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VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese
Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 60/976,610,
eingereicht am 1. Oktober 2007. Der Offenbarungsgehalt der obigen
Anmeldung ist hier vollständig
durch Bezugnahme mit aufgenommen.
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Brennkraftmaschinen und insbesondere
auf Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuersysteme
für Brennkraftmaschinen.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
hier gegebene Beschreibung des Hintergrunds bezweckt eine allgemeine
Darstellung des Kontexts der Offenbarung. Die Arbeit der genannten Erfinder,
soweit sie in diesem Hintergrundabschnitt beschrieben wird, sowie
Aspekte der Beschreibung, die nicht anderweitig als Stand der Technik
zur Zeit der Anmeldung in Frage kommen, werden weder explizit noch
implizit als Stand der Technik gegenüber der vorliegenden Offenbarung
anerkannt.
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Bei
einer Brennkraftmaschine (internal combustion engine, ICE) kann
Kraftstoff beispielsweise durch Einzelkanaleinspritzung pro Kraftstoffbank oder
pro Motor oder durch Mehrkanaleinspritzung pro Zylinder in einen
Ansaugkrümmer
eingespritzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann Kraftstoff direkt
in Zylinder eingespritzt werden. Der Kraftstoff wird dann mit Luft
vermischt, um ein Luft/Kraftstoff-Gemisch zu bilden. Das Luft/Kraftstoff-Gemisch wird
verbrannt, um ein Drehmoment zu erzeugen. Der Kraftstoff und die
Luft können
so gesteuert werden, dass der Motor ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis bei Stöchiometrie
aufrechterhält.
Der Motor kann unter Verwendung von Kraftstoffen mit verschiedenen
stöchiometrischen
Werten wie etwa Benzin und Ethanol-Mischung arbeiten. Wenn sich
der Prozentsatz eines Kraftstoffs in der Gesamt-Kraftstoffmischung ändert, kann
sich der stöchiometrische
Wert ändern.
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Der
stöchiometrische
Wert einer Kraftstoffmischung kann gemessen werden, um einen optimalen Betrieb
des Motors auf Grundlage der bestimmten Kraftstoffmischung zu ermöglichten.
Das Motorsystem kann die relativen Mengen von Luft und Kraftstoff,
die den Zylindern zugeführt
werden, anhand des stöchiometrischen
Wertes für
die Kraftstoffmischung verändern.
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Die
Flüchtigkeit
oder das Maß,
wie schnell Kraftstoff verdampft, verändert sich mit dem Kraftstofftyp
und der Motorbetriebstemperatur. Beispielsweise verdampft Kraftstoff
während
Kaltstarts, wenn der Motor auf Umgebungstemperatur oder noch nicht auf
einer normalen Betriebstemperatur ist, mit einer geringeren Rate.
Dies beeinträchtigt
die Fähigkeit
eines Motors, eine vorgegebene Leerlaufdrehzahl aufrechtzuerhalten.
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ZUSAMMENFASSUNG
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In
einer beispielhaften Ausführungsform
wird ein Kraftstoffsteuersystem geschaffen, das Vorrichtungen umfasst,
die Parametersignale erzeugen.
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Die
Parametersignale umfassen ein Motorlaufzeitsignal sowie ein Motorlastsignal
und/oder ein Temperatursignal und/oder ein Luftdrucksignal. Ein Modifikationsmodul
erzeugt anhand der Parametersignale ein Modifikationssignal. Ein
Steuermodul kompensiert anhand des Modifikationssignals durch Abgleichen
eines momentanen Luft/Kraftstoff-Gemischs eines Motors eine momentane
Kraftstoffflüchtigkeit.
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Das
Kraftstoffeinspritzsystem kann eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung
umfassen, die Kraftstoff in einen Ansaugkrümmer oder eine Verbrennungskammer
eines Zylinders eines Motors einspritzt. Das Steuermodul leitet
während
eines Verbrennungszyklus des Zylinders mehrere Kraftstoffeinspritzungen
in den Ansaugkrümmer
oder die Verbrennungskammer durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung
ein.
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Gemäß weiteren
Merkmalen wird ein Kraftstoffsteuersystem geschaffen, das einen
Motorlaufzeitindikator umfasst, der ein Motorlaufzeitsignal erzeugt.
Ein Motorlastmodul erzeugt das Motorlastsignal. Ein Temperatursensor
erzeugt ein Temperatursignal. Ein Luftdrucksensor erzeugt ein Luftdrucksignal.
Ein Steuermodul kompensiert eine momentane Kraftstoffflüchtigkeit
durch Abgleichen eines momentanen Luft/Kraftstoff-Gemischs eines
Motors anhand des Motorlaufzeitsignal, des Motorlastsignals, des Temperatursignals
und des Luftdrucksignals.
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Gemäß nochmals
weiteren Merkmalen umfasst ein Kraftstoffsteuerverfahren das Erzeugen
von Parametersignalen. Die Parametersignale umfassen ein Motorlaufzeitsignal
sowie ein Motorlastsignal und/oder ein Temperatursignal und/oder
ein Luftdrucksignal. Anhand der Parametersignale werden Modifikationssignale
erzeugt. Anhand der Modifikationssignale wird ein kombiniertes Signal
erzeugt. Anhand der kombinierten Signale wird durch Abgleich eines
momentanen Luft/Kraftstoff-Gemischs eines Motors eine momentane
Leerlaufdrehzahl abgeglichen.
