DE102004044390B4

DE102004044390B4 - Steuerung des Motordrehmoments mit Abschätzung eines gewünschten Zustandes

Info

Publication number: DE102004044390B4
Application number: DE102004044390.4A
Authority: DE
Inventors: Michael Livshiz; Scott J. Chynoweth
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2003-09-17
Filing date: 2004-09-14
Publication date: 2014-08-28
Anticipated expiration: 2024-09-15
Also published as: DE102004044390A1; DE102004044390B8; US6840215B1

Abstract

Motorsteuerungssystem, mit: einem Motor mit einem Krümmer; und einem Controller, der eine gewünschte Drosselfläche eines Ansaugkrümmers basierend auf einem berechneten gewünschten Absolutladedruck des Krümmers und ein Anlaufdrehmoment basierend auf einem angeforderten Drehmoment berechnet, wobei der gewünschte Absolutladedruck auf dem Anlaufdrehmoment basiert.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Motorsteuerungssysteme und insbesondere auf ein Motorsteuerungssystem zum Verbessern einer Drehmomentsteuerung während eines transienten bzw. instationären und stationären Betriebs.
Aus der DE 100 46 449 A1 ist ein Verfahren zum Einstellen eines Saugrohrdrucks bekannt, mit welchem dem Effekt entgegengewirkt werden kann, dass der Saugrohrdruck sich nur zeitverzögert seinem Solldruck annähert, wenn die Drosselklappe bedingt durch einen geänderten Lastzustand verstellt wurde. Um diesem Verzögerungseffekt entgegenzuwirken, wird in dieser Druckschrift daher vorgeschlagen, die Drosselklappe überhöht anzusteuern, so dass diese, weiter als normalerweise erforderlich wäre, geöffnet wird.
In 1 ist nun ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern eines Drehmoments eines Motors als Ganzes mit 10 bezeichnet. Eine Drehmomentsteuerung beginnt mit Schritt 12. In Schritt 14 bestimmt die Steuerung, ob der Motor arbeitet. Falls der Motor arbeitet, werden in Schritt 16 die momentane UpM (R), der Absolutladedruck (MAP), die Luftmassenstromrate (MAF) und das Kraftstoff/Luft-Verhältnis (AF) gemessen. Falls der Motor nicht arbeitet, endet die Steuerung in Schritt 28. In Schritt 18 wird auf der Basis einer inversen Funktion des Drehmoments eine gewünschte Luft pro Zylinder (APC_des) abgeschätzt. APC_des wird auf der Basis von in Schritt 16 gemessenen Parametern und anderen gemessenen Werten bestimmt. APC_des kann durch die folgende Gleichung charakterisiert werden: APC_des = Tag –1 / apc(T_ref, R, S, D, AF, OT, #) (1) wobei T_ref ein Referenzdrehmoment, S der Zündzeitpunkt, D eine Verdünnung auf Abgasbasis, OT die Öltemperatur und # die Anzahl von Zylindern des Motors ist. In Schritt 20 wird das Motordrehmoment durch die folgenden Gleichungen abgeschätzt: T = η_at·η_#·(T_w + T_ot) (2) T_w = APC_des + a_R·R + a_s·S + a_s²·S² (3) wobei η_at der Wirkungsgrad des Luftstroms durch den Krümmer des Motors ist, η_# der Wirkungsgrad der Zylinder des Motors ist, T_w das Anlaufdrehmoment des Motors ist, T_ot das anfängliche Drehmoment des Motors ist und a_i Koeffizienten sind.
In Schritt 22 wird der gewünschte MAF auf der Basis der folgenden Gleichung MAF_des = APC_des·R (4) berechnet. In Schritt 24 wird die gewünschte Fläche auf der Basis der folgenden Gleichung berechnet:
wobei R die gemessene UpM, R_gas die ideale Gaskonstante, B der Luftdruck und P der gemessene MAP ist. Auf Gleichung (5) wird im Folgenden als die Gleichung für kompressible Strömung verwiesen. Die Steuerung kehrt dann in einer Schleife zu Schritt 14 zurück.
