DE102004029059B4

DE102004029059B4 - System und Verfahren zum Überwachen eines Zylinderabschaltvorgangs für einen Motor mit Zylinderdeaktivierung

Info

Publication number: DE102004029059B4
Application number: DE102004029059.8A
Authority: DE
Inventors: Paul A. Bauerle; Kerfegar K. Katrak; Kevin J. Storch; Jr. Spitza Alfred E.; Kevin C. Wong
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2003-06-18
Filing date: 2004-06-16
Publication date: 2018-08-02
Anticipated expiration: 2024-06-17
Also published as: US20040255905A1; DE102004029059A1; US6843229B2

Abstract

Motorsteuerungssystem zum Überwachen eines Zylinderabschaltvorgangs für einen Motor (16) mit Zylinderdeaktivierung (DOD-Motor) der zugeschaltete und abgeschaltete Betriebsarten aufweist, umfassend:
eine Drosselklappe (32), und
einen Controller (12), der eine Vorlast der Drosselklappe (32) vor einem Zylinderabschaltvorgang einstellt und feststellt, ob während des Zylinderabschaltvorgangs ein DOD-Fehler vorhanden ist,
dadurch gekennzeichnet , dass
wenn der Fehler eine vorbestimmte Zeit lang vorhanden ist, der Controller (12) die Vorlast der Drosselklappe (32) aufhebt und entweder den Motor (16) gemäß einer Ausführungsform in der abgeschalteten Betriebsart betreibt oder den Motor (16) gemäß einer anderen Ausführungsform in die zugeschaltete Betriebsart zurückschaltet.

Description

Diese Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum Überwachen eines Zylinderabschaltvorgangs für einen Motor mit Zylinderdeaktivierung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 12, wie aus der DE 102 19 665 A1 bekannt.
Manche Verbrennungsmotoren umfassen Motorsteuerungssysteme, die unter Bedingungen niedriger Last Zylinder abschalten. Beispielsweise kann ein Achtzylindermotor unter Verwendung von vier Zylindern betrieben werden. Eine Zylinderabschaltung verbessert die Kraftstoffwirtschaftlichkeit, indem Pumpverluste reduziert werden. Um einen glatten Übergang zwischen zugeschalteten und abgeschalteten Betriebsarten herzustellen, sollte der Verbrennungsmotor Drehmoment mit einem Minimum an Störungen erzeugen, da sonst der Übergang für den Fahrer nicht transparent sein wird. Ein zu großes Drehmoment bewirkt ein Hochdrehen des Motors und ein unzureichendes Drehmoment bewirkt ein Durchsacken des Motors, was beides das Fahrerlebnis verschlechtert.