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Weitere
Anwendungsgebiete werden aus der hier gegebenen genauen Beschreibung
deutlich. Selbstverständlich
sind die Beschreibung und die spezifischen Beispiele lediglich zum
Zweck der Veranschaulichung gedacht und nicht dazu gedacht, den Umfang
der vorliegenden Offenbarung zu begrenzen.
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ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung wird vollständiger verstanden anhand der
genauen Beschreibung und der begleitenden Zeichnungen. In den Zeichnungen ist:
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1 ein
funktionaler Blockschaltplan eines Brennkraftmaschinensystems, das
die Kraftstoffflüchtigkeitskompensation
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Offenbarung umfasst;
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2 ein
funktionaler Blockschaltplan eines Kraftstoffflüchtigkeitskompensationssystems
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Offenbarung;
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3 eine
perspektivische Ansicht eines weiteren Kraftstoffflüchtigkeitskompensationssystems
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Offenbarung;
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4 ein
logischer Ablaufplan, der ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine,
die die Kraftstoffflüchtigkeitskompensation umfasst,
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Offenbarung erläutert.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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Die
folgende Beschreibung ist dem Wesen nach rein beispielhaft, wobei
keineswegs beabsichtigt ist, die Offenbarung, ihre Anwendung oder
ihre Verwendungen zu beschränken.
Der Klarheit halber werden in den Zeichnungen dieselben Bezugszeichen
zum Kennzeichnen ähnlicher
Elemente verwendet. Der Ausdruck "wenigstens eines von A, B und C" soll als logisches "A oder B oder C" unter Verwendung
eines nicht-exklusiven logischen ODER interpretiert werden. Wohlgemerkt
können
Schritte in einem Verfahren in unterschiedlicher Reihenfolge ausgeführt werden,
ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu verändern.
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Der
Begriff "Modul", wie er hier verwendet wird,
bezieht sich auf eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung
(ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam
genutzt, eigens zugewiesen oder für eine Gruppe) mit Speicher, der
ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführt, eine
kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten,
die die beschriebene Funktionalität verschaffen.
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Außerdem bezieht
sich der Begriff "Verbrennungszyklus", wie er hier verwendet
wird, auf die sich wiederholenden Stadien eines Motorverbrennungsprozesses.
Beispielsweise kann sich bei einer 4-Takt-Brennkraftmaschine ein
einzelner Verbrennungszyklus auf einen Ansaugtakt, einen Verdichtungstakt,
einen Arbeitstakt und einen Auspufftakt beziehen und diese umfassen.
Die vier Takte werden während
des Betriebs des Motors ständig
wiederholt.
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Obwohl
die folgenden Ausführungsformen
in erster Linie bezüglich
beispielhafter Brennkraftmaschinen beschrieben werden, können die
Ausführungsformen
der vorliegenden Offenbarung auf andere Brennkraftmaschinen Anwendung
finden. Beispielsweise können
die Ausführungsformen
der vorliegenden Offenbarung auf Motoren mit Kompressionszündung, Funkenzündung, homogener
Funkenzündung,
Homogenladungskompressionszündung, Schichtung
und Funkenzündung
und funkenunterstützter
Kompressionszündung
Anwendung finden. Die Ausführungsformen
gelten auch für
Dieselmotoren und -anwendungen. Die Ausführungsformen gelten ferner
für Benzinmotoren
oder Motoren für
hochflüchtigen
Kraftstoff.
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In 1 ist
ein funktionaler Blockschaltplan eines Brennkraftmaschinensystems 50,
das die Kraftstoffflüchtigkeitskompensation
umfasst, gezeigt. Das Motorsystem 50 befindet sich in einem
Fahrzeug 52 und umfasst einen Motor 54 und ein
Kraftstoffflüchtigkeitskompensationssystem 55,
das ein Lufteinlasssteuersystem 56 und ein Kraftstoffeinspritzsystem 57 umfasst
und ein Ventilhubsteuersystem 58 und ein Abgassystem 59 umfassen
kann. Das Kraftstoffflüchtigkeitskompensationssystem
gleicht die Flüchtigkeit
von Kraftstoff, der in Zylinder des Motors eintritt, aus. Die Flüchtigkeit
kann indirekt durch Abgleichen eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
für jeden
der Zylinder ausgeglichen werden.
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Der
Motor 54 besitzt Zylinder 60. Jeder Zylinder 60 kann
ein oder mehrere Einlassventile und/oder Auslassventile besitzen.
Jeder Zylinder 60 enthält
außerdem
einen Kolben, der an einer Kurbelwelle 62 läuft. Der
Motor 54 ist mit wenigstens einem Teil des Ventilhubsteuersystems 58 ausgestaltet
und kann mit einem Zündsystem 64 mit
einer Zündschaltung 65 ausgestaltet
sein. Der Motor 54 umfasst einen Ansaugkrümmer bzw. Einlasskrümmer 66.
Der Motor 54 verbrennt ein Luft- und Kraftstoffgemisch, um
ein Antriebsmoment zu erzeugen. Der Motor 54 umfasst, wie
gezeigt ist, vier Zylinder in einer Reihenkonfiguration. Obwohl 2 vier
Zylinder (N = 4) zeigt, kann der Motor 54 wohlgemerkt weitere
oder weniger Zylinder umfassen. Beispielsweise kommen 2, 4, 5, 6,
8, 10, 12 und 16 Zylinder in Betracht. Außerdem sei vorweggenommen,
dass die Kraftstoffeinspritzsteuerung der vorliegenden Erfindung
in einer Zylinderkonfiguration des V-Typs oder eines anderen Typs
ausgeführt
sein kann.