Wie dargestellt ist, ist die gewünschte Fläche (A_des) eine Funktion von UpM (R) und des Ladedrucks (P). Unter instationären Bedingungen hat der Controller keine Anhaltspunkte, die eine schnelle Antwort der Drehmomentsteuerung ermöglichen. In diesem Zusammenhang kann eine unerwünschte Zeitverzögerung auftreten, während MAP und UpM auf einen gewünschten Pegel korrigiert werden. Wie in 1A veranschaulicht ist, kann zum Beispiel eine Zeitverzögerung Δt auftreten. Auf diese Weise wird der MAP vom Leerlauf bis zur weit offenen Drossel zunehmen, was eine Verzögerung bei der Flächenöffnung hervorruft. Als Folge wird Gleichung (5) keine augenblickliche Änderung der Fläche liefern. Eine ähnliche unerwünschte Zeitverzögerung kann sich auch während einer Steuerung des Motordrehmoments für eine UpM-Korrektur ergeben.
Ein Motorsteuerungssystem gemäß der Erfindung schließt einen Motor mit einem Krümmer ein. Ein Controller berechnet auf der Basis eines gewünschten Absolutladedrucks des Krümmers eine gewünschte Fläche. Der Controller berechnet basierend auf einem angeforderten Drehmoment ein Anlaufdrehmoment, und der Absolutladedruck basiert auf dem Anlaufdrehmoment.
Ein Verfahren gemäß der Erfindung steuert ein Drehmoment in einem Verbrennungsmotor. Motorparameter werden gemessen, und ein Motordrehmoment wird abgeschätzt. Es wird eine gewünschte Luft pro Zylinder des Motors berechnet. Auf der Basis einer Funktion des Motordrehmoments wird ein gewünschter Absolutladedruck eines Krümmers des Motors berechnet. Auf der Basis des gewünschten Absolutladedrucks wird eine gewünschte Fläche berechnet und in den Controller implementiert, um eine Drehmomentabgabe des Motors zu steuern.
Ein Verfahren gemäß der Erfindung steuert ein Drehmoment in einem Verbrennungsmotor. Motorparameter werden gemessen, und ein Motordrehmoment wird abgeschätzt. Eine gewünschte Luft pro Zylinder des Motors wird berechnet. Auf der Basis einer gemessenen UpM des Motors und eines Referenzdrehmoments des Motors wird eine gewünschte UpM des Motors berechnet. Eine gewünschte Fläche wird auf der Basis des gewünschten Absolutladedrucks berechnet und in den Controller implementiert, um eine Drehmomentabgabe des Motors zu steuern.
Ein Verfahren gemäß der Erfindung steuert ein Drehmoment in einem Verbrennungsmotor. Motorparameter werden gemessen, und ein Motordrehmoment wird abgeschätzt. Eine gewünschte Luft pro Zylinder des Motors wird berechnet. Auf der Basis einer Funktion des Motordrehmoments wird ein gewünschter Absolutladedruck eines Krümmers des Motors berechnet. Eine gewünschte UpM des Motors wird auf der Basis einer gemessenen UpM des Motors und eines Referenzdrehmoments des Motors berechnet. Eine gewünschte Fläche wird auf der Basis des gewünschten Absolutladedrucks berechnet und in den Controller implementiert, um eine Drehmomentabgabe des Motors zu steuern.
Weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden Erfindung werden aus der im Folgenden gelieferten ausführlichen Beschreibung ersichtlich werden. Es sollte sich verstehen, dass die ausführliche Beschreibung und spezifischen Beispiele, obgleich sie die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung angeben, nur zu Veranschaulichungszwecken und nicht dazu gedacht sind, den Umfang der Erfindung zu beschränken.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:
1 ein Flussdiagramm, das Schritte zum Durchführen einer Drehmomentsteuerung nach dem Stand der Technik veranschaulicht;
1A eine Veranschaulichung eines Absolutladedrucks als Funktion der Zeit für Motoren mit einer Drehmomentsteuerung nach dem Stand der Technik;
2 ein Funktionsblockdiagramm eines Motorsteuerungssystems, das die Genauigkeit einer Drehmomentsteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung verbessert;
3 ein Flussdiagramm, das Schritte zum Steuern eines Motordrehmoments gemäß einem ersten Verfahren der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
4 ein Flussdiagramm, das Schritte zum Steuern eines Motordrehmoments gemäß einem zweiten Verfahren der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und
5 ein Flussdiagramm, das Schritte zum Steuern eines Motordrehmoments gemäß einem dritten Verfahren der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform(en) ist in ihrer Art nur beispielhaft und soll in keiner Weise die Erfindung, ihre Anwendung oder Nutzungen beschränken. Der Klarheit halber werden in den Zeichnungen die gleichen Bezugsziffern verwendet, um ähnliche Elemente zu identifizieren.