Für einen Achtzylindermotor ist der Saugrohrdruck während des Achtzylinderbetriebes wesentlich niedriger als während des Vierzylinderbetriebes. Während des Überganges von acht nach vier Zylindern gibt es in der Vierzylinderbetriebsart eine merkliche Drehmomentverringerung oder ein merkliches Durchsacken, bis der Druck im Saugrohr ein richtiges Saugrohrdruckniveau erreicht. Mit anderen Worten ist für die gleiche Stellung des Gaspedals weniger Motordrehmoment vorhanden, wenn Zylinder abgeschaltet sind, als wenn die Zylinder zugeschaltet sind. Der Fahrer des Fahrzeugs müsste das Gaspedal manuell verstellen, um eine Kompensation der Drehmomentverringerung zu bewerkstelligen und das Drehmoment zu glätten.
In der im Gemeinschaftsbesitz befindlichen U.S. Patentanmeldung US 2003/0213466 A1 mit dem Titel „Engine Control System with Throttle Preload during Cylinder Deactivation“ wird die Drosselklappengrenze vor der Zylinderabschaltung in eine weiter geöffnete Position verstellt, um eine Kompensation vorzusehen. In der am 19. Mai 2003 eingereichten deutschen Patentanmeldung DE 103 22 512 A1 mit dem Titel „Steuerung der Zündzeitpunktverzögerung während Zylinderübergängen in einem Motor mit bedarfsabhängigem Hubraum“ (Nachanmeldung zu der 17. Mai 2002 eingereichten U.S.-Patentanmeldung „Spark Retard Control During Cylinder Transitions in a Displacement on Demand Engine“) wird eine weiter geöffnete Drosselklappenstellung oder Vorlast von einer Verstellung des Zündzeitpunktes nach spät begleitet, um eine Drehmomentzunahme auszugleichen, die durch die Vorlast hergerufen wird, bevor die Zylinder abgeschaltet werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zumindest eine Realisierung zum Überwachen eines Zylinderabschaltvorgangs anzugeben, die es ermöglicht, zuverlässig systemimmanente Fehler bei der Zylinderabschaltung zu identifizieren.
Diese Aufgabe wird mit einem Motorsteuerungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Motorsteuerungssystem zum Überwachen einer Drehmomentzunahme während einer Zylinderabschaltung für einen Motor mit bedarfsabhängigem Hubraum (DOD von Displacement On Demand) bereit, der zugeschaltete und abgeschaltete Betriebsarten aufweist. Das Motorsteuerungssystem umfasst eine Drosselklappe und einen Controller. Der Controller stellt eine Vorlast der Drosselklappe vor einem Übergang in die abgeschaltete Betriebsart bereit und bestimmt, ob während des Zylinderabschaltungsereignisses ein DOD-Fehler vorhanden ist. Der Controller betreibt entweder den Motor mit der Vorlast in der abgeschalteten Betriebsart oder er schaltet in die zugeschaltete Betriebsart, wenn der Fehler eine vorbestimmte Zeit lang vorhanden ist.
Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehend angegebenen detaillierten Beschreibung deutlich werden. Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben, in diesen ist:

1 ein funktionales Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Motorsteuerungssystems, das einen Motor mit bedarfsabhängigem Hubraum überwacht;
2 ein Flussdiagramm, das Schritte veranschaulicht, die von dem Controller für einen bedarfsabhängigen Hubraum durchgeführt werden, und
3 ein Flussdiagramm, das Schritte darstellt, die von einem alternativen Controller für einen bedarfsabhängigen Hubraum durchgeführt werden.

Der Klarheit wegen werden in den Zeichnungen zur Kennzeichnung ähnlicher Bauelemente die gleichen Bezugszeichen verwendet.
So wie sie hierin verwendet werden, beziehen sich die Ausdrücke „zugeschaltet“ auf den Motorbetrieb unter Verwendung aller Motorzylinder und „abgeschaltet“ auf den Motorbetrieb unter Verwendung von weniger als allen Zylindern des Motors (ein oder mehrere Zylinder sind nicht aktiv oder zugeschaltet). Darüber hinaus beschreibt die beispielhafte Ausführung einen Achtzylindermotor mit einer Zylinderabschaltung für vier Zylinder. Jedoch werden Fachleute feststellen, dass die Offenbarung hierin auch für eine Zylinderabschaltung in Motoren mit zusätzlichen oder wenigen Zylindern gilt, wie etwa 4, 6, 10, 12 und 16.
Nach 1 umfasst ein Motorsteuerungssystem 10 gemäß der vorliegenden Erfindung einen Controller 12, einen Motor 16 und ein Getriebe 17, das von dem Motor 16 angetrieben ist. Der Motor 16 umfasst mehrere Zylinder 18, jeweils mit einem oder mehreren Einlassventilen und/oder Auslassventilen (nicht gezeigt). Der Motor 16 umfasst ferner ein Kraftstoffeinspritzsystem 20 und ein Zündsystem 24. Ein elektronischer Drosselklappen-Controller (ETC von Electronic Throttle Controller) 26 stellt einen Drosselklappenquerschnitt in einem Saugrohr 28 ein. Es ist festzustellen, dass der ETC 26 und der Controller 12 einen oder mehrere Controller umfassen können.
Ein Drosselklappenstellungssensor erzeugt ein Drosselklappenstellungssignal, das an den Controller 12 gesendet wird. Ein Temperatursensor 34 erzeugt ein Saugrohrtemperatursignal, das an den Controller 12 gesendet wird. Ein Motordrehzahlsensor 36 erzeugt ein Motordrehzahlsignal, das an den Controller 12 gesendet wird. Ein Getriebesensor 38 erzeugt ein Gangsignal, das an den Controller 12 gesendet wird. Das Gangsignal gibt den gegenwärtigen Gang an, in dem das Getriebe 17 arbeitet. Der Controller 12 empfängt ein Signal von dem Kraftstoffeinspritzsystem 20, das die Anzahl von gegenwärtig mit Kraftstoff beaufschlagten Zylindern 18 angibt.
Der Controller 12 überwacht die verschiedenen hierin beschriebenen Sensoren, um festzustellen, ob eine Zylinderabschaltung zweckmäßig ist. Diese Abschaltungsentscheidung beruht auf der Motorlast. Wenn die Motorlast ausreichend niedrig ist, wird eine ausgewählte Anzahl von Zylindern 18 abgeschaltet und die Ausgangsleistung der verbleibenden oder zugeschalteten Zylinder 18 wird erhöht. Der Controller 12 bestimmt vor dem Übergang in die abgeschaltete Betriebsart eine Drosselklappenvorlast. Die Drosselklappenvorlast beruht auf einer Soll-Drosselklappenstellung während der Zylinderabschaltung. Das heißt, die Drosselklappenvorlast beruht auf der Drosselklappenstellung, die erforderlich ist, um die Ausgangsleistung der zugeschalteten Zylinder zu erhöhen.
Vor dem Übergang in die abgeschaltete Betriebsart verstellt der Controller 12 den Motorzündzeitpunkt auf der Grundlage der Drosselklappenvorlast nach spät. Die Drosselklappenvorlast wird von der Zündzeitpunktverstellung nach spät begleitet, um die Drehmomentzunahme auszugleichen, die durch die Vorlast hervorgerufen wird, bevor die Zylinder abgeschaltet sind. Sobald der Übergang in die abgeschaltete Betriebsart abgeschlossen ist, wird die Verstellung des Zündzeitpunktes nach spät oder die Zündzeitpunktverzögerung vermindert. Eine Glättung des Übergangs in die abgeschaltete Betriebsart wird unter Verwendung einer Zündzeitpunktverstellung nach spät mit der Drosselklappenvorlast durchgeführt.