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Ein
Ausgang des Motors 54 ist durch einen Drehmomentwandler 70,
ein Getriebe 72, eine Antriebswelle 74 und ein
Differential 76 mit Rädern 78 gekoppelt.
Das Getriebe 72 kann beispielsweise ein stufenlos verstellbares
Getriebe (continuously variable transmission, CVT) oder ein automatisches
Stufenschaltgetriebe sein. Das Getriebe 72 wird durch ein
Fahrzeugsteuermodul 80 gesteuert.
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Das
Ventilhubsteuersystem 58 steuert die variable Öffnungshubbetätigung von
Einlass- und Auslassventilen des Motors 54. Die Einlass-
und Auslassventile des Motors 54 können jeweils in einer 2-Stufen-Betriebsart,
einer Mehrstufenbetriebsart oder einer Betriebsart mit variablem
Hub arbeiten. Das Steuersystem 58 für variablen Ventilhub arbeitet auf
Grundlage verschiedener Kennlinien und Parameter des Motors 54.
Das Ventilhubsteuersystem 58 umfasst eine Einlass- und
Auslassventilanordnung (einen Kopf) 79, das Steuermodul 80 und
verschiedene Sensoren. Einige der Sensoren sind in den 1 und 2 gezeigt.
Das Steuermodul 80 steuert die Hubbetätigung von Einlass- und Auslassventilen
der Ventilanordnung 79.
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Über einen
elektronischen Drosselcontroller (electronic throttle controller,
ETC) 90 oder eine kabelgesteuerte Drossel, der bzw. die
eine Drosselklap pe 92, die sich in Nachbarschaft eines
Einlasses eines Ansaugkrümmer 66 befindet,
einstellt, wird Luft in den Ansaugkrümmer 66 angesaugt.
Die Einstellung kann auf einer Stellung eines Fahrpedals 94 und einem
Drosselsteueralgorithmus, der durch das Steuermodul 80 ausgeführt wird,
basieren. Die Drossel 92 stellt das Ausgangsdrehmoment,
das die Räder 78 antreibt,
ein. Anhand einer Stellung des Fahrpedals 94 erzeugt ein
Fahrpedalsensor 96 ein Pedalstellungssignal, das an das
Steuermodul 80 ausgegeben wird. Eine Stellung eines Bremspedals 98 wird von
einem Bremspedalsensor oder Bremspedalschalter 100 erfasst,
der ein Bremspedalstellungssignal erzeugt, das an das Steuermodul 80 ausgegeben wird.
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Von
dem Ansaugkrümmer 66 wird
Luft in die Zylinder 60 angesaugt und darin komprimiert.
Durch die Kraftstoffeinspritzschaltung 67 wird Kraftstoff
in Zylinder 60 eingespritzt, wobei der durch das Zündsystem 64 erzeugte
Funken die Luft/Kraftstoff-Gemische in den Zylindern 60 zündet. Abgase
werden von den Zylindern 60 in das Abgassystem 59 ausgestoßen. In
manchen Fällen
kann das Motorsystem 80 einen Turbolader umfassen, der
eine durch Abgas angetriebene Turbine verwendet, um einen Kompressor anzutreiben,
der die in den Ansaugkrümmer 66 eintretende
Luft komprimiert. Die komprimierte Luft kann vor dem Eintreten in
den Ansaugkrümmer 66 durch einen
Luftkühler
gehen.
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Das
Kraftstoffeinspritzsystem 57 umfasst eine Kraftstoffeinspritzschaltung 67 mit
Kraftstoffeinspritzvorrichtungen, die jeweils den Zylindern 60 zugeordnet
und/oder dem Ansaugkrümmer 66 zugeordnet
sein können.
Ein Verteilerrohr führt
jeder der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen Kraftstoff nach dem Empfang
von beispielsweise einer Kraftstoffpumpe oder einem Kraftstoffvorratsbehälter zu.
Das Steuermodul 80 steuert den Betrieb der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen
einschließlich
der Anzahl und des Zeitpunkts von Kraftstoffeinspritzungen pro Verbrennungszyklus
der Zylinder in die jeweiligen Zylinder 60 und/oder den
Ansaugkrümmer 66.
Der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt kann auf die Kurbelwellenposition
bezogen sein.
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Das
Zündsystem 64 kann
Zündkerzen
oder andere Zündvorrichtungen
zur Zündung
der Luft/Kraftstoff-Gemische in den jeweiligen Zylindern 60 umfassen.
Das Zündsystem 64 kann
auch das Steuermodul 80 umfassen. Das Steuermodul 80 kann
beispielsweise den Zündzeitpunkt
relativ zur Kurbelwellenposition steuern.
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Das
Abgassystem 59 kann Abgaskrümmer und/oder Abgasleitungen
wie etwa die Leitung 110 sowie ein Filtersystem 112 umfassen.
Die Abgaskrümmer
und Abgasleitungen leiten das Abgas, das die Zylinder 60 verlässt in das
Filtersystem 112. Optional führt ein AGR-Ventil einen Teil
des Abgases in den Ansaugkrümmer 66 zurück. Ein
Teil des Abgases kann in einen Turbolader geleitet werden, um eine Turbine
anzutreiben. Die Turbine unterstützt
die Kompression der von dem Ansaugkrümmer 66 empfangenen
Frischluft. Von dem Turbolader strömt ein kombinierter Abgasstrom
durch das Filtersystem 112.