Nach 2 enthält ein nun Motorsteuerungssystem 110 gemäß der vorliegenden Erfindung einen Controller 112 und einen Motor 116. Der Motor 116 umfasst mehrere Zylinder 118 mit je einem oder mehr (nicht dargestellten) Einlassventilen und/oder Auslassventilen. Der Motor 116 weist ferner ein Kraftstoffeinspritzsystem 120 und ein Zündsystem 124 auf. Ein elektronischer Drossel-Controller (ETC) 26 stellt eine Drosselfläche eines Ansaugkrümmers 128 auf der Basis einer Stellung eines (nicht dargestellten) Gaspedals und eines Drosselsteuerungsalgorithmus ein, der vom Controller 112 ausgeführt wird. Ein oder mehrere Sensoren 134 und 132 wie z. B. ein Ladedrucksensor und/oder ein Sensor für die Lufttemperatur im Krümmer fühlen den Druck und/oder die Lufttemperatur im Ansaugkrümmer 128 ab. Der Controller 112 empfängt Informationen über die Pedalstellung von Sensoren 130 und 140 für die Brems- und Gaspedalstellung. Über eine Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung 154 ist ein Abtrieb des Motors 116 mit einem Getriebe 158 gekoppelt.
Nach 2 und 3 sind nun Schritte zum Steuern des Motordrehmoments gemäß einem ersten Verfahren als ganzes mit 170 bezeichnet. Das Verfahren 170 zur Drehmomentsteuerung umfasst ähnliche Schritte, wie sie bezüglich des Verfahrens 10 zur Drehmomentsteuerung beschrieben wurden. Im ersten Verfahren wird in einem Schritt 180 während einer Drehmomentsteuerung ein gewünschter MAP berechnet. In Schritt 180 nutzt der Controller 112 die folgenden Gleichungen: P_des = F –1 / P(T_ref, R, S, D, AF, OT, #) (6) T = η_af·η_#·(T_w + T_ot) (7) T_w = a_P·P_des + a_R·R + a_s·S + a_s²·S² (8)
Die Gleichung (6) veranschaulicht einen gewünschten MAP als inverses Drehmomentmodell. Die Gleichung (7) repräsentiert ein Modell des Motordrehmoments, bei dem T_w der Anlaufteil ist. T ist ein angefordertes Drehmoment, η_af ist ein Wirkungsgrad des Luftstroms des Ansaugkrümmers 128, η_# ist ein Wirkungsgrad der Zylinder 118 des Motors 116, und T_ot ist ein anfängliches Drehmoment. Aus Gleichung (7) sind mit Ausnahme von T_w alle Variablen bekannt. Der Controller 112 löst nach T_w auf und setzt das Ergebnis in die Gleichung (8) ein. In Gleichung (8) wird P_des oder der gewünschte MAP berechnet.
Hat der Controller 112 einmal den gewünschten MAP berechnet, wird in Schritt 224 die Gleichung für kompressible Strömung genutzt, um unter Verwendung von P_des statt des gemessenen P die gewünschte Fläche zu berechnen, oder konkreter
Die Abschätzung für die Steuerung des gewünschten MAP unter Ausnutzung eines berechneten MAP (P_des) ermöglicht verglichen mit einem Implementieren eines gemessenen P während einer Drehmomentsteuerung ein schnelleres Einschwingverhalten. Die Steuerung kehrt dann in einer Schleife zu Schritt 14 zurück.
