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Hintergrund und Kurzdarlegung
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Bei
einem Motor mit elektronischer Ventilbetätigung (EVA, kurz vom engl.
Electronic Valve Actuation) können
die Einlassventilsteuerzeiten auf zylinderweiser Basis gesteuert
werden. In einer beispielhaften Konfiguration können die Einlassventile durch eine
separate Ventilsteuereinrichtung (VCU, kurz vom engl. Valve Control
Unit) gesteuert werden, die manchmal als Ventilsteuergerät bezeichnet
wird und auf Ventilsteuerbefehle von dem Motorsteuermodul (ECM,
kurz vom engl. Engine Control Module) durch Öffnen und Schließen der
Einlassventile in einer Weise reagiert, die mit der Verwendung von
Zünd- und Kraftstoffsteuerzeiten
synchronisiert ist. Ein Problem bei Verwenden einer VCU, die getrennt
von dem ECM arbeitet, besteht darin, eine Synchronisierung zwischen
den beiden Steuermodulen aufrechtzuerhalten. insbesondere kann der
interne Zeitgeber der VCU gegenüber
dem Zeitgeber des ECM zeitlich verschoben werden, was zu einer verminderten
Genauigkeit der Einlassventilsteuerung führen kann.
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Ein
Ansatz zum Angehen dieses Problems besteht darin, mittels eines
Steuerungsbereichsnetzwerks (CAN, kurz vom engl. Control Area Network) Synchronisierungsnachrichten
zwischen dem ECM und der VCU zu senden. Die Erfinder haben aber
einige Nachteile bei diesem Ansatz erkannt. Zum Beispiel kann das
ECM so ausgelegt sein, dass es vorgangsbasierte Nachrichten (d.
h. Nachrichten, die mit einem physikalischen Motorvorgang in Beziehung stehen)
einmal pro 90 Kurbelwinkelgrad an die VCU über eine CAN-Verbindung sendet.
Wenn die VCU ebenfalls vorgangsbasierte CAN-Nachrichtenübermittlung
verwendet, dann ist es eventuell nicht möglich, einen Synchronisierungsfehler
zu messen, der kleiner als der Vorgangsabstand ist, d. h. 90 Kurbelwinkelgrad.
Auch wenn weiterhin die VCU eine Unterbrechungsroutine oder ein
Abfragesystem nutzt, das nicht auf vorgangsbasierter Nachrichtenübermittlung
beruht, können Änderungen
der CAN-Nachrichtensteuerzeiten
zu Synchronisierungsfehlern zwischen einem ECM und einer VCU führen.
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Ein
beispielhafter Ansatz zum Beheben mindestens einiger der Nachteile
des vorbekannten Ansatzes umfasst das Senden eines Motorpositionsanzeigesignals über eine
erste Verbindung von einem ersten Steuergerät zu einem zweiten Steuergerät, das Senden
eines Statussignals über
eine zweite Verbindung von dem zweiten Steuergerät zu dem ersten Steuergerät und das
Synchronisieren des zweiten Steuergeräts und des ersten Steuergeräts gemäß dem Motorpositionsanzeigesignal
und dem Statussignal.
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Bei
einem ebenfalls hierin beschriebenen zweiten Ansatz können die
vorstehenden Nachteile durch ein System mit mindestens einem Zylinder
mit einem Motorzylinderventil, einem mit dem Motorzylinderventil
wirkverbundenen zweiten Steuergerät, wobei das zweite Steuergerät zum Anpassen
mindestens eines von Ventilöffnungs-
und Ventilschließsteuerzeiten
des Motorzylinderventils ausgelegt ist, und einem mit dem zweiten
Steuergerät über eine erste
Verbindung und eine zweite Verbindung verbundenen ersten Steuergerät angegangen
werden, wobei das erste Steuergerät dafür ausgelegt ist, über die
erste Verbindung ein Motorpositionsanzeigesignal an das zweite Steuergerät zu senden
und über die
zweite Verbindung ein Statussignal von dem zweiten Steuergerät zu erhalten,
und wobei das erste Steuergerät
als Reaktion auf einen Synchronisierungsfehler zwischen dem Motorpositionsanzeigesignal
und dem Statussignal ein Synchronisierungsverschlechterungssignal
ausgibt.
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Die
vorliegende Beschreibung bietet mehrere Vorteile. Wenn insbesondere
ein Motorpositionsanzeigesignal, beispielsweise ein kombiniertes
Signal für
den oberen Totpunkt (OT) schlechter wird, z. B. weniger als ein
vollständiger
Datensatz empfangen als übertragen
wird, dann kann durch Vergleichen einer internen ECM-OT-Flankensteuerzeit
mit der Flankensteuerzeit des VCU-Statussignals ein Synchronisierungsfehler
von VCU zu ECM berechnet werden. Wenn ferner das VCU-Statussignal
schlechter wird, dann kann durch Vergleichen seiner OT- Steuerzeit mit der
Flankensteuerzeit des kombinierten OT-Signals ein Synchronisierungsfehler
in der VCU berechnet werden und dann kann der Synchronisierungsfehler über die
CAN-Verbindung für Motorsteuerungszwecke
zu dem ECM übertragen werden.
In dem Fall, da sowohl das kombinierte OT- als auch das VCU-Statussignal
schlechter werden, kann ferner von der VCU zu dem ECU eine Zylinder-ID-Steuerzeit
mit ausreichender Auflösung übertragen
werden, um ein zusätzliches
Mittel zum Detektieren von Synchronisierungsfehlern von VCU zu ECM
vorzusehen.
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Die
vorstehenden Vorteile und andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden
Beschreibung gehen aus der folgenden eingehenden Beschreibung allein
genommen oder in Verbindung mit den Begleitzeichnungen ohne weiteres
hervor.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Zylinders eines beispielhaften
Motorsystems mit einem elektronisch betätigten Einlassventil.
