißt, das Motorsystem schaltet zwischen dem transienten Modus und dem Kraftstoffeffizienzmodus bei etwa 50% der Nennlast um. FIG. 9 zeigt das Motorsystem, das mit allmählichen Übergängen zwischen dem transienten

Modus und dem Kraftstoffeffizienzmodus gemäß entweder der beispielhaften Prozedur 500 (FIG. 5) oder der beispielhaften Prozedur 600 (FIG. 6) arbeitet. Für veranschaulichende Zwecke entsprechen die Beispielauftragungen 700, 800, und 900 dem Betreiben eines Motorsystems, das eine fest vorgegebene Zielmotordrehzahl aufweist. Des Weiteren sind Auftragungen 700, 800 und 900 lediglich veranschaulichend und stellen keine tatsächlichen Prüfdaten dar. Für veranschaulichende Zwecke zeigen die Beispielauftragungen 700 und 800 außerdem scharfe Änderungen in der IAT-Position und der Nockenphasenstellerposition, wenn zwischen Moden übergegangen wird, um die Änderung im Verhalten zwischen Moden eindeutig zu zeigen. In einigen Ausführungsformen werden die IAT-Positionen und Nockenphasenstellerpositionen allmählich angepasst, wenn zwischen Moden übergegangen wird, durch Ändern des jeweiligen Rückkopplungsziels (z.B. ohne Einstellen einer Anfangsposition) beispielsweise von dem Ziel des transitierten Modus zu dem Ziel der Kraftstoffeffizienz-Modus. Ein Beispiel einer allmählichen Änderung wird in einer Beispielauftragung 900 (FIG. 9) gezeigt.

Wie in FIG. 7 veranschaulicht, zeigt die Beispielauftragung 700 die IAT-Position 750 und die Nockenphasenstellerposition 760, wenn die Motorlast von 0% auf 100% der Nennlast zunimmt. Wie gezeigt, beginnt die IAT-Position 750 an einer Position, die einem Leerlauf-Motor bei 0% der Nennlast entspricht. Wenn die Last in dem transienten Modusbereich von 0% auf 50% zunimmt, wird die IAT-Position 750 offener, um einen größeren Ladeluftstrom bereitzustellen, um die Motordrehzahl bei erhöhter Last aufrechtzuerhalten.

In der veranschaulichten Ausführungsform ist im transienten Modusbereich von 0% bis 50% die Nockenphasenstellerposition 760 bei der vollen Verzögerungsposition. Demgemäß kann, wie gezeigt, die IAT-Position 750 im transienten Modusbereich weniger offen als die nominale IAT-Position sein.

Nachdem die Motorlast 50% der Nennlast überschreitet und in den Kraftstoffeffizienz-Modusbereich eintritt, geht die Nockenphasenstellerposition 760 in den vorver legten Bereich über (z.B. mehr vorverlegt als nominal), um die Einlassventile früher zu öffnen und einen Druckunterschied über die IAT aufrechtzuerhalten. Auf eine kooperative Art und Weise ändert sich die IAT-Position 750 ebenfalls, um offener zu sein, um den niedrigeren volumetrischen Wirkungsgrad aufgrund des früheren Öffnens und Schließens der Einlassventile auszugleichen. Wenn die Motorlast in dem Kraftstoffeffizienz-Modusbereich zunimmt, wird die Nockenphasenstellerposition 760 vorverlegt und erreicht die Vorverlegungsgrenze, wenn sich die Motorlast 100% der Nennlast annähert, um der IAT zu ermöglichen, weiter geöffnet zu sein, um Pumpenverluste aufgrund des Druckunterschieds über die IAT zu verringern (z.B. den Wirkungsgrad des offenen Zyklus zu verbessern) und den Einfluss von Änderungen in der IAT-Position über den Ladeluftstrom zu verbessern. In der veranschaulichten Ausführungsform öffnet sich die IAT-Position 750 mit der Motorlast, erreicht jedoch absichtlich nicht die volle Öffnung (Vollgas), um der IAT zu ermöglichen, Laststörungen auszugleichen, welche die Motordrehzahl beeinflussen würden. Auf diese Art und Weise arbeiten die IAT-Position 750 und die Nockenphasenstellerposition 760 zusammen, um die Lastaufnahmeleistung zu verbessern und die Motordrehzahl bei hoher Last aufrechtzuerhalten, während eine bremsthermische Effizienz verbessert wird.

