DE102006033250B4

DE102006033250B4 - System und Verfahren zur Detektion eines stationären und eines transienten Zustands für eine Nockenphasenstellerbewegung

Info

Publication number: DE102006033250B4
Application number: DE102006033250.4A
Authority: DE
Inventors: Layne K. Wiggins; Gregory P. Matthews
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2005-07-22
Filing date: 2006-07-18
Publication date: 2019-08-01
Anticipated expiration: 2026-07-19
Also published as: DE102006033250A1; US7464676B2; US20070017486A1

Abstract

System zur Detektion eines stationären oder transienten Zustands für eine Nockenphasenstellerbewegung eines Verbrennungsmotors, das umfasst:eine Nockenpositionserfassungseinrichtung, die ein Positionssignal auf der Grundlage einer Position des Nockenphasenstellers des Motors erzeugt; undein Steuermodul, das das Positionssignal empfängt und ein erstes und zweites Filter auf das Positionssignal anwendet, um einen transienten Zustand oder einen stationären Zustand auszuwählen, undwobei das Steuermodul auf der Grundlage der Auswahl des transienten Zustands und des stationären Zustands einen abgeschätzten Luftwert berechnet.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuersystem für Verbrennungsmotoren und insbesondere ein System und ein Verfahren zum Detektieren stationärer und transienter Zustände eines Nockenphasenstellers, die verwendet werden, um die Luft abzuschätzen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es existieren verschiedene Methoden zum Abschätzen der Luft in einem Verbrennungsmotor. Ein herkömmliches Verfahren verwendet Messungen von einem Luftmassenströmungssensor, um einen Luftwert abzuschätzen. Ein anderes herkömmliches Verfahren verwendet Drehzahldichteberechnungen (speed density calculations), um den Wert abzuschätzen.
Es zeigt sich, dass das erste Verfahren während einer Bewegung von Nockenphasenstellern, die mit Einlass- und Auslassnockenwellen des Motors gekoppelt sind, ungenau ist. Das zweite Verfahren stellt eine genauere Abschätzung während transienten Betriebszuständen der Nockenphasensteller bereit. Herkömmlichen Verfahren zum Abschätzen von Luft fehlt die Fähigkeit, einen transienten Betriebszustand oder einen stationären Betriebszustand der Nockenphasensteller zu detektieren, und fehlt die Fähigkeit, das genaue Luftabschätzverfahren während des transienten Betriebszustands anzuwenden.
Die US 2004/0083047 A1 beschreibt ein Verfahren und ein System zum Abschätzen der einem Zylinder einer Brennkraftmaschine zugeführten Luftmenge anhand von Signalen, die von einem Luftmassensensor (MAF-Sensor) und/oder einem Drucksensor zum Messen eines Sammelleitungsabsolutdrucks (MAP-Sensor) bereitgestellt werden. Während eines transienten Motorbetriebs erfolgt die Luftmengenabschätzung unter Verwendung eines Drehzahldichtealgorithmus (speed density algorithm).
Die DE 197 06 126 C2 beschreibt ein Verfahren zur Regelung einer Brennkraftmaschine im Bereich der Magergrenze. Weiterer Stand der Technik ist aus der US 5 331 936 A und der US 2002/0133286 A1 bekannt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, mit welcher in verbesserter Weise ein stationärer oder transienter Zustand einer Brennkraftmaschine detektiert werden kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe wird durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein System zur Detektion eines stationären oder transienten Zustands für eine Nockenphasenstellerbewegung eines Verbrennungsmotors gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Nockenpositionserfassungseinrichtung und ein Steuermodul. Die Nockenpositionserfassungseinrichtung erzeugt auf der Grundlage einer Position des Nockenphasenstellers des Motors ein Positionssignal. Das Steuermodul empfängt das Positionssignal und wendet erste und zweite Filter auf das Positionssignal an, um entweder einen transienten oder einen stationären Zustand auszuwählen. Das Steuermodul berechnet auf der Grundlage der Auswahl des transienten oder des stationären Zustands auch einen abgeschätzten Luftwert.
Bei anderen Ausführungsformen umfasst das luftdynamische System zur Detektion eines stationären Zustands eine zweite Nockenpositionserfassungseinrichtung. Die zweite Nockenpositionserfassungseinrichtung erzeugt ein zweites Positionssignal eines zweiten Nockenphasenstellers des Motors. Der Nockenphasensteller ist mit einer Einlassnockenwelle des Motors gekoppelt, und der zweite Nockenphasensteller ist mit einer Auslassnockenwelle des Motors gekoppelt. Das Steuermodul wendet dritte und vierte Filter auf das zweite Positionssignal an und wählt auf der Grundlage einer Differenz zwischen den ersten und zweiten Filtern und einer Differenz zwischen den dritten und vierten Filtern entweder einen stationären Zustand oder einen transienten Zustand aus.
Bei weiteren Ausführungsformen berechnet das Steuermodul auf der Grundlage einer Drehzahldichteberechnung einen abgeschätzten Luftwert, wenn das Steuermodul den transienten Zustand ermittelt. Wenn das Steuermodul den stationären Zustand ermittelt, berechnet das Steuermodul einen abgeschätzten Luftwert auf der Grundlage eines Luftmassenströmungssensorsignals und einer Motordrehzahl. Das Steuermodul steuert eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung des Motors auf der Grundlage des abgeschätzten Luftwerts.
Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Erfindung werden aus der hierin nachfolgend bereitgestellten detaillierten Beschreibung ersichtlich. Es sei angemerkt, dass die detaillierte Beschreibung und spezifische Beispiele, während sie die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung erklären, nur Erläuterungszwecken dienen.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird aus der detaillierten Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen leichter ersichtlich, in denen:

1 ein funktionales Blockdiagramm ist, das ein Fahrzeugmotorsystem einschließlich eines Steuermoduls zeigt, das einen Motorbetrieb gemäß dem luftdynamischen System und Verfahren zur Detektion eines stationären Zustands der vorliegenden Erfindung steuert;
2 ein Datenflussdiagramm ist, das ein Steuermodul zeigt, welches ein luftdynamisches System zur Detektion eines stationären Zustands gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst;
3 ein Flussdiagramm ist, das die Schritte zeigt, die durch das Zustandsermittlungsmodul ausgeführt werden; und
4 ein Flussdiagramm ist, das die Schritte zeigt, die durch das Luftabschätzmodul ausgeführt werden.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform(en) ist lediglich beispielhafter Natur. Zu Klarheitszwecken werden die gleichen Bezugszeichen in den Zeichnungen verwendet, um die gleichen Elemente zu identifizieren. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck Modul auf einen anwendungsspezifischen Schaltkreis (ASIC von application specific integrated circuit), einen elektronischen Schaltkreis, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, zugeordnet oder gruppiert) und einen Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, einen Schaltkreis mit kombinatorischer Logik und/oder andere geeignete Bauteile, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
In Bezug auf 1 umfasst ein Motorsystem 10 einen Motor 12, der ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff verbrennt, um ein Antriebsdrehmoment zu erzeugen. Luft wird über eine Drosseleinrichtung 16 in einen Einlasskrümmer 14 angesaugt. Die Drosseleinrichtung 16 regelt den Luftmassenstrom in den Einlasskrümmer 14. Ein Luftmassenströmungssensor 15 erfasst die Masse der Luft, die in den Motor strömt. Ein Krümmerabsolutdrucksensor 17 erfasst den Luftdruck in dem Einlasskrümmer 14. Die Luft in dem Einlasskrümmer 14 wird in Zylinder 18 verteilt. Obwohl nur ein einzelner Zylinder 18 gezeigt ist, sei angemerkt, dass das Motorsteuersystem der vorliegenden Erfindung in Motoren mit mehreren Zylindern realisiert sein kann, die 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 und 12 Zylinder umfassen, aber nicht darauf beschränkt sind.
Eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung (nicht gezeigt) spritzt Kraftstoff, der mit der Luft kombiniert wird, während sie angesaugt wird, über eine Einlassöffnung in den Zylinder 18 ein. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung kann eine zu einem elektronischen oder mechanischen Kraftstoffeinspritzsystem 20, einer Düse oder einer Öffnung eines Vergasers oder einem anderen System zum Mischen von Kraftstoff mit Einlassluft gehörige Einspritzeinrichtung sein. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung wird gesteuert, um ein gewünschtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F-Verhältnis von air-to-fuel ratio) in jedem Zylinder 18 bereitzustellen.
Ein Einlassventil 22 öffnet und schließt selektiv, um zu ermöglichen, dass das Luft/Kraftstoff-Gemisch in den Zylinder 18 eintritt. Die Einlassventilposition wird durch eine Einlassnockenwelle 24 geregelt. Ein Kolben (nicht gezeigt) komprimiert das Luft/Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder 18. Eine Zündkerze 26 initiiert eine Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemischs, wobei der Kolben in dem Zylinder 18 angetrieben wird. Der Kolben treibt eine Kurbelwelle (nicht gezeigt) an, um ein Antriebsdrehmoment zu erzeugen. Das Verbrennungsabgas in dem Zylinder 18 wird aus einer Auslassöffnung gedrängt, wenn sich ein Auslassventil 28 in einer offenen Position befindet. Die Auslassventilposition wird durch eine Auslassnockenwelle 30 geregelt. Das Abgas wird in einem Abgassystem behandelt. Obwohl einzelne Einlass- und Auslassventile 22, 28 gezeigt sind, sei angemerkt, dass der Motor 12 mehrere Einlass- und Auslassventile 22, 28 pro Zylinder 18 umfassen kann.