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2 zeigt
ein schematisches Blockdiagramm eines elektronischen Steuermoduls
in elektronischer Verbindung mit einer Ventilsteuereinrichtung.
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3 zeigt
eine von dem elektronischen Steuermodul erzeugte beispielhafte Pulsfolge,
die ein kombiniertes Nockensignal anzeigt, das eine Zylinderkennung
umfasst.
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4 zeigt
die Pulsfolge von 3 überlegt mit einer durch die
Ventilsteuereinrichtung erzeugten phasenverschobenen Pulsfolge.
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5 zeigt
ein Flussdiagramm, das einen beispielhaften Ansatz zum Detektieren
von Synchronisierungsfehlern der Kommunikationen zwischen dem elektronischen
Steuermodul und der Ventilsteuereinrichtung des Motorsystems von 1 zeigt.
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Eingehende Beschreibung
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1 ist
ein schematisches Diagramm, das einen Zylinder eines Mehrzylindermotors 10 zeigt, der
in einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs enthalten sein kann.
Der Motor 10 kann zumindest teilweise durch ein Steuersystem,
das ein Steuergerät
(auch als elektronisches Steuermodul bezeichnet) 12 umfasst,
und durch Eingabe von einem Fahrzeugfahrer 132 mittels
einer Eingabevorrichtung 130 gesteuert werden. In diesem
Beispiel umfasst die Eingabevorrichtung 130 ein Gaspedal
und einen Pedalstellungssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen
Pedalstellungssignals PP. Ein Brennraum (d. h. Zylinder) 30 des
Motors 10 kann Brennraumwände 32 mit einem darin
positionierten Kolben 36 umfasse. Der Kolben 36 kann
mit der Kurbelwelle 40 verbunden sein, so dass eine Hubbewegung
des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgesetzt wird. Die
Kurbelwelle 40 kann mittels eines dazwischen befindlichen
Getriebesystems mit mindestens einem Antriebsrad eines Fahrzeugs
verbunden sein. Ferner kann ein Anlassermotor mittels einer Schwungscheibe
mit der Kurbelwelle 40 verbunden sein, um einen Startbetrieb
des Motors 10 zu ermöglichen.
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Der
Brennraum 30 kann mittels eines Einlasskanals 42 Ansaugluft
aus einem Ansaugkrümmer 44 aufnehmen
und kann mittels eines Auslasskanals 48 Verbrennungsgase
ablassen. Der Ansaugkrümmer 44 und
der Auslasskanal 48 können
mittels eines Einlassventils 52 bzw. Auslassventils 54 mit
dem Brennraum 30 selektiv in Verbindung stehen. Bei manchen
Ausführungsformen
kann der Brennraum 30 zwei oder mehr Einlassventile und/oder
zwei oder mehr Auslassventile umfassen.
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In
diesem Beispiel kann das Einlassventil 52 mittels eines
elektrischen Ventilaktuators (EVA) 51 durch eine Ventilsteuereinrichtung
(VCU) 140 gesteuert werden. Während mancher Bedingungen kann
die VCU 140 mittels Kommunikation mit dem Steuergerät 12 Fahrzeugbetriebsbedingungsinformationen
erhalten und kann die dem Aktuator 51 gelieferten Signale
verändern,
um das Öffnen
und Schließen
des Einlassventils zu steuern. Ferner kann das Auslassventil 54 durch
Nockenbetätigung
mittels eines Nockenbetätigungssystems 53 gesteuert
werden, das eine oder mehrere Nocken umfassen kann und eines oder
mehrere der Systeme Nockenprofilumschalten (CPS, kurz vom engl.
Cam Profile Switching), veränderliche
Nockensteuerung (VCT, kurz vom engl. Variable Cam Timing), veränderliche
Ventilsteuerung (VVT, kurz vom engl. Variable Valve Timing) und/oder
veränderlicher
Ventilhub (VVL, kurz vom engl. Variable Valve Lift) nutzen kann,
die von dem Steuergerät 12 zum
Verändern
von Ventilbetrieb betrieben werden können. Die Stellung des Einlassventils 52 und
des Auslassventils 54 kann durch Stellungssensoren 55 bzw. 57 ermittelt
werden. In einem Beispiel zeigen die Signale die Stellung des Ventils im
Verhältnis
zu einer Nockenstellung oder einem Nockenwinkel, was als Signal
CAM bezeichnet wird, an.
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Zu
beachten ist, dass eine Schnittstelle 142 zwischen ECM
und VCU mehrere Steuerleitungen umfassen kann, die eine Kommunikation
zwischen der VCU 140 und dem Steuergerät 12 erleichtern. Die
Schnittstelle 142 und die Kommunikation zwischen der VCU 140 und
dem elektronischen Steuermodul 12 werden nachstehend unter
Bezug auf 2 näher erläutert.
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Die
vorstehend beschriebene Ventilauslegung kann hierin als elektronisches
Ventilbetätigungssystem
nur für
den Einlass oder iEVA-System (kurz vom engl. Intake-Only Electronic
Valve Actuation) bezeichnet sein. Auch wenn nachstehend im Hinblick
auf ein iEVA-System Verfahren bezüglich der VCU- und ECM-Synchronisierung
beschrieben werden mögen,
versteht sich, dass die Verfahren weiterhin auf ein EVA-System nur
für den
Auslass oder auf ein Einlass- und Auslass-EVA-System angewendet werden können.
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Ein
Kraftstoffeinspritzventil 66 ist in dem Einlasskanal 44 in
einer Auslegung angeordnet gezeigt, die eine als Kanaleinspritzung
von Kraftstoff in den Einlasskanal stromaufwärts des Brennraums 30 bekannte
Einspritzung vorsieht. Das Kraftstoffeinspritzventil 66 kann
Kraftstoff proportional zur Pulsbreite des Signals FPW einspritzen,
das mittels eines elektronischen Treibers 68 von dem Steuergerät 12 empfangen
wird. Durch eine (nicht dargestellte) Kraftstoffanlage, die einen
Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und ein Kraftstoffverteilerrohr
umfasst, kann dem Kraftstoffeinspritzventil 66 Kraftstoff
zugeführt
werden. In manchen Ausführungsformen
kann der Brennraum 30 alternativ oder zusätzlich ein
direkt mit dem Brennraum 30 verbundenes Kraftstoffeinspritzventil
zum Einspritzen von Kraftstoff direkt dorthinein in einer als Direkteinspritzung
bekannten Weise umfassen.