Wie in FIG. 8 veranschaulicht, zeigt die Beispielauftragung 800 die IAT-Position 850 und die Nockenphasenstellerposition 860. Wie gezeigt, sind im transienten Modusbereich die IAT-Position 850 und die Nockenphasenstellerposition 860 der IAT-Position 750 und der Nockenphasenstellerposition 760 ähnlich. Nachdem die Motorlast 50% der Nennlast passiert und in einen Kraftstoffeffizienz-Modusbereich eintritt, geht die IAT-Position 850 jedoch in eine voll geöffnete Position (Vollgasposition) über, um die Pumpenverluste aufgrund des Druckunterschieds über die IAT zu minimieren (z.B., den Wirkungsgrad des offenen Zyklus zu erhöhen) und um den Ladeluftstrom zu erhöhen. Auf eine kooperative Art und Weise geht die Nockenphasenstellerposition 860 in einen vorverlegten Bereich über, was den volumetrischen Wirkungsgrad aufgrund des früheren Öffnens der Einlassventile verringert, was den größeren Ladeluftstrom ausgleicht. Wenn die Motorlast in dem Kraftstoffeffizienz-Modusbereich zunimmt, verzögert sich die Nockenphasenstellerposition 860 absichtlich in Richtung der nominalen Positi- on bei 100% der Nennlast, um dem Nockenphasensteller die Fähigkeit zu geben, den Ladeluftstrom in Reaktion auf Laststörungen anzupassen, welche die Motordrehzahl beeinflussen würden. Auf diese Art und Weise arbeiten die IAT-Position 850 und die Nockenphasenstellerposition 860 zusammen, um die Performance der Lastaufnahme zu verbessern und die Motordrehzahl bei hoher Last aufrechtzuerhalten, während die bremsthermische Effizienz verbessert wird.

Wie in FIG. 9 veranschaulicht, zeigt die Beispielauftragung 900 die IAT-Position 950 und die Nockenphasenstellerposition 960. Wie gezeigt, öffnet sich im transienten Modusbereich und dem Kraftstoffeffizienz-Modusbereich die IAT-Position 950 allmählich in Richtung vollständig geöffneter Drossel (Vollgas). Dieser allmähliche Übergang in die IAT-Position 950 entspricht einem ähnlichen allmählichen Anstieg in der Motordrehzahl in Richtung der fest vorgegeben Zielmotordrehzahl für den Nennlastbetreib. Die Nockenphasenstellerposition 960 bleibt über wenigstens einen Abschnitt des transienten Modusbereichs — wie gezeigt, von 0 bis 30% der Nennlast bei einer vollen Verzögerungsposition. Von größer als 30% bis 50% im transienten Modusbereich wird die Nockenphasenstellerposition 960 allmählich vorverlegt.

Bei etwa größer als 50% der Nennlast öffnet sich im Kraftstoffeffizienzmodus die IAT-Position 950 allmählich weiter in Richtung vollständig geöffneter Drossel. Der Übergang zwischen dem transienten Modus und dem Kraftstoffeffizienzmodus ist für die IAT-Position 950 allmählich. Ein allmähliches Vergrößern, das heißt ein allmähliches Vorverlegen, der Nockenphasenstellerposition 960 wird für wenigstens einen Abschnitt des Kraftstoffeffizienz-Modusbereichs fortgesetzt, und auch zwischen den Moden ändert sich die Nockenphasenstellerposition 960 allmählich oder graduell. Die Nockenphasenstellerposition 960 erreicht eine Vorverlegungsgrenze bevor die Nennlast erreicht wird. Wie gezeigt, erreicht die Nockenphasenstellerposition 960 die Vorverlegungsgrenze bei etwa 70% der Nennlast und bleibt in der vollständig vorverlegten Position von größer als 70% bis 100% der Nennlast.

Im Kraftstoffeffizienzmodus oder wenn Nennlast erreicht ist, kann die Motorlast bei Nennlast beispielsweise entweder gemäß der beispielhaften Prozedur 500 (FIG. 5) oder der beispielhaften Prozedur 600 (FIG. 6) betrieben werden.