Vor dem Abschluss des Übergangs in die abgeschaltete Betriebsart überwacht der Controller 12 die verschiedenen Sensoren auf das Vorhandensein eines DOD-Fehlers. Der DOD-Fehler umfasst die folgenden, ist aber nicht auf diese beschränkt: Drehmomentzunahme, Gangzustand und mit Kraftstoff beaufschlagte Zylinder. Die Drehmomentzunahme kann auf vielerlei Weisen bestimmt werden, welche die Motordrehzahländerung einschließen. Eine detaillierte Diskussion der Arten und Weisen, auf welchen eine Drehmomentzunahme festgestellt werden kann, ist in der am 28. Januar 2004 eingereichten deutschen Patentanmeldung DE 10 2004 004 327 A1 „bedarfsabhängige Hubraumverstellung mit Drosselklappenvorlast“ (Nachanmeldung zu US 6,739,314 B1 ) zu finden, deren Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme vollständig mit eingeschlossen ist. Im Hinblick auf die Motordrehzahländerung überwacht der Controller 12 das Motordrehzahlsignal, um festzustellen, ob die Motordrehzahländerung kleiner als ein Schwellenwert ist. Wenn die Motordrehzahländerung kleiner als der Schwellenwert ist, wird keine Drehmomentzunahme detektiert. Wenn die Motordrehzahländerung oberhalb des Schwellenwertes liegt, wird eine Drehmomentzunahme detektiert und der Controller signalisiert einen Fehler.
Der Gangzustand wird von dem Getriebesensor 38 festgestellt. Der Controller 12 identifiziert den gegenwärtigen Gang des Getriebes. Wenn der Gang keiner ist, bei welchem eine Abschaltung erlaubt ist, signalisiert der Controller 12 einen Fehler. Ähnlich verarbeitet der Controller 12 das Signal des Kraftstoffeinspritzsystems, um die Anzahl von mit Kraftstoff beaufschlagten Zylindern 18 festzustellen. Wenn die Anzahl von mit Kraftstoff beaufschlagten Zylindern 18 nicht gleich der Anzahl von Zylindern 18 ist, die in der abgeschalteten Betriebsart mit Kraftstoff zu beaufschlagen sind, signalisiert der Controller 12 einen Fehler.
Wenn während eines Überganges in die abgeschaltete Betriebsart ein Fehler signalisiert worden ist, hebt der Controller 12 die Drosselklappenvorlast auf und stellt fest, ob eine vorbestimmte Anzahl von Übergangsversuchen in die abgeschaltete Betriebsart aufgetreten ist. Wenn das Ergebnis falsch ist, hebt der Controller 12 den gegenwärtigen Übergang auf und bestimmt die Drosselklappenvorlast. Wenn das Ergebnis wahr ist, signalisiert der Controller 12 eine Motorfehlermeldung und beendet den Übergang in die abgeschaltete Betriebsart und betreibt den Motor 16 ohne die Drosselklappenvorlast. Die Motorfehlermeldung kann unter Verwendung einer akustischen und/oder einer optischen Anzeigevorrichtung 40, wie etwa einer Motorkontrolllampe, angezeigt werden. Zusätzlich setzt die Motorfehlermeldung in dem Controller 12 ein Flag, das dem besonderen DOD-Fehler entspricht. Das Flag kann vom Wartungspersonal während der Inspektion des Fahrzeuges gelesen werden. Infolgedessen kann das Wartungspersonal den Fehler beheben.