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Der
Einlasskanal 42 kann eine Drossel 62 mit einer
Drosselklappe 64 umfassen. In diesem bestimmten Beispiel
kann die Stellung der Drosselklappe 64 durch das Steuergerät 12 mittels
eines Signals verändert
werden, das einem mit der Drossel 62 enthaltenen Elektromotor
oder Aktuator geliefert wird, eine Auslegung, die üblicherweise
als elektronische Drosselsteuerung (ETC, kurz vom engl. Electronic Throttle
Control) bezeichnet wird. Auf diese Weise kann die Drossel 62 so
betrieben werden, dass sie die dem Brennraum 30 aus den
anderen Motorzylindern gelieferte Ansaugluft verändert. Die Stellung der Drosselklappe 64 kann
dem Steuergerät 12 durch das
Drosselstellungssignal TP geliefert werden. Der Einlasskanal 42 kann
einen Luftmassenstromsensor 120 und einem Krümmerluftdrucksensor 122 zum Liefern
jeweiliger Signale MAF und MAP zu dem Steuergerät 12 umfassen.
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Eine
Zündanlage 88 kann
dem Brennraum 30 unter ausgewählten Betriebsmodi mittels
einer Zündkerze 92 als
Reaktion auf das Zündfrühverstellungssignal
SA von dem Steuergerät 12 einen
Zündfunken
liefern. Auch wenn Fremdzündungskomponenten
gezeigt werden, können
in manchen Ausführungsformen
der Brennraum 30 oder einer oder mehrere der Brennräume des
Motors 10 in einem Kompressionszündungsmodus mit oder ohne einen Zündfunken
betrieben werden.
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Ein
Abgassensor 126 wird mit dem Auslasskanal 48 stromaufwärts einer
Schadstoffbegrenzungsvorrichtung 70 verbunden gezeigt.
Der Sensor 126 kann jeder geeignete Sensor zum Vorsehen
eines Hinweises auf das Kraftstoff/Luft-Verhältnis
des Abgases sein, beispielsweise eine lineare Lambdasonde oder UEGO
(Universal- oder Breitbandabgassauerstoff, kurz vom engl. Universal
Exhaust Gas Oxygen Sensor), eine Zweizustandslambdasonde oder EGO,
eine HEGO (beheizte EGO), ein NOx-, HC- oder CO-Sensor. Die Schadstoffbegrenzungsvorrichtung 70 wird
entlang des Auslasskanals 48 stromabwärts des Abgassensors 126 angeordnet
gezeigt. Die Vorrichtung 70 kann ein Dreiwegekatalysator
(TWC, kurz vom engl. Three Way Catalyst), eine NOx-Falle, verschiedene
andere Schadstoffbegrenzungsvorrichtungen oder Kombinationen derselben sein.
In manchen Ausführungsformen
kann die Schadstoffbegrenzungsvorrichtung 70 während des Betriebs
des Motors 10 durch Betreiben mindestens eines Zylinders
des Motors innerhalb eines bestimmten Kraftstoff/Luft-Verhältnisses
regelmäßig zurückgesetzt
werden.
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Das
Steuergerät
oder elektronische Steuermodul (ECM) 12 wird in 1 als
Mikrocomputer gezeigter, welcher umfasst: einen Mikroprozessor 102, Input/Output-Ports 104,
ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte,
das in diesem bestimmten Beispiel als Festwertspeicher 106 gezeigt
ist, einen Arbeitsspeicher 108, einen Dauerspeicher 110 und
einen Datenbus. Das Steuergerät 12 kann
verschiedene Signale von mit dem Motor 10 verbundenen Sensoren
zusätzlich
zu den bereits erläuterten
Signalen empfangen, einschließlich:
Messung des eingelassenen Luftmassenstroms (MAF) von einem Luftmassenstromsensor 120;
Motorkühlmitteltemperatur
(ECT) von einem mit einem Kühlmantel 114 verbundenen Temperaturfühler 112;
ein Zündungsprofil-Aufnehmersignal (PIP)
von einem mit der Kurbelwelle 40 verbundenen Hallgeber 118 (oder
einer anderen Art); eine Drosselstellung (TP) von einem Drosselstellungssensor;
und ein Krümmerunterdrucksignal
MAP von einem Sensor 122. Ein Motordrehzahlsignal RPM kann
durch das Steuergerät 12 aus
dem Signal PIP erzeugt werden. Das Krümmerdrucksignal MAP von einem
Krümmerdrucksensor
kann zum Vorsehen eines Hinweises auf Unterdruck oder Druck in dem Ansaugkrümmer verwendet
werden. Zu beachten ist, dass verschiedene Kombinationen der vorstehenden Sensoren
verwendet werden können,
beispielsweise ein MAF-Sensor ohne einen MAP-Sensor oder umgekehrt.
Während
des stöchiometrischen
Betriebs kann der MAP-Sensor einen Hinweis auf Motordrehmoment geben.
Ferner kann dieser Sensor zusammen mit der detektierten Motordrehzahl
eine Schätzung
einer in den Zylinder eingelassenen Ladung (einschließlich Luft)
vorsehen. In einem Beispiel kann der Sensor 118, der auch
als Motordrehzahlmesser verwendet wird, eine vorbestimmte Anzahl
an gleichmäßig beabstandeten
Pulsen pro Umdrehung der Kurbelwelle erzeugen. Ein solches Muster
von Pulsen kann im Allgemeinen als Pulsfolge bezeichnet werden.