Es ist zu verstehen, dass die obige Beschreibung bestimmt ist, veranschaulichend und nicht einschränkend zu sein. Viele weitere Ausführungsformen werden Fachleuten beim Lesen und Verstehen der obigen Beschreibung offensichtlich werden. Beispielsweise wird in Betracht gezogen, dass Merkmale, die in Assoziation mit einer Ausführungsform beschrieben werden, optional zusätzlich oder als eine Alternative zu Merkmalen benutzt werden, die in Assoziation mit einer anderen Ausführungsform beschrieben werden. Der Schutzumfang der Erfindung sollte daher mit Bezug auf die angefügten Ansprüche zusammen mit dem vollen Umfang von Äquivalente bestimmt werden, zu denen derartige Ansprüche berechtigt sind.

Claims (28)

1. PATENTANSPRÜCHE

   1. Verfahren zur Lufthandhabung für ein Motorsystem mit einer Vormischung von Luft und Kraftstoff stromaufwärts von wenigstens einem Motorzylinder, umfassend: Bestimmen einer Motordrehzahl und einer Motorlast des Motorsystems, wobei die Motorlast eines von einer tatsächlichen Motorlast und einer vorhergesagten Motorlast ist; Einstellen einer Ansaugluftdrossel-Position (ΙΑΤ-Position) in Reaktion auf die Motordrehzahl; und Einstellen einer Einlassventilzeitsteuerung in Reaktion auf die Motorlast.
2. 2. Verfahren gemäß Anspruch 1, ferner umfassend: Nutzen des Motorsystems mit einem Kraftstoff, der wenigstens eines von Erdgas und Benzin umfasst, wobei der Kraftstoff mit Luft stromaufwärts von dem wenigstens einen Motorzylinder mit eines von einem stöchiometrischen und einem mageren Verbrennungsverhältnis vorgemischt wird.
3. 3. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Einstellen der Einlassventilzeitsteuerung ein Einstellen wenigstens eines von einer Nockenphasenstellerposition und einer Einlassventilöffnungsdauer umfasst.
4. 4. Verfahren gemäß Anspruch 1, ferner umfassend: ein Bestimmen eines Motorbetriebsmodus für das Motorsystem in Reaktion auf die Motorlast, wobei der Motorbetriebsmodus eines von einem transienten Modus und einem Kraftstoffeffizienzmodus ist.
5. 5. Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei der transiente Motorbetriebsmodus in Reaktion auf eine Teilmotorlast bestimmt wird und wobei die Einlassventilzeitsteuerung eingestellt wird, um die transiente Antwortzeit zu verbessern.
6. 6. Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei die ΙΑΤ-Position auf eine Anfangsposition in Reaktion auf die Motordrehzahl und die Motorlast eingestellt wird.
7. 7. Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei die ΙΑΤ-Position auf eine Rückkopplungsposition in Reaktion auf einen Motordrehzahlfehlerwert eingestellt wird, um eine Zielmotordrehzahl aufrechtzuerhalten.
8. 8. Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei der Kraftstoffeffizienzmodus in Reaktion auf eine höhere Motorlast als ein Teilmotorlastbereich bestimmt wird, wobei die IAT-Position auf eine Anfangs-IAT-Position in Reaktion auf die Motordrehzahl und die Motorlast eingestellt wird.
9. 9. Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei die Einlassventilzeitsteuerung eingestellt wird, auf eine Anfangseinlassventilzeitsteuerung in Reaktion auf wenigstens eines von: der Motorlast, einem Druckunterschied über die IAT und einem wirksamen Verdichtungsverhältnis (ECR) eingestellt wird.
10. 10. Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei die Einlassventilzeitsteuerung auf eine Rückkopplungs-Einlassventilzeitsteuerung in Reaktion auf einen Druckunterschiedfehlerwert über die IAT eingestellt wird.