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Das
Filtersystem 112, das für
eine Dieselausführungsform
gezeigt ist, kann einen Abgaskatalysator oder einen Oxidationskatalysator
(oxidation catalyst, OC) 114 und ein Heizelement 116 sowie
ein Partikelfilter, ein Flüssigkeitsreduktionssystem und/oder
andere Abgasfiltrationssystemvorrichtungen umfassen. Das Heizelement 116 kann
verwendet werden, um den Oxidationskatalysator 114 während des
Startens des Motors 54 zu erwärmen, und durch das Steuermodul 80 gesteuert
werden. Das Flüssigkeitsreduktionsmittel
kann Harnstoff, Ammoniak oder ein anderes Flüssigkeitsreduktionsmittel umfassen.
Das Flüssigkeitsreduktionsmittel
wird in den Abgasstrom eingespritzt, um mit NOx zu reagieren und
Wasserdampf (H2O) und N2 (Stickstoffgas) zu
erzeugen. Das Abgassystem kann wie etwa bei einer Benzinmotoranwendung
Dreiwegekatalysatoren (three way catalysts, TWC) zum Oxidieren von
Kohlenwasserstoff (HC) und Kohlenmonoxid (CO) und zum Reduzieren
von NOx umfassen.
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Das
Ventilhubsteuersystem 58 umfasst ferner einen Motortemperatursensor 118 und
einen Abgastemperatursensor 120. Der Motortemperatursensor 118 kann
die Öl-
oder Kühlmitteltemperatur
des Motors 54 oder irgendeine andere Motortemperatur erfassen.
Der Abgastemperatursensor 120 kann die Temperatur des Oxidationskatalysators 114 oder
einer anderen Komponente des Abgassystems 59 erfassen.
Die Temperaturen des Motors 54 und des Abgassystems 59 können anhand
von Motor- und Abgasbetriebsparametern und/oder anderen Temperatursignalen
indirekt bestimmt oder geschätzt
werden. Alternativ können
die Temperaturen des Motors 54 und des Abgassystems 59 über die
Motor- und Abgastemperatursensoren 118, 120 direkt
bestimmt werden.
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Weitere
Sensoreingaben, die gemeinsam durch das Bezugszeichen 122 angegeben
sind und durch das Steuermodul 80 verwendet werden, umfassen
ein Motordrehzahlsignal 124, ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal 126,
ein Leistungszufuhrsignal 128, ein Öldrucksignal 130 und
ein Zylinderidentifikationssignal 134. Die Sensoreingabesignale 124–134 werden
durch einen Motordrehzahlsensor 136, einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 138,
einen Leistungszufuhrsensor 140, einen Öldrucksensor 142 bzw.
einen Zylinderidentifikationssensor 146 erzeugt. Einige
weitere Sensoreingaben können
ein Ansaugkrümmerdrucksignal,
ein Drosselstellungssignal, ein Getriebesignal und ein Krümmerlufttemperatursignal
umfassen.
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Das
Ventilhubsteuersystem 58 kann außerdem ein oder mehrere Zeitpunktsensoren 148 umfassen.
Obwohl der Zeitpunktsensor 148 als Kur belwellenstellungssensor
gezeigt ist, kann der Zeitpunktsensor ein Nockenwellenstellungssensor,
ein Getriebesensor oder irgendein anderer Zeitpunktsensor sein.
Der Zeitpunktsensor erzeugt ein Zeitpunktsignal, das die Position
bzw. Stellung eines oder mehrerer Kolben und/oder einer Kurbelwelle
angibt.
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Das
Ventilhubsteuersystem 58 umfasst eine Einlass-/Auslassventilanordnung,
die über
eine Ölpumpe Öl von einem Ölvorratsbehälter empfangt. Das Öl wird vor
dem Empfang durch die Ventilanordnung gefiltert. Das Fahrzeugsteuermodul 80 steuert die
Hubbetätigung
von Einlass- und Auslassventilen der Ventilanordnung.
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Die
Ventilanordnung umfasst die Einlass- und Auslassventile, die geöffnete und
geschlossene Zustände
besitzen und über
eine oder mehrere Nockenwellen betätigt werden. Es können eine
fest zugeordnete Einlassnockenwelle und eine fest zugeordnete Auslassnockenwelle
aufgenommen sein. In einer anderen Ausführungsform können sich
die Einlass- und Auslassventile eine gemeinsame Nockenwelle teilen.
Die Einlass- und Auslassventile können im geöffneten Zustand in verschiedenen
Hubbetriebsarten betrieben werden, wovon oben einige erwähnt sind.
Die Ventilanordnung umfasst außerdem Ventilhubbetriebsart-Einstellvorrichtungen.
Die Hubbetriebsart-Einstellvorrichtungen können Öldrucksteuerventile wie etwa
Ventilhubsteuersolenoide, Hubstifte, Hebel, Kipp- bzw. Schwinghebel,
Verriegelungsmechanismen, Stößel usw.
umfassen.
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Das
Ventilhubsteuersystem 58 kann einen Öltemperatursensor und/oder
einen Öldrucksensor umfassen.
Das Steuermodul gibt den Öldrucksteuerventilen
Signale auf Grundlage der Temperatur- und Drucksignale, die von
den Temperatur- und Drucksensoren empfangen werden.