Wie nachstehend näher
beschrieben wird, können
verschiedene unterschiedliche Pulsfolgen von verschiedenen Sensoren
genutzt werden, um eine Synchronisierung der verschiedenen Steuergeräte des Motorsystems
zu ermitteln.
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In
manchen Ausführungsformen
können
die in dem gesamten Motorsystem positionierten mehreren Sensoren
mittels eines Steuerungsbereichsnetzwerks (CAN), das hierin als
Fahrzeug-CAN bezeichnet werden kann, mit dem ECM kommunizieren.
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Zu
beachten ist, dass in manchen Ausführungsformen die VCU 140 ein
Mikrocomputer sein kann und Berechnungskomponenten umfassen kann,
die denen von ECU 12 ähnlich
sind. Wie vorstehend beschrieben zeigt 1 nur einen
Zylinder eines Mehrzylindermotors und dass jeder Zylinder analog
seinen eigenen Satz an Einlass-/Auslassventilen, Kraftstoffeinspritzventil,
Zündkerze,
etc. umfassen kann. Weiterhin kann jeder Zylinder ein oder mehrere
Einlass- und/oder Auslassventile umfassen, die durch die VCU 140 und/oder
ECM 12 mittels elektronischer Ventilbetätigung oder Nockenbetätigung gesteuert
werden können.
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2 zeigt
ein schematisches Diagramm einer beispielhaften Schnittstelle zwischen
dem ECM und der VCU. In dieser beispielhaften Konfiguration umfasst
die Schnittstelle 142 von ECM zu VCU sechs verschiedene
Signalverbindungen zum Übermitteln verschiedener
Betriebsbedingungen/-parameter zwischen dem ECM und der VCU, wenngleich
mehr oder weniger verwendet werden können. Insbesondere kann die
VCU Motorsystem-Betriebsinformationen mittels der Schnittstelle 142 von
dem ECM halten, die zum Steuern des Ventilbetriebs der Einlassventile
der jeweiligen Zylinder verwendet werden können. Ferner kann die VCU mittels
der Schnittstelle 142 Informationen zum ECM senden. Das
ECM 12 kann unter anderen Signalen ein Kurbelstellungssignal
(CPS) und ein CAM-Signal empfangen, die mittels der Schnittstelle 142 zur
VCU weitergeleitet werden können,
dann kann die VCU Einlassventil-Steuersignale zu Aktuatoren der
Einlassventile senden.
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Die
Schnittstelle 142 von ECM zu VCU kann eine CPS-Leitung 202 zum Übermitteln
eines digitalen Kurbelstellungssignals (CPS) von dem ECM zu der
VCU umfassen. In manchen Ausführungsformen kann
das CPS-Signal von einem VR-Sensor zu dem ECM gesendet werden bzw.
kann in manchen Fällen aus
dem zu dem ECM gesendeten PIP-Signal adaptiert werden. In manchen
Ausführungsformen
kann die CPS-Leitung 202 eine verdrillte Doppelverbindung
zum Erleichtern größerer Bandbreite
sein und kann eine elektromagnetische Interferenz von externen Quellen
mindern.
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In
manchen Ausführungsformen
umfasst die Schnittstelle 142 von ECM zu VCU eine dedizierte CAN-Leitung 204 zum Übermitteln
von Nachrichten zwischen dem ECM und der VCU und umgekehrt. Eine
dedizierte CAN-Leitung 202 kann eine verdrillte Doppelverbindung
sein, die eine größere Bandbreite erleichtern
kann und elektromagnetische Interferenz von externen Quellen verringern
kann. Die von dem ECM übermittelten
Nachrichten können
ECM-Statusinformationen und ECM-Befehlsinformationen
umfassen, die der VCU gesendet werden. In einer beispielhaften Auslegung
kann das ECM der VCU alle 90 Kurbelwinkelgrad (CA) ECM-Statusinformationsnachrichten
oder mindestens eine Nachricht in einem Zeitraum von 16 ms senden.
In einem Beispiel kann die ECM-Statusinformation ein VCU-Aktivierungssignal,
ein Zylindersignal, ein Motordrehzahlsignal, ein Motorlastsignal
und ein ECM-OT-Zählersignal
umfassen. Ferner kann das ECM der VCU alle 90 CA-Grad oder nach
Bedarf ECM-Befehlsinformationsnachrichten senden, um Einlassventilöffnungs-/Einlassventilschließvorgänge für Start
und niedrige Motordrehzahlen anzusetzen/zu aktualisieren. In einem
Beispiel können
die ECM-Befehlsinformationen ein Ventilmodussignal für jedes
Einlassventil, ein Einlassventil-Öffnen-Zielwinkelsignal für jedes
Einlassventil und ein Einlassventil-Schließ-Zielwinkelsignal für jedes
Einlassventil umfassen.
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Weiterhin
können
die von der VCU übermittelten
Nachrichten VCU-Modulstatusinformationen und
VCU-Zylinderstatusinformationen umfassen, die zum ECM gesendet werden.
In einer beispielhaften Auslegung kann die VCU dem ECM alle 90 CA-Winkel
VCU-Modulstatusnachrichten senden oder zumindest eine Nachricht
in einem Höchstzeitraum
von 16 ms oder unmittelbar bei Erhalt einer Änderung der Signale VCU Bereit,
Synchronisierungsstatus oder Ventilschließverschlechterung. In einem
Beispiel kann die VCU-Modulstatusinformation
ein Signal VCU Bereit, ein Synchronisierungsstatussignal, ein CPS-Statussignal,
ein CAM-Statussignal, ein Stromversorgungsstatussignal, ein Temperaturstatussignal,
ein Ventilschließverschlechterungssignal,
ein VCU-OT-Zählersignal
und ein VCU-Stromsignal umfassen. Ferner kann die VCU dem ECM alle
90 CA-Grad VCU-Zylinderstatusnachrichten senden. In einem Beispiel
können
die VCU-Zylinderstatusinformationen ein Ventilzustandssignal für jedes
Einlassventil, ein Einlassventilöffnungsfehlersignal
für jedes Einlassventil
und ein Einlassventilschließfehlersignal für jedes
Einlassventil umfassen.