11. 11. Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei die ΙΑΤ-Position auf eine Rückkopplungs-ΙΑΤ-Position in Reaktion auf einen Motordrehzahlfehlerwert eingestellt wird, um eine Zieldrehzahl aufrechtzuerhalten.
12. 12. Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei die Anfangs-IAT-Position eine Vollgasposition ist, die Einlassventilzeitsteuerung auf eine Anfangs-Einlassventilzeitsteuerung in Reaktion auf die Motordrehzahl eingestellt wird; und die Einlassventilzeitsteuerung auf eine Rückkopplungs-Einlassventilzeitsteuerung in Reaktion auf einen Motordrehzahlfehlerwert eingestellt wird, um eine Zieldrehzahl aufrechtzuerhalten.
13. 13. Motorcontroller, umfassend: ein Hardwarebeschreibungsmodul (HDM), das strukturiert ist, um einen oder mehrere Motorparameter bereitzustellen, die eine Motordrehzahl und eine Motorlast umfassen, wobei die Motorlast eines von einer tatsächlichen Motorlast und einer vorhergesagten Motorlast ist; ein Lufthandhabungsbestimmungsmodul (AHDM), das strukturiert ist, um eine Ansaugluftdrosselposition (ΙΑΤ-Position) in Reaktion auf die Motordrehzahl bereitzustellen und einen Einlassventilzeitsteuerwert in Reaktion auf die Motorlast bereitzustellen; und ein Hardwarebefehlsmodul (HCM), das strukturiert ist, um einen IAT-Befehl in Reaktion auf die ΙΑΤ-Position bereitzustellen und einen Einlassventilzeitsteuerungsbefehl in Reaktion auf den Einlassventilzeitsteuerwert bereitzustellen.
14. 14. Motorcontroller gemäß Anspruch 13, wobei das AHDM ferner strukturiert ist, um: einen transienten Motorbetriebsmodus in Reaktion auf eine Teilmotorlast zu bestimmen; und einen Kraftstoffeffizienz-Motorbetriebsmodus in Reaktion auf eine höhere Motorlast als einen Teilmotorlastbereich zu bestimmen.
15. 15. Motorcontroller gemäß Anspruch 14, wobei das AHDM ferner strukturiert ist, um: in Reaktion auf die Bestimmung des transienten Motorbetriebsmodus den Einlassventilzeitsteuerwert einzustellen, um die transiente Antwortzeit zu verbessern, die ΙΑΤ-Position auf eine Anfangs-IAT-Position in Reaktion auf die Motordrehzahl und die Motorlast einzustellen, und die ΙΑΤ-Position auf eine Rückkopplungs-IAT-Position in Reaktion auf einen Motordrehzahlfehlerwert einzustellen, um eine Zieldrehzahl aufrechtzuerhalten.
16. 16. Motorcontroller gemäß Anspruch 14, wobei das AHDM ferner strukturiert ist, um: in Reaktion auf die Bestimmung des Kraftstoffeffizienz-Motorbetriebsmodus den Einlassventilzeitsteuerwert auf einen Anfangs-Einlassventilzeitsteuerwert in Reaktion auf wenigstens eines von der Motorlast, einem Druckunterschied über die IAT und einem wirksamen Verdichtungsverhältnis (ECR) einzustellen, und die ΙΑΤ-Position auf eine Anfangs-IAT-Position in Reaktion auf die Motordrehzahl und die Motorlast einzustellen.
17. 17. Motorcontroller gemäß Anspruch 16, wobei das AHDM ferner strukturiert ist, um: in Reaktion auf das Einstellen des Anfangs-Einlassventilzeitsteuerwerts und das Einstellen der Anfangs-IAT-Position den Einlassventilzeitsteuerwert auf einen Rückkopplungs-Ventilzeitsteuerwert in Reaktion auf einen Druckunterschiedfehlerwert über die IAT einzustellen und die ΙΑΤ-Position auf eine Rückkopplungs-IAT-Position in Reaktion auf einen Motordrehzahlfehlerwert einzustellen, um eine Zieldrehzahl aufrechtzuerhalten.