Das Motorsystem 10 kann einen Einlassnockenphasensteller 32 und einen Auslassnockenphasensteller 34 umfassen, die jeweils das Timing der Drehung der Einlass- und Auslassnockenwellen 24, 30 regeln. Genauer gesagt können das Timing oder der Phasenwinkel der jeweiligen Einlass- und Auslassnockenwellen 24, 30 in Bezug aufeinander oder in Bezug auf einen Ort des Kolbens in dem Zylinder 18 oder einer Kurbelwellenposition verzögert oder vorgerückt werden. Auf diese Weise kann die Position der Einlass- und Auslassventile 22, 28 in Bezug aufeinander oder in Bezug auf einen Ort des Kolbens in dem Zylinder 18 geregelt werden. Durch Regeln der Position des Einlassventils 22 und des Auslassventils 28 wird die Menge des in den Zylinder 18 eingelassenen Luft/Kraftstoff-Gemischs geregelt, und folglich wird das Motordrehmoment geregelt.
Ein Steuermodul 40 detektiert transiente und stationäre Betriebszustände der Nockenphasensteller 32, 34 und berechnet einen abgeschätzten Luftwert 62 gemäß der vorliegenden Erfindung. Bezugnehmend auf 2 ist das Steuermodul 40 ausführlicher gezeigt. Das Steuermodul 40 empfängt eine Einlassnockenphasenstellerposition 52 und eine Auslassphasenstellerposition 54. Die Positionen können entweder von den Nockenphasenstellern 32, 34 (1) erfasst werden oder aus anderen Motorbetriebszuständen ermittelt werden. Ein Zustandsermittlungsmodul 56 ermittelt entweder einen stationären Betriebszustand oder einen transienten Betriebszustand von jedem Nockenphasensteller. Ein Nockenphasensteller arbeitet in einem transienten Zustand, wenn sich der Nockenphasensteller bewegt. Ein Nockenphasensteller arbeitet in einem stationären Zustand, wenn sich der Nockenphasensteller in einer Ruhelage befindet. Ein Luftabschätzmodul 60 berechnet den abgeschätzten Luftwert 62 auf der Grundlage eines Zustands-Flags 58, das von dem Zustandsermittlungsmodul 56 empfangen wird.
Bezugnehmend auf 3 erläutert das Flussdiagramm die Schritte, die durch das Zustandsermittlungsmodul gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden. In den Schritten 100 und 110 wird ein Paar von Tiefpassfiltern auf die Einlassphasenstellerposition und/oder die Auslassphasenstellerposition angewandt. In Schritt 100 wird ein schnelles Tiefpassfilter angewandt. In Schritt 110 wird ein langsameres Tiefpassfilter angewandt Wenn sich die Nockenphasensteller nicht bewegen, ist der Ausgang beider Filter der gleiche. Wenn sich jedoch einer der beiden Nockenphasensteller bewegt, erzeugen die Filter verschiedene Ausgänge. In Schritt 120 wird eine Differenz zwischen den Filterausgängen für die Auslassnockenphasenstellerposition und/oder die Einlassnockenphasenstellerposition berechnet.
Wenn in Schritt 130 der Absolutwert der Einlasspositionsdifferenz größer oder gleich einem ersten auswählbaren Schwellenwert ist, oder der Absolutwert der Auslasspositionsdifferenz größer oder gleich einem zweiten auswählbaren Schwellenwert ist, werden transiente Betriebszustände ermittelt und ein Flag für einen transienten Zustand wird auf WAHR gesetzt. Wenn in Schritt 130 der Absolutwert der Einlasspositionsdifferenz kleiner als der erste auswählbare Schwellenwert ist, oder der Absolutwert der Auslasspositionsdifferenz kleiner als der zweite auswählbare Schwellenwert ist, wird ein stationärer Betriebszustand ermittelt und ein Flag für einen stationären Zustand wird auf WAHR gesetzt. Bei einer alternativen Ausführungsform kann ein Offset mit variabler Größe (eine Rundung) auf die Differenzen angewandt werden, um die Tatsache zu berücksichtigen, dass sich die Nockenphasensteller in einiger Entfernung von der Ruheposition bewegen können, ohne erhebliche Auswirkungen zu verursachen.
Bezugnehmend auf 4 sind Schritte, die durch das Luftabschätzmodul 60 ausgeführt werden, ausführlicher gezeigt. Während das Flag für einen transienten Zustand auf WAHR gesetzt ist, verwendet die Abschätzeinrichtung das Drehzahldichte-Berechnungsverfahren für den abgeschätzten Luftwert. Ein abgeschätzter Luftwert bei einem transienten Zustand wird in Schritt 220 auf der Grundlage eines Drucks des Einlasskrümmers, einer Motordrehzahl, der Einlassnockenphasenstellerposition, der Auslassnockenphasenstellerposition und der Temperatur der abgeschätzten Luft pro Zylinder berechnet. Andernfalls wird das Flag für einen stationären Zustand in Schritt 230 auf WAHR gesetzt, und ein abgeschätzter Luftwert bei einem stationären Zustand wird auf der Grundlage eines Signals von dem Luftmassenströmungssensor und einer Motordrehzahl in Schritt 240 berechnet.