In 4 sind nun Schritte zum Steuern eines Motordrehmoments gemäß einem zweiten Verfahren als Ganzes mit 230 bezeichnet. Das Drehmomentsteuerungsverfahren 230 nutzt einen Multiplizierer mit offenem Regelkreis (OLM) und weist ähnliche Schritte auf, wie sie bezüglich des Verfahrens 10 zur Drehmomentsteuerung beschrieben wurden. Im zweiten Verfahren wird während einer Drehmomentsteuerung in Schritt 234 eine gewünschte UpM berechnet. In Schritt 234 nutzt die Steuerung die folgenden Gleichungen: APC_des = k·η(P_des, R_des)·P_des (10) η = a₀ + a₁·R + a₂·R² + a₃·P + a₄·P² (11)
R_des = f(APC_des, P_des, a₁) (13) R_des = R·OLM (14) OLM = f(APC_des, P_des, a₁) = f(T_ref, R) (15)
Die Luft pro Zylinder (APC) ist dem volumetrischen Wirkungsgrad (η) und dem Ladedruck (P) proportional. Dementsprechend repräsentiert Gleichung (10) eine gewünschte Luft pro Zylinder (APC_des) als Funktion des volumetrischen Wirkungsgrades (η) und des gewünschten Ladedrucks (P_des), wobei k eine Konstante ist.
In Gleichung (11) ist der volumetrische Wirkungsgrad (η) eine Funktion von UpM (R) und des Ladedrucks (P). Unter Ausnutzung der Gleichungen (10) und (11) kann daher der Wirkungsgrad (η) durch die Gleichung (12) beschrieben werden. Als Ergebnis, und wie in Gleichung (13) dargestellt ist, ist die gewünschte UpM (R_des) eine Funktion der gewünschten Luft pro Zylinder (APC_des), des gewünschten Ladedrucks (P_des) und der Koffizienten a₁. Die Funktion, wie sie in Gleichung (13) dargestellt ist, kann jedoch schwierig zu berechnen sein. Folglich kann für einige Anwendungen die Berechnung der gewünschten UpM durch einen OLM ersetzt werden, der eine numerische Annäherung der gewünschten UpM repräsentiert. Die gewünschte UpM und der zugehörige OLM sind durch die Gleichungen (14) und (15) gekennzeichnet.
Hat der Controller 112 einmal die gewünschte UpM berechnet, wird in Schritt 244 die Gleichung für kompressible Strömung genutzt, um unter Verwendung der berechneten gewünschten UpM R_des statt der gemessenen R die gewünschte Fläche zu berechnen, oder konkreter
Die Abschätzung für die Steuerung des gewünschten MAP unter Ausnutzung der berechneten UpM ermöglicht ein schnelleres Einschwingverhalten verglichen mit einem Implementieren einer gemessenen UpM während einer Drehmomentsteuerung. Es sei besonders erwähnt, dass ein gemessener Ladedruck (P) im Verfahren 230 zur Drehmomentsteuerung genutzt wird. Die Steuerung kehrt dann in einer Schleife zu Schritt 14 zurück.
In 2 und 5 sind nun Schritte zum Steuern eines Motordrehmoments gemäß einem dritten Verfahren als Ganzes mit 240 bezeichnet. Das Verfahren 240 zur Drehmomentsteuerung 240 enthält ähnliche Schritte, wie sie bezüglich des Verfahrens 10 zur Drehmomentsteuerung beschrieben wurden. Im dritten Verfahren werden sowohl ein gewünschter MAP (P_des) als auch eine gewünschte UpM (R_des) in Schritten 180 bzw. 234 während einer Drehmomentsteuerung berechnet. Die Werte Von P_des und R_des werden unter Ausnutzung der bezüglich der Verfahren 170 und 230 zur Drehmomentsteuerung oben dargelegten Gleichungen erhalten.
Die Gleichung für kompressible Strömung wird in Schritt 264 wieder genutzt. Für dieses Verfahren werden jedoch jeweils sowohl P_des als auch R_des statt eines gemessenen Ladedrucks (P) und einer gemessenen UpM (R) implementiert. Die Gleichung für kompressible Strömung kann durch die folgende Gleichung repräsentiert werden.
Die Abschätzung der Steuerung des gewünschten MAP und der UpM unter Ausnutzung eines berechneten MAP und einer berechneten UpM ermöglicht ein schnelleres Einschwingverhalten verglichen mit einem Implementieren eines gemessenen P und einer gemessenen R während einer Drehmomentsteuerung. Die Steuerung kehrt dann in einer Schleife zu Schritt 14 zurück.
Ein Motorsteuerungssystem und -verfahren gemäß der Erfindung steuern ein Drehmoment in einem Verbrennungsmotor. Motorparameter werden gemessen, und ein Motordrehmoment wird abgeschätzt. Eine gewünschte Luft pro Zylinder des Motors wird berechnet. Ein gewünschter Absolutladedruck eines Motorkrümmers wird auf der Basis einer Funktion des Motordrehmoments berechnet. Eine gewünschte UpM des Motors wird auf der Basis einer gemessenen UpM des Motors und eines Referenzdrehmoments des Motors berechnet. Auf der Basis des gewünschten Absolutladedrucks wird eine gewünschte Fläche berechnet und in den Controller implementiert, um eine Drehmomentabgabe des Motors zu steuern.