18. 18. Motorcontroller gemäß Anspruch 14, wobei das AHDM ferner strukturiert ist, um: in Reaktion auf die Bestimmung des Kraftstoffeffizienz-Motorbetriebsmodus die IAT-Position auf eine Vollgasposition einzustellen, den Einlassventilzeitsteuerwert auf einen Anfangs-Einlassventilzeitsteuerwert in Reaktion auf die Motordrehzahl einzustellen, und den Einlassventilzeitsteuerwert auf einen Rückkopplungseinlassventil-Zeitsteuerwert in Reaktion auf einen Motordrehzahlfehlerwert einzustellen, um eine Zieldrehzahl aufrechtzuerhalten.
19. 19. Motorcontroller gemäß Anspruch 13, wobei das AHDM strukturiert ist, um die ΙΑΤ-Position und den Einlassventilzeitsteuerwert in Reaktion darauf einzustellen, dass Luft und Kraftstoff stromaufwärts von einem Motorzylinder mit eines von einem stöchiometrischen und einem mageren Verbrennungsverhältnis vorgemischt wird.
20. 20. Motorcontroller gemäß Anspruch 13, wobei der Einlassventilzeitsteuerwert eines von einer Nockenphasenstellerposition und einer Einlassventilöffnungsdauer ist.
21. 21. Motorsystem, umfassend: ein Luftbehandlungssystem, das einen Ansaugluftweg, eine Ansaugluftdrossel (IAT) entlang dem Ansaugweg, der eine ΙΑΤ-Position aufweist, und einen Nockenphasensteller entlang des Ansaugwegs, der eine Nockenphasenstellerposition aufweist; einen Motorblock, der einen Satz von Zylindern in Fluidkommunikation mit dem Ansaugluftweg umfasst; und ein Mittel zum Steuern der ΙΑΤ-Position und der Nockenphasenstellerposition, um die transiente Antwortzeit in einem transienten Modus zu verbessern und eine bremsthermische Effizienz in einem Kraftstoffeffizienzmodus zu verbessern.
22. 22. Motorsystem gemäß Anspruch 21, wobei das Mittel zum Steuern Mittel zum Einstellen der ΙΑΤ-Position in Reaktion auf wenigstens eines von einer Motordrehzahl, einer Motorlast und einem Motordrehzahlfehlerwert umfasst, um eine Zielmotordrehzahl aufrechtzuerhalten.
23. 23. Motorsystem gemäß Anspruch 21, wobei das Mittel zum Steuern ein Mittel zum Einstellen der Nockenphasenstellerposition in Reaktion auf wenigstens eines von einer Motorlast, einem wirksamen Verdichtungsverhältnis (ECR), einem Druckunterschied über die IAT und einem Druckunterschiedfehlerwert über die IAT umfasst.
24. 24. Motorsystem gemäß Anspruch 21, ferner umfassend einen Turbolader, der einen Verdichter entlang dem Ansaugweg und eine Turbine entlang einem Abgasweg in Fluidkommunikation mit den Motorblockzylindern aufweist, wobei das Mittel zum Steuern Mittel zum Steuern wenigstens eines von einem Ladeluftstrom, einer Motordrehzahl, einer Motorlast, einem wirksamen Verdichtungsverhältnis (ECR) und einem Druckunterschied über die IAT umfasst.
25. 25. Motorsystem gemäß Anspruch 24, ferner umfassend einen anderen Turbolader, um ein Zwei-Stufen-Turboladesystem zu bilden.
26. 26. Motorsystem gemäß Anspruch 21, ferner umfassend wenigstens eines von einem Druckdifferentialsensor über die IAT, einem Drucksensor entlang dem Ansaugweg, einem Drucksensor in einem Einlasskrümmer, einem Drucksensor in einem Abgaskrümmer, einem Drucksensor an einem Turbineneinlass, einem Drucksensor an einem Verdichterauslass und einem Massenstromsensor.
27. 27. Motorsystem gemäß Anspruch 21, ferner umfassend einen Generator, der mit einer Kurbelwelle des Motorsystems zum Bereitstellen einer externen Last an das Motorsystem gekoppelt ist.
28. 28. Motorsystem gemäß Anspruch 21, wobei das Mittel zum Steuern umfasst: Mittel zum Steuern der ΙΑΤ-Position und der Nockenphasenstellerposition in Reaktion darauf, dass Luft und Kraftstoff stromaufwärts von dem Satz von Zylindern mit eines von einem stöchiometrischen und einem mageren Verbrennungsverhältnis vorgemischt werden.