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Die
Schnittstelle 142 von ECM zu VCU kann eine Kombinations-OT-Leitung 206 umfassen,
die ein abgewandeltes oder kombiniertes CAM-Signal, das eine OT-Kennung für Zylinder
Eins umfasst, von dem ECM zu der VCU übermitteln kann. Das Kombinations-OT-Signal
kann als Sicherungssignal im Fall einer Verschlechterung der CPS-Signalleitung und/oder
des Fahrzeug-CAN-Systems implementiert werden. In manchen Ausführungsformen
kann das Kombinations-OT-Signal über einen
Einzelleiter übermittelt
werden. Eine beispielhafte kombinierte OT-Signal-Pulsfolge wird in 3 gezeigt
und wird nachstehend näher
erläutert.
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In
manchen Ausführungsformen
kann eine V-Motor-Konfiguration implementiert werden, die zwei oder
mehr Nockenwellen für
jede der Zylinderbänke
des Motors nutzt. Bei einer solchen Auslegung kann das Kombinations-OT-Signal
basierend auf beiden CAM-Signalen entsprechend den Einlassventilen
der jeweiligen Zylinderbänke
erzeugt werden. Durch Verwenden von zwei CAM-Signalen zum Erzeugen
des Kombinations-OT-Signals kann eine Synchronisierung des VCU zu
dem ECM verglichen mit einem Kombinations-OT-Signal, das aus einem einzigen
CAM-Signal erzeugt wird, in weniger als der Hälfte der Anzahl an Motorgraden
erreicht werden. Auf diese Weise kann der Zeitbetrag für das Erreichen
der Synchronisierung verringert werden. Die schnelle Synchronisierung
kann insbesondere bei Kaltstartverfahren anwendbar oder vorteilhaft
sein. Ferner versteht sich, dass bei manchen Ausführungsformen
das Kombinations-OT-Signal basierend auf einer geeigneten Anzahl
an CAM-Signalen entsprechend der Anzahl verwendeter CAM-Wellen,
die zum Steuern von Zylindereinlassventilen des Motors verwendet
werden, erzeugt werden kann. Bei manchen Ausführungsformen können mehrere
Kombinations-OT-Signale basierend auf unterschiedlichen CAM-Signalen
erzeugt werden.
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Die
Schnittstelle 142 von ECM zu VCU kann eine VCU-Statusleitung 208 umfassen,
die Statusinformationen von der VCU zu dem ECM übermitteln kann, die anzeigen,
ob die VCU betriebsbereit und mit dem ECM synchronisiert ist. Insbesondere
kann die VCU eine interne Version des Kombinations-OT-Signals berechnen,
die von dem ECM zu der VCU gesendet wird. Die VCU kann die intern
berechnete Kombinations-OT-Pulsfolge
mittels der VCU-Statusleitung 208 zu dem ECM übermitteln. Das
von der VCU erzeugte Kombinations-OT-Signal wird nachstehend unter
Bezug auf 4 näher beschrieben.
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Weiterhin
versteht sich, dass entweder das ECM oder die VCU die Phaseneinstellung
der OT-Signale vergleichen und berechnen kann, um zu ermitteln,
dass das ECM und die VCU innerhalb einer kalibrierbaren Phase synchronisiert
sind. Es versteht sich, dass der vorstehend beschriebene Vergleich eine
Analyse sein kann, wo eine Signalflanke bezüglich der anderen Signalflanke
erfolgt, und der Vergleich auf Zeit oder Position beruhen kann.
Die Synchronisierung von ECM zu VCU und die Fehlerdetektion werden
nachstehend unter Bezug auf 5 näher erläutert. Das
VCU-Statussignal kann als Sicherungssignal im Fall einer Verschlechterung
der dedizierten CAN-Leitung implementiert werden.
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In
manchen Ausführungsformen
kann das VCU-Statussignal über
einen Einzelleiter übertragen werden.
Durch Nutzen einer dedizierten Steuersignalleitung der Schnittstelle
zwischen dem ECM und der VCU zum Senden von Pulsfolgen, die Zylinderkennung
enthalten, kann das Überwachen
der Synchronisierung zwischen den Steuermodulen in präziser und
stabiler Weise ausgeführt
werden, was wiederum zu verbesserter Steuerungsgenauigkeit der Einlassventile
führen
kann. Weiterhin kann die Implementierung des Kombinations-OT- und
VCU-Statussignals die Schnittstelle stabiler machen, da die Signalleitungen
zum Erkennen von Kurbelwinkel und Zylinderposition im Fall von Verschlechterung
der CPS- und/oder dedizierten CAN-Signalleitungen verwendet werden
können.
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Die
Schnittstelle 142 von ECM zu VCU kann eine Ventilschließverschlechterungsleitung
(VCU) 210 umfassen, die von der VCU detektierte Einlassventilschließverschlechterungssignale
zum ECM übermitteln
kann. Als Reaktion auf das Empfangen eines VCD-Signals kann das
ECM Kraftstoff und Zündbetriebe
anpassen, um ein VCD zu berücksichtigen.
In einem Beispiel kann die VCU ein Ventilschließverschlechterungssignal (VCD) über vier
dedizierte Signalleitungen zum Motorsteuermodul (ECM) übermitteln.
Das VCD-Signal kann unter Verwendung von vier Einzelleitern von
der VCU zu dem ECM übertragen
werden. Im Fall eines Achtzylindermotors kann jede VCD-Signalleitung
verwendet werden, um das VCD-Signal für zwei Zylinder zu übermitteln.