Claims

Motorsteuerungssystem, mit: einem Motor mit einem Krümmer; und einem Controller, der eine gewünschte Drosselfläche eines Ansaugkrümmers basierend auf einem berechneten gewünschten Absolutladedruck des Krümmers und ein Anlaufdrehmoment basierend auf einem angeforderten Drehmoment berechnet, wobei der gewünschte Absolutladedruck auf dem Anlaufdrehmoment basiert.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anlaufdrehmoment ferner auf dem Wirkungsgrad (η_at) des Luftstroms durch den Krümmer basiert.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gewünschte Drosselfläche ferner auf einer gewünschten UpM und einem Referenzdrehmoment des Motors basiert.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das angeforderte Drehmoment ein Produkt eines Wirkungsgrads (η_at) des Luftstroms durch den Krümmer, eines Wirkungsgrads (η_#) der Zylinder des Motors und der Summe des Anlaufdrehmoments und eines anfänglichen Drehmoments des Motors ist.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Anlaufdrehmoment die Summe der Produkte des gewünschten Absolutladedrucks und eines Ladedruckkoeffizienten, einer augenblicklichen UpM und eines UpM-Koeffizienten, eines Zündzeitpunkts und eines Zündkoeffizienten und eines quadrierten Zündzeitpunkts und eines quadrierten Zündkoeffizienten ist.
Verfahren zum Steuern eines Drehmoments in einem Verbrennungsmotor, wobei das Verfahren umfasst: Messen von Motorparametern; Abschätzen eines Motordrehmoments; Berechnen einer gewünschten Luft pro Zylinder des Motors; Berechnen eines gewünschten Absolutladedrucks eines Krümmers des Motors auf der Basis einer Funktion des Motordrehmoments; Berechnen einer gewünschten Drosselfläche eines Ansaugkrümmers auf der Basis des gewünschten Absolutladedrucks des Krümmers; und Verwenden der gewünschten Drosselfläche, um eine Drehmomentabgabe des Motors zu steuern.
Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Berechnen einer gewünschten UpM des Motors auf der Basis einer gemessenen UpM des Motors und eines Referenzdrehmoments des Motors.
Verfahren nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Berechnen der gewünschten Drosselfläche auf der Basis des gewünschten Absolutladedrucks und der gewünschten UpM erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Berechnen des Absolutladedrucks einschließt: Berechnen eines Anlaufdrehmoments basierend auf einem angeforderten Drehmoment; und Berechnen eines gewünschten Absolutladedrucks basierend auf dem Anlaufdrehmoment.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Anlaufdrehmoment ferner auf dem Wirkungsgrad (η_at) des Luftstroms durch den Krümmers basiert.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Messen von Motorparametern ein Messen einer aktuellen UpM des Motors, eines aktuellen Absolutladedrucks, eines aktuellen Ansaugluftstroms und eines aktuellen Kraftstoff/Luft-Verhältnisses einschließt.
Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Berechnen eines gewünschten Ansaugluftstroms des Krümmers des Motors.
Verfahren zum Steuern eines Drehmoments in einem Verbrennungsmotor, wobei das Verfahren umfasst: Messen von Motorparametern; Abschätzen eines Motordrehmoments; Berechnen einer gewünschten Luft pro Zylinder des Motors; Berechnen einer gewünschten UpM des Motors basierend auf einer gemessenen UpM des Motors und einem Referenzdrehmoment des Motors; Berechnen einer gewünschten Drosselfläche eines Ansaugkrümmers basierend auf der gewünschten UpM; und Verwenden der gewünschten Drosselfläche, um eine Drehmomentabgabe des Motors zu steuern.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Messen von Motorparametern ein Messen einer aktuellen UpM des Motors, eines aktuellen Absolutladedrucks, eines aktuellen Ansaugluftstroms und eines aktuellen Kraftstoff/Luft-Verhältnisses einschließt.
Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch Berechnen eines gewünschten Ansaugluftstroms des Krümmers des Motors.