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Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Brennkraftmaschinen-Öldruckvorhersage und insbesondere eine Brennkraftmaschinen-Ölzufuhrdruckvorhersage auf der Grundlage einer stromabwärts erfolgenden Öldruckmessung.
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Hintergrund
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Brennkraftmaschinen umfassen typischerweise einen Ölzufuhrdruckgeber zum Überwachen eines Öldrucks, der einem geschmierten Teil der Brennkraftmaschine geliefert wird, beispielsweise den Hauptlagern. Wenn zusätzliche hydraulisch betätigte Komponenten wie Nockenphasensteller und mehrstufige Stößel in Brennkraftmaschinen integriert sind, sind unter Umständen zusätzliche Öldruckgeber an Stellen stromabwärts eines Ölzufuhrdruckgebers erforderlich. Zusätzliche Öldruckgeber können die Kosten und Komplexität von Brennkraftmaschinen zusätzlich steigern.
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Die Druckschrift
US 2003/0 217 728 A1 beschreibt allgemein eine Steuerung für Ventile eines Motors und offenbart Sensoren, die zum Messen eines Öldrucks an einer Stelle zwischen einem Ölsteuerventil und einem Nockenphasenversteller vorgesehen sind.
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Zusammenfassung
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Ein Verfahren kann das Öffnen eines Ölsteuerventils (OCV, kurz vom engl. Oil Control Valve) in einer Brennkraftmaschine zum Vorsehen eines Ölstroms, der einen Nockenphasensteller betätigt, das Messen eines ersten Brennkraftmaschinenöldrucks an einer Stelle zwischen dem OCV und dem Nockenphasensteller, wenn das OCV offen ist, und beruhend auf dem ersten Brennkraftmaschinenöldruck das Ermitteln eines zweiten Brennkraftmaschinenöldrucks an einer Stelle zwischen dem OCV und einer Ölpumpenauslassstelle umfassen.
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Ein Steuermodul kann ein Nockenphasensteller-Steuermodul, ein Nockenphasensteller-Öldruckermittlungsmodul und ein System-Öldruckvorhersagemodul umfassen. Das Nockenphasensteller-Steuermodul kann ein Ölsteuerventil (OCV) steuern, um einen Ölstrom zu einem Nockenphasensteller zu steuern. Das Nockenphasensteller-Öldruckermittlungsmodul kann mit dem Nockenphasensteller-Steuermodul in Verbindung stehen und kann einen ersten Brennkraftmaschinenöldruck an einer Stelle zwischen dem OCV und dem Nockenphasensteller ermitteln, wenn sich das OCV in einer offenen Stellung befindet. Das System-Öldruckvorhersagemodul kann beruhend auf dem ersten Brennkraftmaschinenöldruck einen zweiten Brennkraftmaschinenöldruck an einer Stelle zwischen dem OCV und einem Ölpumpenauslass ermitteln.
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Weitere Anwendungsgebiete gehen aus der hierin vorgesehenen Beschreibung hervor. Es versteht sich, dass die Beschreibung und spezifischen Beispiele lediglich dem Zweck der Veranschaulichung dienen.
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Zeichnungen
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Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich für veranschaulichende Zwecke.
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1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Offenbarung;
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2 ist eine schematische Darstellung eines Brennkraftmaschinenölsystems des Fahrzeugs von 1;
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3 ist ein Steuerblockdiagramm des in 1 gezeigten Steuermoduls; und
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4 ist ein Flussdiagramm, das Schritte für die Öldruckvorhersage für das Fahrzeug von 1 darstellt.
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Eingehende Beschreibung
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Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur. Der Klarheit halber werden in den Zeichnungen die gleichen Bezugszeichen zur Bezeichnung ähnlicher Elemente verwendet. Wie hierin verwendet bezieht sich der Begriff „Modul” auf eine applikationsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) und einen Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
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Unter Bezug nun auf 1 ist ein beispielhaftes Fahrzeug 10 schematisch dargestellt. Das Fahrzeug 10 kann eine mit einem Einlasssystem 14 und einem Steuermodul 15 in Verbindung stehende Brennkraftmaschine 12 umfassen. Die Brennkraftmaschine 12 kann mehrere Zylinder 16 mit darin angeordneten Kolben 18 umfassen. Weiterhin kann die Brennkraftmaschine 12 ein Kraftstoffeinspritzventil 20, eine Zündkerze 22, ein Einlassventil 24, ein Auslassventil 26, einen Einlassventilstößel 28 und einen Auslassventilstößel 30 für jeden Zylinder 16 sowie Einlass- und Auslassnockenwellen 32, 34 und Einlass- und Auslassnockenphasenstellersysteme 36, 38 umfassen.