Wenn die VCU ein VCD an einem oder mehreren der Einlassventile detektiert,
kann die VCU die VCD-Signalleitungen,
die den Zylindern zugeordnet sind, die ein VCD haben, niedrig halten,
bis eine Nachricht zum Deaktivieren von Zündung/Kraftstoff von dem ECM
empfangen wird. Dies bestätigt,
dass der Zylinder/die Zylinder mit einem VCD Deaktivierung von Zündung und
Kraftstoff aufweist. Alternativ kann das VCD durch die VCU gelöscht werden.
Ansonsten kann die VCU während
Standardbetrieb die Signalleitungen hoch halten.
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In
einer beispielhaften Konfiguration kann die VCU in einem Achtzylindermotorsystem
eine Nachricht über
die dedizierte CAN-Verbindung zu dem ECM übermitteln, die die Zylinder
erkennt, die eine Verschlechterung entweder eines VCD oder einer
VCD-Signalleitung, d. h. eine Signalleitung mit einem offenen Kreis,
eine Verschlechterung durch Kurzschluss zu Masse oder Kurzschluss
zu Strom aufweisen. Die über
die CAN gesendete Nachricht kann acht Bit, eines pro Zylinder, umfassen,
wobei jedes Bit auf 0 gesetzt wird, wenn keine Ventilschließ- oder Signalleitungsverschlechterung
vorliegt, und auf 1 gesetzt wird, wenn eine Ventilschließ- oder
Signalleitungsverschlechterung vorliegt. Ferner kann das ECM die
VDC-Signal-CAN-Nachricht der VCU empfangen und verarbeiten, um Zündung und
Kraftstoff an den Zylindern zu deaktivieren, die ein auf 1 gesetztes
Bit aufweisen. Nachdem das ECM Kraftstoff und Zündung an den in der VCD-Signal-CAN-Nachricht der
VCU erkannten Zylindern deaktiviert hat, kann das ECM eine CAN-Nachricht
zum Deaktivieren von Zündung/Kraftstoff
zu der VCU senden. Die ECM-Nachricht zum Deaktivieren von Zündung/Kraftstoff
kann den gleichen Aufbau wie die VCD-Signal-CAN-Nachricht der VCU
haben, d. h. ein Bit pro Zylinder, wobei das Bit auf 1 gesetzt ist,
wenn an einem bestimmten Zylinder der Kraftstoff und die Zündung deaktiviert
wurden.
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Die
Schnittstelle 142 von ECM zu VCU kann eine Leitung 212 für das Schlüssel-Ein-Signal umfassen,
die von der ECM ein Signal zur VCU übermitteln kann, das anzeigt,
dass sich der Schlüssel
in der Zündung
befindet. Das Schlüssel-Ein-Signal
kann genutzt werden, um das VCU-System zu starten, so dass die VCU
Ventilbetätigungsbefehle
von dem ECM innerhalb eines geeigneten Zeitraums nach dem Starten
annehmen und zuführen
kann. Bei Initiieren der VCU basierend auf dem Schlüssel-Ein-Signal
kann die VCU dem ECM ein VCU-Bereit-Signal senden.
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Es
versteht sich, dass bei manchen Ausführungsformen der Schnittstelle
von ECM zu VCU auf verschiedene Signale oder Signalleitungen verzichtet werden
kann und/oder dass zusätzliche
Signale, Signalleitungen und/oder Nachrichten zwischen dem ECM und
der VCU gesendet werden können,
um eine Steuerung des Ventilbetriebs und eine entsprechende Rückmeldung
vorzusehen.
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3 zeigt
eine beispielhafte Pulsfolge eines Stellungsanzeigesignals, insbesondere
des Kombinations-OT-Signals, das von dem ECM erzeugt und mittels
der Kombinations-OT-Leitung 206 (siehe 2)
von dem ECM zu der VCU gesendet wird. In dem gezeigten Beispiel
enthält
das Kombinations-OT-Signal alle 90 CA-Grad eine ansteigende Flanke, die 36
CA-Grad vor dem OT jedes Zylinders erfolgt. Zudem sind die Pulse
mit Ausnahme des Pulses, der mit dem OT von Zylinder Nummer Eins
ausgerichtet ist und der eine Breite von 60 CA-Grad hat, jeweils
30 Grad breit. Der 60 CA-Grad breite Puls kann zum Kenntlichmachen
des OT von Zylinder Nummer Eins verwendet werden. Demgemäß kann die
fallende Flanke des Pulses für
Zylinder Nummer Eins 24 CA-Grad nach dem OT des Verdichtungshubs
erfolgen und die fallenden Flanken der Pulse für die anderen Zylinder können 6 CA-Grad vor dem OT des
Verdichtungshubs erfolgen. Durch Vergrößern der Breite des Pulses,
der dem Zylinder Nummer Eins entspricht, kann der Zylinder leicht
erkannt werden und die Genauigkeit der Überwachung der Systemleistung
(z. B. Ventilsteuerzeiten) kann verbessert werden. Die Kombinations-OT-Pulsfolge
kann eine Sicherung des Kurbelstellungssignals (CPS) und der in
den CAN-Nachrichtenübermittlungssignalen
enthaltenen Kennung des Zylinders Nummer Eins in dem Fall vorsehen,
dass entweder die CPS-Signalleitung, die Fahrzeug-CAN-Verbindung oder beide
Signalleitungen schlechter werden.