Anhand von 2 wird die Steuerung einer Anzeige zur Behebung eines Fehlers bei einem Motor mit bedarfsabhängigem Hubraum beschrieben. Bei Schritt 100 bestimmt der Controller, ob eine Abschaltung signalisiert worden ist. Wenn er falsch liefert, kehrt die Steuerung zu Schritt 100 zurück. Wenn Schritt 100 wahr liefert, setzt die Steuerung bei Schritt 102 einen Zähler gleich Eins. Bei Schritt 104 bestimmt die Steuerung die Drosselklappenvorlast. Die Steuerung vergrößert bei Schritt 106 den Drosselklappenöffnungsquerschnitt auf der Grundlage der Drosselklappenvorlast. Bei Schritt 108 verstellt die Steuerung den Zündzeitpunkt auf der Grundlage der Drosselklappenvorlast nach spät. Bei Schritt 110 leitet die Steuerung einen Übergang in die abgeschaltete Betriebsart ein.
Die Steuerung überwacht die Signale der verschiedenen Sensoren, um festzustellen, ob ein DOD-Fehler vorhanden ist. Bei Schritt 112 überwacht die Steuerung die Motordrehzahländerung, um festzustellen, ob sie kleiner als der Schwellenwert ist. Wenn Schritt 112 falsch liefert, signalisiert die Steuerung bei Schritt 114 einen Fehler. Wenn Schritt 112 wahr liefert, geht die Steuerung zu Schritt 116. Bei Schritt 116 bestimmt die Steuerung, ob der Gang des Getriebes richtig ist. Wenn Schritt 116 falsch liefert, signalisiert die Steuerung bei Schritt 118 einen Fehler. Wenn Schritt 116 wahr liefert, geht die Steuerung zu Schritt 120. Bei Schritt 120 bestimmt die Steuerung, ob die Anzahl von mit Kraftstoff beaufschlagten Zylindern für die Abschaltungsbetriebsart richtig ist. Wenn Schritt 120 falsch liefert, signalisiert die Steuerung bei Schritt 122 einen Fehler. Wenn Schritt 120 wahr liefert, geht die Steuerung zu Schritt 124.
Bei Schritt 124 bestimmt die Steuerung, ob ein DOD-Fehler signalisiert worden ist. Wenn Schritt 124 falsch liefert, schließt die Steuerung bei Schritt 126 den Übergang in die abgeschaltete Betriebsart ab. Der Motor arbeitet in der abgeschalteten Betriebsart mit der Drosselklappenvorlast. Wenn ein DOD-Fehler signalisiert worden ist, hebt die Steuerung bei Schritt 128 die Drosselklappenvorlast auf. Bei Schritt 130 bestimmt die Steuerung, ob der Zähler größer als ein Schwellenwert ist. Mit anderen Worten bestimmt die Steuerung, ob ein Übergang in die abgeschaltete Betriebsart zumindest so oft versucht worden ist, wie dies durch eine Schwellenzahl angegeben wird. Wenn Schritt 130 falsch liefert, kehrt die Steuerung zu Schritt 104 zurück, der den Übergang in die abgeschaltete Betriebsart aufhebt und den Zähler in den Schritten 132 bzw. 134 inkrementiert. Wenn Schritt 130 wahr liefert, signalisiert die Steuerung bei Schritt 136 eine Fehlermeldung auf der Grundlage des besonderen DOD-Fehlers. Das Fehlersignal ermöglicht es, dass der Fahrgast oder das Wartungspersonal die Natur des DOD-Fehlers feststellen kann, so dass eine Maßnahme zu seiner Behebung vorgenommen werden kann. Bei Schritt 126 schließt die Steuerung den Übergang in die abgeschaltete Betriebsart ab, wobei der Motor ohne Drosselklappenvorlast betrieben wird.
Der Betrieb des Motors 16 ohne Drosselklappenvorlast kann die Motorinstabilität erhöhen, die von den Insassen des Fahrzeugs gespürt werden kann. Wenn das Fahrzeug nach der Ursache der Motorinstabilität untersucht wird, informiert die Fehlermeldungsanzeigeeinrichtung oder das Fehlermeldungsflag das Wartungspersonal über die Quelle des DOD-Fehlers. Das Wartungspersonal behebt den Fehler und setzt die Fehlermeldungsanzeigevorrichtung und das Fehlermeldungsflag zurück.
In 3 werden viele der Schritte von 2 durchgeführt. Jedoch fährt die Steuerung nach Schritt 136 mit Schritt 150 fort und schaltet in die zugeschaltete Betriebsart zurück. Deshalb endet nach einem Identifizieren von Fehlern die Abschaltungsbetriebsart, und der Motor wird in der zugeschalteten Betriebsart betrieben. Es werden Fehlercodes gesetzt und/oder es können akustische und/oder optische Anzeigevorrichtungen wie oben beschrieben verwendet werden.