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In 2 ist
ein funktionaler Blockschaltplan eines Kraftstoffflüchtigkeitskompensationssystems 150 gezeigt.
Das Kraftstoffflüchtigkeitskompensationssystem 150 umfasst
ein Fahrzeugsteuermodul 152. Das Kraftstoffflüchtigkeitskompensationssystem 150 kann
außerdem
Temperatursensoren 154, Motorsensoren und -module 156,
luftbezogene Sensoren 158 und einen Drucksensor 160 umfassen.
Das Fahrzeugsteuermodul 152 steuert ein Sekundärlufteinlass-/Sekundärlufteinblasungssystem 162 sowie ein
Kraftstoffeinspritzsystem 164 und kann den Hub und den
Zeitpunkt der Einlass- und Auslassventile 166 steuern.
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Die
Temperatursensoren 154 umfassen einen Einlasstemperatursensor 168,
einen Motorkühlmitteltemperatursensor 170,
einen Motoröltemperatursensor 172 sowie
einen Umgebungstemperatursensor 174 und können weitere
Motortemperatursensoren umfassen. Der Einlass- bzw. Ansauglufttemperatursensor 168 kann
ein Ansauglufttemperatur-(intake air temperature, IAT)-Signal erzeugen.
Der Motorkühlmitteltemperatursensor 170 kann
ein Motorkühlmitteltemperatur-(engine
coolant temperature, ECT)-Signal erzeugen. Der Motoröltemperatursensor 172 kann
ein Motoröltemperatur-(engine
oil temperature, TOIL)-Signal erzeugen.
Der Umgebungstemperatursensor 174 kann ein Umgebungstemperatur-(ambient
temperature, AMB)-Signal erzeugen.
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Die
Motorsensoren und -module 156 umfassen ein Zylinderluftbewertungsmodul 180,
einen Motorausgangsdrehmomentsensor oder ein Motorausgangsdrehmomentmodul 182,
ein Motorlastmodul 184, einen Motorlaufzeitindikator 186 und
einen Motordrehzahlsensor 188. Das Zylinderluftbewertungsmodul 180 bestimmt
den Zustand von Luft in Zylindern eines Motors. Der Zustand kann
beispielsweise den Durchsatz und die Zylinderluftmasse umfassen. Das
Zylinderluftbewertungsmodul 180 bestimmt den Zustand anhand
von luftbezogenen Signalen, die von den Luftsensoren 158 erzeugt
werden, und anhand des Motorausgangsdrehmoments. Das Motorausgangsdrehmoments
direkt oder indirekt gemessen oder geschätzt werden. Das Motorausgangsdrehmoment
kann über
einen oder mehrere Sensoren wie etwa einen Antriebswellendrehmomentsensor,
einen Dehnungsmessstreifen oder einen anderen Drehmomentsensor direkt
gemessen werden. Das Motorausgangsdrehmoment kann anhand von Motorbetriebsparametern,
wovon einige hier offenbart sind, beispielsweise unter Verwendung
einer Nachschlage- bzw. Verweistabelle indirekt geschätzt werden.
Der Motordrehzahlsensor 188 wie etwa ein Nockenwellen-,
Kurbelwellen-, Schwungscheiben- oder Getriebesensor erzeugt ein
Drehzahlsignal, das für
die Motordrehzahl RPM bezeichnend ist. Das Fahrzeugsteuermodul 152 kann
die Motordrehzahl anhand des Drehzahlsignals bestimmen. Es sei angemerkt, dass
die Motordrehzahl auch anhand von Motorbetriebsparametern indirekt
geschätzt
werden kann.
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Die
Luftsensoren 158 umfassen einen Luftdurchflusssensor 190,
einen Drosselstellungssensor 192 sowie einen Ansaugluftdrucksensor 194 und können weitere
luftbezogene Sensoren umfassen. Ein Luftdurchflusssensor 190 kann
ein Massenluftdurchfluss-(mass air flow, MAF)-Sensor sein, der die Luftdurchflussrate
durch eine Drossel überwacht. Der
Drosselstellungssensor 182 spricht auf eine Stellung einer
Drosselklappe an und erzeugt ein Drosselstellungssignal (throttle
Position signal) TPS. Der Ansaugluftdrucksensor 194 erzeugt
ein Krümmerabsolutdruck-
bzw. Absolutladedruck-(manifold absolute Pressure, MAP)-Signal.
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Der
Drucksensor 160 kann auf den atmosphärischen Druck ansprechen und
ein Luftdruck- bzw. Barometerdrucksignal BARO erzeugen.
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In 3 ist
eine perspektivische Ansicht eines weiteren Kraftstoffflüchtigkeitskompensationssystems 200 gezeigt.
Das Kraftstoffflüchtigkeitskom pensationssystem 200 kann
ein Fahrzeugsteuermodul wie etwa eines der Fahrzeugsteuermodule 80 und 152 umfassen
oder Teil davon sein. Das Kraftstoffflüchtigkeitskompensationssystem 200 umfasst
Modifikationsmodule 202 und eine Kombiniereinrichtung 204,
die Teil eines einzigen Steuermoduls sein können oder getrennte, eigenständige Module umfassen
können,
wie gezeigt ist.