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Wie
vorstehend erläutert
kann die VCU dem ECM mittels der VCU-Statussignalleitung 208 (siehe 2)
ein VCU-Statussignal senden, das dem ECM eine Betriebsrückmeldung
der Einlassventile liefern kann. In einem Beispiel kann eine Steuerstrategie eingesetzt
werden, um die Rückmeldung
von der VCU zum Prüfen
auf Fehler bei der Synchronisierung zwischen dem ECM und dem VCU
zu nutzen. Insbesondere kann die VCU basierend auf der internen
Zylinderzeitsteuerung der VCU intern eine Pulsfolge berechnen und
kann die gleichen Pulsfolgeneigenschaften als die Kombinations-OT-Pulsfolge
aufnehmen, die von dem in 3 gezeigten
ECM erzeugt wird. Bei Empfang des Kombinations-OT-Signals von dem ECM kann die VCU
dem ECM das VCU-Statussignal senden. Wie in 4 gezeigt
kann das VCU-Statussignal abgesehen davon, dass das VCU-Statussignal phasenverschoben
sein kann, die gleiche Pulsfolge wie das Kombinations-OT-Signal erzeugen.
Die Phasenverschiebung kann zu einem Synchronisierungsfehler zwischen
der VCU und dem ECM führen.
Die Phasenverschiebung und/oder der Synchronisierungsfehler können zum
Beispiel auf VCU-Softwarefehler, CPS-Signalverarbeitungsfehler und/oder
Verschlechterung der VCU-Hardware zurückgeführt werden.
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Die
von dem ECM erzeugte Kombinations-OT-Signalpulsfolge wird als durchgehende
Linie gezeigt und die VCU-Statuspulsfolge wird als Strichlinie gezeigt.
Jede der jeweiligen Pulsfolgen kann die interne Zeitsteuerung jedes
der jeweiligen Steuermodule anzeigen. Demgemäß ist es anhand sowohl des Kombinations-OT-Signals als auch
des VCU-Statussignals möglich,
dass entweder das ECM oder die VCU die Synchronisierung von VCU
zu ECM durch Berechnen der Phasenverschiebung dieser beiden Signale
und Subtrahieren von Übermittlungslatenzwerten
messen.
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Auch
wenn 4 das VCU-Statussignal über allen Zylindern phasenverschoben
zeigt, versteht sich, dass die VCU auf zylinderweiser Basis gegenüber dem
ECM nicht synchronisiert sein kann, was zu einem Synchronisierungsfehler
von VCU zu ECM führen
kann. In manchen Fällen
kann ein VCU-Synchronisierungsfehler auftreten, der dazu führt, dass
ein einzelner Zylinder oder eine Untergruppe von Zylindern mit den
Kraftstoff- und Zündbefehlen
des ECM nicht synchronisiert ist.
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5 zeigt
eine Ausführungsform
eines Verfahrens zum Detektieren von Synchronisierungsfehlern zwischen
dem ECM und der VCU, die in einem vorstehend beschriebenen iEVA-Motorsystem
implementiert sein können.
Bei 502 umfasst das Verfahren das Senden eines Kombinations-OT-Signals
von dem ECM zur VCU. Das Kombinations-OT-Signal kann eine Pulsfolge
umfassen, die die Kurbelstellung anzeigt, und kann einen Kennungspuls
für Zylinder Eins
umfassen. In 3 wird ein beispielhaftes Kombinations-OT-Signal
gezeigt.
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Bei 504 kann
das Verfahren das Empfangen eines VCU-Statussignals von der VCU
an dem ECM umfassen. Das VCU-Statussignal kann eine Wiedergabe des
zu der VCU gesendeten Kombinations-OT-Signals sein. D. h. das VCU-Statussignal kann
identisch zu dem Kombinations-OT-Signal sein, wenngleich zeitlich
verzögert.
Das VCU-Statussignal kann aber basierend auf dem internen Zeitgeber
der VCU berechnet werden. Demgemäß kann das VCU-Statussignal
basierend auf Zeitdifferenzen zwischen den beiden Steuermodulen
sowie/oder anderer interner Verschlechterung von Software und/oder Hardware
verschoben oder phasenverschoben zu dem Kombinations-OT-Signal des
ECM sein.
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Bei 506 kann
das Verfahren das Vergleichen der Phasenverschiebung zwischen dem
Kombinations-OT-Signal und dem VCU-Statussignal mit einem kalibrierbaren
Schwellengrenzwert umfassen. In einem Beispiel des Verfahrens kann
der Schwellengrenzwert basierend auf Motordrehzahl kalibriert sein,
da sich die Mindestdauer des Ventilhubs basierend auf Motordrehzahl ändern kann.
Bei niedrigeren Motordrehzahlen zum Beispiel, bei denen die wirksame
Mindestventildauer im Verhältnis
zum Kurbelwinkel kürzer
sein kann, wird eine VCU-Statussignalpulsfolge,
die um 90 CA-Grad nach dem Kombinations-OT-Signal des ECM phasenverschoben
ist, wahrscheinlich keine Verschlechterung des Ventilschließens hervorrufen,
da das Einlassventil vor Ausführen
der Zündung
schließen
kann. Bei hoher Motordrehzahl dagegen, bei der eine Mindestventildauer
im Verhältnis
zu einem Kurbelwinkel länger
sein kann, kann eine VCU-Statussignalpulsfolge,
die um 90 CA-Grad nach dem Kombinations-OT-Signal des ECM phasenverschoben
sein kann, eine Verschlechterung des Ventilschließens hervorrufen,
da das Einlassventil bei Ausführen
der Zündung
offen sein kann. Es versteht sich, dass der vorstehend beschriebene
Vergleich eine Analyse sein kann, wo eine Flanke bezüglich der
anderen Signalflanke auftritt, und dass der Vergleich auf Zeit oder
auf Stellung beruhen kann. Wenn ermittelt wird, dass die Phasenverschiebung
zwischen der ECM-Pulsfolge und der VCU-Pulsfolge jenseits des Schwellengrenzwerts liegt,
geht das Verfahren weiter zu 508. Wenn andernfalls ermittelt
wird, dass die Phasenverschiebung zwischen der ECM-Pulsfolge und
der VCU-Pulsfolge innerhalb des Schwellengrenzwerts liegt, endet
das Verfahren.