Claims

Motorsteuerungssystem zum Überwachen eines Zylinderabschaltvorgangs für einen Motor (16) mit Zylinderdeaktivierung (DOD-Motor) der zugeschaltete und abgeschaltete Betriebsarten aufweist, umfassend: eine Drosselklappe (32), und einen Controller (12), der eine Vorlast der Drosselklappe (32) vor einem Zylinderabschaltvorgang einstellt und feststellt, ob während des Zylinderabschaltvorgangs ein DOD-Fehler vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet , dass wenn der Fehler eine vorbestimmte Zeit lang vorhanden ist, der Controller (12) die Vorlast der Drosselklappe (32) aufhebt und entweder den Motor (16) gemäß einer Ausführungsform in der abgeschalteten Betriebsart betreibt oder den Motor (16) gemäß einer anderen Ausführungsform in die zugeschaltete Betriebsart zurückschaltet.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller (12) die Vorlast aufhebt, wenn der DOD-Fehler vorhanden ist, und die Vorlast neu einstellt, wenn die vorbestimmte Zeitdauer nicht verstrichen ist.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller (12) den Zündzeitpunkt auf der Grundlage der Vorlast vor dem Zylinderabschaltvorgang nach spät verstellt.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Anzeigevorrichtung (40), die ein DOD-Fehlersignal von dem Controller (12) empfängt, nachdem die vorbestimmte Zeitdauer verstrichen ist, um das Vorhandensein des DOD-Fehlers anzugeben.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorlast von einer Soll-Drosselklappenstellung während der Zylinderabschaltung abhängig ist.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der DOD-Fehler ein Fehler in der Drehmomentzunahme ist.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen Motordrehzahlsensor (36), der ein Motordrehzahlsignal erzeugt, das von dem Controller (12) verarbeitet wird, um festzustellen, ob ein Fehler in der Drehmomentzunahme vorhanden ist.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der DOD-Fehler ein Getriebegangfehler ist.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen Getriebesensor (38), der ein Signal auf der Grundlage eines gegenwärtigen Ganges des Getriebes erzeugt, wobei der Controller (12) das Signal verarbeitet, um festzustellen, ob der Getriebegangfehler vorhanden ist.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der DOD-Fehler ein Fehler hinsichtlich der Anzahl von mit Kraftstoff beaufschlagten Zylindern ist.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen Kraftstoffzufuhrsensor (20), der ein Kraftstoffzufuhrsignal erzeugt, wobei der Controller (12) das Signal verarbeitet, um festzustellen, ob der Fehler hinsichtlich der Anzahl von mit Kraftstoff beaufschlagten Zylindern (18) vorhanden ist.
Verfahren zum Überwachen eines Zylinderabschaltvorgangs für einen Motor mit Zylinderdeaktivierung (DOD-Motor), mit den Schritten: Setzen einer Drosselklappenvorlast vor einem Zylinderabschaltvorgang, Feststellen, ob während des Zylinderabschaltvorgangs ein DOD-Fehler vorhanden ist (124), dadurch gekennzeichnet, dass wenn der Fehler eine vorbestimmte Zeit lang vorhanden ist, dass dann die Vorlast der Drosselklappe (32) aufgehoben wird und entweder der Motor (16) gemäß einer Ausführungsform in der abgeschalteten Betriebsart (126) betrieben oder der Motor (16) gemäß einer anderen Ausführungsform in die zugeschaltete Betriebsart (150) zurückgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch die Schritte: Aufheben der Drosselklappenvorlast, wenn der DOD-Fehler vorhanden ist (128), und neu Einstellen der Drosselklappenvorlast, wenn die vorbestimmte Zeitdauer nicht verstrichen ist.
Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch den Schritt: Verstellen des Zündzeitpunkts nach spät auf der Grundlage der Drosselklappenvorlast vor dem Zylinderabschaltvorgang (108).
Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch den Schritt: Signalisieren einer Fehlermeldung, wenn der DOD-Fehler vorhanden ist (136).
Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch den Schritt: Bestimmen der Drosselklappenvorlast auf der Grundlage der Soll-Drosselklappenstellung während der Zylinderabschaltung (104).
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der DOD-Fehler ein Fehler in der Drehmomentzunahme ist (112).
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der DOD-Fehler ein Getriebegangfehler ist (116).
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der DOD-Fehler ein Fehler hinsichtlich der Anzahl von mit Kraftstoff beaufschlagten Zylindern (18) ist (120).