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Die
Modifikationsmodule 202 können Verweistabellen und/oder
Fuzzylogikregeln umfassen. Jede Tabelle kann Daten enthalten, die
im Voraus bestimmt oder gemessen und in den Modifikationsmodulen 202 oder
einem entsprechenden Speicher gespeichert sind. Die Fuzzylogikregeln
ermöglichen eine
nichtlineare Kompensation und Steuerung unter Verwendung eines reduzierten
Speicherumfangs. Wenn Tabellen verwendet werden, verweisen die Modifikationsmodule 202 auf
die zugeordneten Eingaben und liefern Modifikationssignale, die
durch die Kombiniereinrichtung 204 kombiniert werden. Wenn Fuzzylogik
verwendet wird, wenden die Modifikationsmodule 202 die
zugeordneten Eingaben auf einen vorgegebenen Satz von Regeln an
und erzeugen Modifikationssignale, die an die Kombiniereinrichtung 204 ausgegeben
werden. Es kann eine Kombination aus tabellarischem Verweisen bzw.
Nachschlagen und Fuzzylogik verwendet werden. Die Fuzzylogik kann
Wenn-dann-Aussagen umfassen, die zu einem kombinierten Ausgangsergebnis
führen,
das von dem Fahrzeugsteuermodul 152 interpretiert wird,
um ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis
so abzugleichen, dass es magerer oder fetter ist. Dieser Abgleich
kann dazu verwendet werden, eine Leerlaufdrehzahl des Motors während eines
Kaltstarts abzugleichen.
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Ein
Kaltstart bezieht sich auf das Anlassen und die anfängliche
Zündung
und das anfänglichen Laufenlassen
eines Motors, wenn die Kühlmitteltemperatur
des Motors abzüglich
der Umgebungstemperatur kleiner als ein Schwellenwert von beispielsweise
12°C ist.
Dieser Kaltstart kann erfolgen, wenn die Motorkühlmitteltemperatur höher als
die Umgebungstemperatur ist.
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Die
Modifikationsmodule 202 umfassen ein Motordrehzahl- und
-laufzeitmodul 206, ein Last- und Motorlaufzeitmodul 208,
ein Temperaturmodul 210 und ein Druckmodul 212.
Das Motordrehzahl- und -laufzeitmodul 206 empfangt das
Motordrehzahlsignal RPM und ein Lastsignal LOAD. Das Lastsignal kann
anhand des Luftdurchflusssignals, des Drosselstellungssignals, des
Motorausgangsdrehmomentsignals, eines Zylinderluftzustandssignals
und/oder eines weiteren lastbezogenen Signals erzeugt werden. Das
Last- und Motorlaufzeitmodul 208 empfängt das Lastsignal und das
Motorlaufzeitsignal. Das Temperaturmodul 210 empfängt das
Ansauglufttemperatursignal, das Motorkühlmitteltemperatursignal und/oder
weitere Motortemperatursignale. Das Druckmodul 212 empfängt das
Drucksignal BARO.
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Das
Motordrehzahl- und -laufzeitmodul 206 erzeugt ein Drehzahlmodifikationssignal.
Das Last- und Motorlaufzeitmodul 208 erzeugt ein Lastmodifikationssignal.
Das Temperaturmodul 210 erzeugt ein Temperaturmodifikationssignal.
Das Druckmodul 212 erzeugt ein Druckmodifikationssignal.
Die angeführten
Modifikationssignale können
als Fehlersignale bezeichnet werden.
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Die
Modifikationssignale können
zu der Kombiniereinrichtung 204 geschickt werden, um ein Luft/Kraftstoff-Verhältnisabgleichsignal,
ein Leerlaufdrehzahlabgleichsignal und/oder ein Kraftstoffflüchtigkeitsabgleich- bzw. -ausgleichsignal
zu erzeugen. Als ein Beispiel kann die Kornbiniereinrichtung 204 eine
Summiereinrichtung oder eine Multiplizierein richtung zum Summieren
und/oder Multiplizieren der Modifikationssignale umfassen.
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In 4 ist
ein logischer Ablaufplan gezeigt, der ein Verfahren zum Betreiben
einer Brennkraftmaschine, die die Kraftstoffflüchtigkeitskompensation umfasst,
gezeigt. Obwohl die folgenden Schritte in erster Linie bezüglich der
Ausführungsformen
nach den 2–3 beschrieben
werden, können
die Schritte auf andere Ausführungsformen
der vorliegenden Offenbarung angewandt werden.
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Im
Schritt 220 erzeugen Vorrichtungen Parametersignale, die
für einen
momentanen Zustand der Kraftstoffflüchtigkeit bezeichnend sind.
Die Vorrichtungen können
irgendwelche der oben beschriebenen Sensoren, Module und Indikatoren
umfassen. Die Parametersignale können
irgendwelche der durch die obigen Sensoren, Module und Indikatoren erzeugten
Signale umfassen. Nachstehend wird mit Bezug auf die Schritte 220A–F eine
beispielhafte Ausführungsform
beschrieben.
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Im
Schritt 220A erzeugt ein Motordrehzahlsensor oder -modul
ein Motordrehzahlsignal. Im Schritt 220B erzeugt ein Motorlastmodul
ein Motorlastsignal. Im Schritt 220C erzeugt ein Motorlaufzeitindikator
ein Motorlaufzeitsignal. Ein Motorlaufzeitsignal kann etwa gleich
einer Zeitspanne zwischen einem momentanen Motorbetriebszeitpunkt
und einem Motorstartzeitpunkt sein. Der Motorstartzeitpunkt kann
einer anfänglichen
Zündung
des Motors und/oder einem anfänglichen
Anlassen des Motors, einem Schlüsseldrehereignis
und/oder einem vorgegebenen Zeitpunkt zugeordnet sein.