Claims

System zur Detektion eines stationären oder transienten Zustands für eine Nockenphasenstellerbewegung eines Verbrennungsmotors, das umfasst: eine Nockenpositionserfassungseinrichtung, die ein Positionssignal auf der Grundlage einer Position des Nockenphasenstellers des Motors erzeugt; und ein Steuermodul, das das Positionssignal empfängt und ein erstes und zweites Filter auf das Positionssignal anwendet, um einen transienten Zustand oder einen stationären Zustand auszuwählen, und wobei das Steuermodul auf der Grundlage der Auswahl des transienten Zustands und des stationären Zustands einen abgeschätzten Luftwert berechnet.
System nach Anspruch 1, wobei der Nockenphasensteller mit einer Einlassnockenwelle des Motors gekoppelt ist.
System nach Anspruch 1, wobei der Nockenphasensteller mit einer Auslassnockenwelle des Motors gekoppelt ist.
System nach Anspruch 1, das ferner eine zweite Nockenpositionserfassungseinrichtung umfasst, die ein zweites Positionssignal eines zweiten Nockenphasenstellers des Motors erzeugt, wobei der Nockenphasensteller mit einer Einlassnockenwelle des Motors gekoppelt ist, und wobei der zweite Nockenphasensteller mit einer Auslassnockenwelle des Motors gekoppelt ist.
System nach Anspruch 4, wobei das Steuermodul ein drittes und viertes Filter auf das zweite Positionssignal anwendet und den stationären Zustand oder den transienten Zustand auf der Grundlage einer Differenz zwischen dem ersten und zweiten Filter und einer Differenz zwischen dem dritten und vierten Filter auswählt.
System nach Anspruch 1, wobei das Steuermodul den abgeschätzten Luftwert auf der Grundlage einer Drehzahldichteberechnung berechnet, wenn das Steuermodul den transienten Zustand ermittelt.
System nach Anspruch 1, wobei das Steuermodul den abgeschätzten Luftwert auf der Grundlage eines Luftmassenströmungssensorsignals und einer Motordrehzahl berechnet, wenn das Steuermodul den stationären Zustand ermittelt.
System nach Anspruch 1, wobei das Steuermodul eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung des Motors entsprechend dem abgeschätzten Luftwert steuert.
Verfahren zur Detektion eines stationären oder transienten Zustands für eine Nockenphasenstellerbewegung, das umfasst, dass ein Nockenphasenstellerpositionssignal empfangen wird; ein erstes Filter auf das Nockenphasenstellerpositionssignal angewandt wird; ein zweites Filter auf das Nockenphasenstellerpositionssignal angewandt wird; eine Differenz zwischen einem Ausgang des ersten Filters und einem Ausgang des zweiten Filters berechnet wird; ein stationärer Zustand ausgewählt wird, wenn ein Absolutwert der Differenz kleiner als ein vorbestimmter Wert ist; ein transienter Zustand ausgewählt wird, wenn der Absolutwert der Differenz größer als der vorbestimmte Wert oder gleich dem vorbestimmten Wert ist; und ein Verfahren zum Berechnen eines abgeschätzten Luftwerts auf der Grundlage des stationären Zustands und des transienten Zustands ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, das ferner umfasst, dass eine Kraftstofflieferung auf der Grundlage des abgeschätzten Luftwerts gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, das ferner umfasst, dass der abgeschätzte Luftwert auf der Grundlage eines Luftmassenströmungssensoreingangs und einer Motordrehzahl berechnet wird, wenn der stationäre Zustand ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt des Berechnens des abgeschätzten Luftwerts umfasst, dass der abgeschätzte Luftwert aus einem Absolutdruck eines Einlasskrümmers, einer Motordrehzahl, einer Einlassnockenphasenstellerposition, einer Auslassnockenphasenstellerposition und einer Temperatur der abgeschätzten Luft pro Zylinder berechnet wird.