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Bei 508 kann
das Verfahren das Ermitteln basierend auf der phasenverschobenen
VCU-Pulsfolge umfassen, ob eine Ventilverschlechterung wahrscheinlich
eintreten wird. Zum Beispiel kann sich eine Ventilverschlechterung
durch einen Fehler der Ventiltrajektorie äußern. D. h. das Ventil folgt eventuell
nicht einer Solltrajektorie und kann während Motorzündung eventuell
nicht geschlossen werden. Bei manchen Ausführungsformen können Verschlechterungen
des Ventilschließens
durch die VCU zylinderweise ermittelt werden. Die VCU kann Informationen über die
Verschlechterung von Ventilschließen mittels einer dedizierten
CAN-Nachricht an das ECM senden. Wenn ermittelt wird, dass eine
Verschlechterung von Ventilschließen wahrscheinlich eintreten
wird, geht das Verfahren weiter zu 510. Wenn ansonsten
ermittelt wird, dass eine Verschlechterung von Ventilschließen wahrscheinlich nicht
eintreten wird, bewegt sich das Verfahren zu 514.
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Bei 510 kann
das Verfahren das Abschalten von Zündung und/oder Kraftstoff umfassen,
die dem Zylinder zugeführt
werden, in dem eine Verschlechterung von Ventilschließen auftreten
kann. Durch Abschalten von Zündung
und/oder Kraftstoff zu dem Zylinder kann eine Verbrennung verhindert
werden, was wiederum Wirkungen von Geräusch, Vibration und Rauheit
(NVH) durch Verhindern von Fehlzündung
zum Beispiel in den Einlasskanal mindern kann.
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Bei 512 kann
das Verfahren das Neusynchronisieren der VCU mit dem ECM umfassen.
In einem Beispiel kann der interne Zeitgeber der VCU basierend auf
dem von dem ECM gesendeten Kombinations-OT-Signal zurückgesetzt
werden. Durch Neusynchronisieren der VCU mit dem ECM-Einlassventil
kann die Steuerungsgenauigkeit verbessert werden und Verschlechterungen
der Einlassventilsteuerung können
gemindert werden.
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Bei 514 kann
das Verfahren das Anpassen der Ventilsteuerzeiten des Einlassventils
umfassen, um die Phasenverschiebung auszugleichen. In manchen Fällen können die
Ventilsteuerzeiten auf zylinderweiser Basis angepasst werden, um
Synchronisierungsfehler, die einzelnen Zylindern oder Untergruppen
von Zylindern entsprechen, zu korrigieren. Es versteht sich, dass
unter manchen Bedingungen die Ventilsteuerzeiten eventuell nicht
angepasst werden.
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In
manchen Ausführungsformen
können Synchronisierungsfehler
in der VCU statt dem ECM ermittelt werden. Wenn der Synchronisierungsfehler von
VCU zu ECM in der VCU berechnet wird, dann kann der sich ergebende
Wert über
die CAN-Verbindung
zu dem ECM übermittelt
werden, um dem ECM das Verarbeiten dieser Information für Motorsteuerzwecke,
z. B. Abschalten von Kraftstoff und/oder Zündung, zu ermöglichen.
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Zu
beachten ist, dass die hierin nachstehend enthaltenen Signalsteuerzeiten
beispielhaft sind und nicht den Schutzumfang oder die Bedeutung
dieser Beschreibung beschränken
sollen. Zu beachten ist ferner, dass die hierin enthaltenen beispielhaften Steuer-
und Schätzroutinen
mit verschiedenen Motor- und/oder
Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hierin beschriebenen spezifischen
Routinen können
ein oder mehrere einer Reihe von Verarbeitungsstrategien darstellen, beispielsweise
ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading
und dergleichen. Daher können
verschiedene gezeigte Arbeitsgänge, Schritte
oder Funktionen in der gezeigten Abfolge oder parallel ausgeführt oder
in manchen Fällen
ausgelassen werden. Analog ist die Reihenfolge der Verarbeitung
nicht unbedingt erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier
beschriebenen beispielhaften Ausführungen zu verwirklichen, wird
aber zur besseren Veranschaulichung und Beschreibung vorgesehen.
Einer oder mehrere der gezeigten Arbeitsgänge oder Funktionen können abhängig von
der jeweils eingesetzten Strategie wiederholt ausgeführt werden.
Weiterhin können
die beschriebenen Arbeitsgänge
einen in das maschinenlesbare Speichermedium in dem Motorsteuersystem
einzuprogrammierenden Code graphisch darstellen.
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Es
versteht sich, dass die hierin offenbarten Konfigurationen und Routinen
beispielhafter Natur sind und dass diese spezifischen Ausführungen
nicht einschränkend
aufgefasst werden dürfen,
da zahlreiche Abänderungen
möglich
sind. Zum Beispiel kann die obige Technologie auf V-6, I-4, I-6,
V-12, Gegenkolben- und andere Motorausführungen angewendet werden.
Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuartigen
und nicht nahe liegenden Kombinationen und Unterkombinationen der
verschiedenen Systeme und Konfigurationen sowie andere Merkmale,
Funktionen und/oder Eigenschaften, die hierin offenbart werden.
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Die
folgenden Ansprüche
zeigen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen
auf, welche als neuartig und nicht nahe liegend betrachtet werden.
Diese Ansprüche
können
auf „ein" Element oder „ein erstes" Element oder eine Entsprechung
desselben verweisen. Diese Ansprüche
sind so zu verstehen, dass sie das Integrieren eines oder mehrerer
solcher Elemente umfassen, wobei sie zwei oder mehrere dieser Elemente
weder fordern noch ausschließen.
Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen,
Elemente und/oder Eigenschaften können durch Abänderung
der vorliegenden Ansprüche oder
durch Vorlage neuer Ansprüche
in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche
Ansprüche
werden, ob sie nun gegenüber dem
Schutzumfang der ursprünglichen
Ansprüche breiter,
enger, gleich oder unterschiedlich sind, ebenfalls als im Gegenstand
der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.