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Im
Schritt 220D wird ein Ansauglufttemperatursignal erzeugt.
Im Schritt 220E wird ein Motorkühlmitteltemperatursignal erzeugt.
Im Signal 220F wird ein Drucksignal wie etwa das Luftdrucksignal
BARO erzeugt. Das Luftdrucksignal kann anhand des Absolutladedrucks,
der während
des Motorstartens erfasst werden kann, erfasst oder geschätzt werden.
Die Schritte 220A–F
können
während
derselben Zeitperiode gleichzeitig, nacheinander oder in einer vorgegebenen
Reihenfolge ausgeführt
werden.
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Im
Schritt 222 erzeugen die Modifikationsmodule anhand der
Parametersignale Modifikationssignale. Die Modifikationssignale
können
Fehlerinformationen umfassen. Die Schritte 222A–222D sind als
Teil einer beispielhaften Ausführungsform
gezeigt. Der Schritt 222A umfasst die Erzeugung eines Drehzahl-
und Laufzeitmodifikationssignals anhand des Motordrehzahlsignals
und des Motorlastsignals. Die Motordrehzahl oder Leerlaufdrehzahl
kann mit einer vorgegebenen Leerlaufdrehzahl für eine gegebene Motorlaufzeit
verglichen werden. Die Kaltstart-Motordrehzahl verändert sich
in Abhängigkeit
von der Kraftstoffflüchtigkeit
und der Motorlaufzeit. Um durch Leistung eines Beitrags zu dem Drehzahl-
und Laufzeitmodifikationssignal die Veränderungen der Kraftstoffflüchtigkeit
zu kompensieren, kann eine Fuzzylogiktabelle verwendet werden. Diese
Fuzzylogiktabelle kann auf bekannten Drehzahl- und Laufzeitwerten von
verschiedenen Kraftstoffflüchtigkeiten
basieren. Als ein Beispiel reduziert im Schritt 226 die
Steuerung, wenn die Motordrehzahl zu hoch oder zu niedrig ist, Kraftstoff
oder fügt
welchen hinzu, um den momentanen Zustand der Kraftstoffflüchtigkeit
zu kompensieren bzw. aufzuheben.
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Der
Schritt 222B umfasst die Erzeugung eines Lastmodifikationssignals
anhand des Motorlastsignals und des Motorlaufzeitsignals. Das Lastmodifikationssignal
kann auf der Zylinderluft oder der durch einen Zylinder pro Zyklus
verbrauchten Luft basieren. Eine momentane Motorlast kann mit einer vorgegebenen
Motorlast für
eine gegebene Motorlaufzeit verglichen werden. Die dem Schritt 222B zugeordnete
Fuzzylogiktabelle kann auf bekannten Last- und Laufzeitwerten verschiedener
Kraftstoffflüchtigkeiten
basieren.
-
Der
Schritt 222C umfasst die Erzeugung eines Temperaturmodifikationssignals
anhand des Ansauglufttemperatursignals und des Motorkühlmitteltemperatursignals.
Die dem Schritt 222C zugeordnete Fuzzylogiktabelle kann
auf bekannten Temperaturwerten von verschiedenen Kraftstoffflüchtigkeiten
basieren.
-
Der
Schritt 222D umfasst die Erzeugung eines Druckmodifikationssignals
anhand des Luftdrucksignals. Die dem Schritt 222D zugeordnete Fuzzylogiktabelle
kann auf bekannten Druckwerten von Kraftstoffflüchtigkeiten basieren. Die zugeordnete
Drucktabelle für
das Druckmodul kann einen Korrekturfaktor liefern, der auf Druckwerten
basiert, die die Kaltstartverbrennungseigenschaften beeinflussen.
Als ein Beispiel kann die Kraftstoffflüchtigkeit hoch sein, wenn der
Druck niedrig ist; folglich kann der Korrekturfaktor entsprechend
erzeugt werden.
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Die
Modifikationssignale können
durch das Drehzahl- und Laufzeitmodul, das Lastmodul, das Temperaturmodul
und das Druckmodul erzeugt werden. Die Module können zum Erzeugen der Modifikationssignale
Werte in zugeordneten Tabellen oder Modellen speichern und/oder
nachschlagen und/oder Fuzzylogik verwenden. Wenn Tabellen verwendet
werden, können
die in den Tabellen gespeicherten Werte vorgegebene Werte umfassen,
die während
des Motortestens bestimmt worden sind. Zum Approximieren stetiger
Funktionen können
Fuzzylogikregeln und Zugehörigkeitsfunktionen
verwendet werden. Die Anzahl von Regelen kann je nach Anwendung
unterschiedlich sein. Die Fuzzylogik umfasst die arithmetische Interpolation
für nichtlineare Funktionen.
Bei der Implementierung der Fuzzylogikregeln können Wenn-dann-Aussagen verwendet werden.
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Im
Schritt 224 erzeugt eine Kombiniereinrichtung anhand der
Modifikationssignale ein Luft/Kraftstoff-Verhältnisabgleichsignal. Zum Erzeugen
des Luft/Kraftstoff-Verhältnisabgleichsignals, das
verwendet wird, um den Motorbetrieb bei minimalem Emissionsausstoß in der
Umgebung von Stöchiometrie
zu halten, werden die Modifikationssignale kombiniert. Die Kombiniereinrichtung
kann eine Summiereinrichtung, eine Multipliziereinrichtung und/oder
andere logische Vorrichtungen umfassen. Das Luft/Kraftstoff-Verhältnisabgleichsignal
kann als Kraftstoffflüchtigkeitsausgleichsignal
bezeichnet werden. Durch Abgleichen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
werden Veränderungen
der Kraftstoffflüchtigkeit kompensiert.
-
Im
Schritt 226 kompensiert ein Steuermodul eine momentane
Kraftstoffflüchtigkeit
durch Abgleichen eines momentanen Luft/Kraftstoff-Gemischs eines
Motors anhand des Luft/Kraftstoff-Verhältnisabgleichsignals, um eine
Leerlaufdrehzahl zu gewährleisten.
Das Steuermodul verschafft anhand des Luft/Kraftstoff-Verhältnisabgleichsignals
fetteren oder magereren Kraftstoff. Wenn sich die Kraftstoffflüchtigkeit
beispielsweise infolge einer Veränderung des
Kraftstoff, der Luft/Kraftstoff-Verhältnisse, der Temperaturen,
der Betriebsbedingungen, der Drücke usw.
verändert,
gleicht das Steuermodul diese Veränderungen aus, um eine gleichmäßige und
genaue Leerlaufdrehzahl zu gewährleisten.
Die Leerlaufdrehzahl kann während
eines Kaltstarts oder während
anderer Betriebstemperaturen gewährleistet
werden. Die Leerlaufdrehzahl kann anhand der Motorkühlmitteltemperatur
und der Motorlaufzeit oder anderer Motor- und Abgassystemparameter
abgeglichen werden. Die gemessene oder tatsächliche Motordrehzahl wird
so gesteuert, dass sie gleichmäßig und
genau einer gewählten
oder vorgegebenen Drehzahl folgt.
-
Die
oben beschriebenen Schritte sind als veranschaulichende Beispiele
gedacht; die Schritte können
je nach Anwendung nacheinander, synchron, gleichzeitig, ununterbrochen,
während
sich überlappender
Zeitperioden oder in einer unterschiedlichen Reihenfolge ausgeführt werden.
-
Die
hier offenbaren Ausführungsformen steuern
dynamisch die Kaltstart-Motorleerlaufdrehzahl,
wenn Kraftstoff mit verschiedenen Flüchtigkeitswerten verwendet
wird. Von Steueralgorithmen kann Fuzzylogik verwendet werden, um
durch Analysieren verschiedener Motorzustände und Umgebungstemperaturbedingungen
die Motorleerlaufdrehzahl und den Emissionsausstoß zu steuern.
Die Auswirkungen der Höhe,
der Last und starker Temperaturschwankungen werden überwacht.
Die Ausführungsformen
gewährleisten
eine Kaltstart-Leerlaufqualitäts-
und -Emissionssteuerung. Die genaue Steuerung der Motorbetriebsdrehzahl
basiert auf der Kraftstoffflüchtigkeit
sowie auf den Motorzuständen
und den Umgebungstemperaturbedingungen.
-
Fachleute
können
der obigen Beschreibung entnehmen, dass die weit reichenden Lehren
der vorliegenden Erfindung in verschiedenen Formen implementiert
sein können.
Daher soll, obwohl diese Erfindung in Verbindung mit speziellen
Beispielen ihr beschrieben worden ist, der wahre Umfang der Erfindung
nicht darauf begrenzt sein, da dem erfahrenen Praktiker nach einem
Studium der Zeichnungen, der Patentbeschreibung und der folgenden
Ansprüche weitere
Abänderungen
offenbar werden.
-
Legende zu 2
- 154
- Temperatursensoren
- 168
- Ansauglufttemperatursensor
- 170
- Motorkühl mitteltemperatursensor
- 172
- Motoröltemperatursensor
- 174
- Umgebungstemperatursensor
- 160
- Luftdrucksensor
- 156
- Motorsensoren/-module
- 180
- Zylinderluftbewertungsmodul
- 182
- Motorausgangsdrehmomentsensor/-module
- 184
- Motorlastmodul
- 186
- Motorlaufzeitindikator
- 188
- Motordrehzahlsensor
- 152
- Fahrzeugsteuermodul
- 162
- Sekundärlufteinblasungssteuersystem
- 166
- Einlass-/Auslassventile
- 164
- Kraftstoffeinspritzsystem
- 158
- Luftsensoren
- 190
- Luftdurchflusssensor
- 192
- Drosselstellungssensor
- 194
- Ansaugluftdrucksensor
-
Legende zu 4
- 220
- Erzeuge
Parametersignale
- 220A
- Erzeuge
ein Motordrehzahlsignal
- 220B
- Erzeuge
ein Motorlastsignal
- 220C
- Erzeuge
ein Motorlaufzeitsignal
- 220D
- Erzeuge
ein Ansauglufttemperatursignal
- 220E
- Erzeuge
ein Motorkühlmitteltemperatursignal
- 220F
- Erzeuge
ein Drucksignal
- 222
- Erzeuge
Modifikationssignale
- 222A
- Erzeuge
ein Drehzahl- und Laufzeitmodifikationssignal
- 222B
- Erzeuge
ein Lastmodifikationssignal
- 222C
- Erzeuge
ein Temperaturmodifikationssignal
- 222D
- Erzeuge
ein Druckmodifikationssignal
- 224
- Erzeuge
ein Luft/Kraftstoff-Verhältnisabgleichsignal
- 226
- Kompensiere
eine momentane Kraftstoffflüchtigkeit