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Das Einlasssystem 14 kann einen Ansaugkrümmer 40 und eine mit einer elektronischen Drosselklappensteuerung (ETC, kurz vom engl. Electronic Throttle Control) 44 in Verbindung stehende Drosselklappe 42 umfassen. Die Drosselklappe 42 und die Einlassventile 24 können einen Luftstrom in die Brennkraftmaschine 12 steuern. Das Kraftstoffeinspritzventil 20 kann einen Kraftstoffstrom in die Brennkraftmaschine 12 steuern, und die Zündkerze 22 kann das der Brennkraftmaschine 12 durch das Einlasssystem 14 und das Kraftstoffeinspritzventil 20 gelieferte Luft/Kraftstoff-Gemisch zünden. Die Einlass- und/oder Auslassventilstößel 28, 30 können mehrstufige Stößel umfassen, beispielsweise zweistufige Stößel.
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Unter zusätzlichem Bezug auf 2 kann die Brennkraftmaschine 12 ein Ölsystem 46 umfassen, das eine Ölpumpe 48, eine Nockenlager- und Stößelführung 50, eine Hauptlagerführung 52 und einen Nockenphasensteller-Ölzulauf 54 in Fluidverbindung mit den Einlass- und Auslass-Nockenphasenstellersystemen 36, 38 umfasst. Das Einlass-Nockenphasenstellersystem 36 kann ein Ölsteuerventil (OCV) 56, einen Nockenphasensteller 58 und einen zwischen dem OCV 56 und dem Nockenphasensteller 58 angeordneten Druckgeber 60 umfassen. Der Druckgeber 60 kann mit dem Steuermodul 15 in Verbindung stehen und kann dem Steuermodul 15 ein Signal liefern, das einen Öldruck zwischen dem OCV 56 und dem Nockenphasensteller 58 anzeigt. Das Auslass-Nockenphasenstellersystem 38 kann ein OCV 62 und einen Nockenphasensteller 64 umfassen. Während der Öldruckgeber 60 zwischen dem OCV 56 und dem Nockenphasensteller 58 angeordnet gezeigt ist, versteht sich, dass der Öldruckgeber 60 alternativ zwischen dem OCV 62 und dem Nockenphasensteller 64 angeordnet sein kann.
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Das Steuermodul 15 kann mit der Brennkraftmaschine 12 in Verbindung stehen und kann von der Brennkraftmaschine 12 ein Signal empfangen, das eine aktuelle Brennkraftmaschinendrehzahl anzeigt. Das Steuermodul 15 kann zusätzlich mit den Einlass- und Auslass-Nockenphasenstellersystemen 36, 38 und der ETC 40 in Verbindung stehen. Im Einzelnen kann das Steuermodul 15 in dem vorliegenden Beispiel mit dem OCV 56 und dem Einlassversteller 58 in Verbindung stehen, um das Öffnen des OCV 56 zu steuern und die Phasenverstellrate und die Position des Nockenphasenstellers 58 zu ermitteln. Unter Bezug auf 3 kann das Steuermodul 15 ein Nockenphasensteller-Steuermodul 66, ein Nockenphasensteller-Öldruckermittlungsmodul 68 und ein System-Öldruckvorhersagemodul 70 umfassen.
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Das Nockenphasensteller-Steuermodul 66 kann das Öffnen des OCV 56 und daher die Phasenverstellrate und die Verschiebung des Nockenphasenstellers 58 steuern. Das Nockenphasensteller-Öldruckermittlungsmodul 68 kann mit dem Nockenphasensteller-Steuermodul 66 in Verbindung stehen und ein Signal von diesem empfangen, das eine Stellung des OCV 56 und eine Phasenverstellrate des Nockenphasenstellers 58 anzeigt. Das Nockenphasensteller-Öldruckermittlungsmodul 68 kann den Öldruck an einer Stelle zwischen dem OCV 56 und dem Nockenphasensteller 58 ermitteln. Der ermittelte Öldruck kann bei in der Brennkraftmaschine 12 integrierten mehrstufigen Stößeln zur Bewertung der Einlass- und/oder Auslassventilstößel 28, 30 verwendet werden. Der ermittelte Öldruck kann zusätzlich zum Schätzen oder Vorhersagen eines Ölzufuhrdrucks verwendet werden. Der Ölzufuhrdruck kann einen Öldruck an einer Stelle in dem Ölsystem 46 zwischen der Ölpumpe 48 und dem OCV 56 und insbesondere einen Öldruck an der Hauptlagerführung 52 umfassen.
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Das System-Öldruckvorhersagemodul 70 kann mit dem Nockenphasensteller-Öldruckermittlungsmodul 68 in Verbindung stehen und kann den ermittelten Öldruck empfangen. Das System-Öldruckvorhersagemodul 70 kann einen Brennkraftmaschinenöldurchfluss schätzen und den Ölzufuhrdruck vorhersagen.
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Unter Bezug auf 4 zeigt eine Steuerlogik 100 allgemein ein Verfahren zum Vorhersagen des vorstehend erläuterten Ölzufuhrdrucks. Die Steuerlogik 100 kann bei Block 102 einsetzen, wo das OCV 56 geöffnet wird, um den Nockenphasensteller 58 zu betätigen. Dann kann die Steuerlogik 100 zu Block 104 vorrücken, wo an einer Stelle zwischen dem OCV 56 und dem Nockenphasensteller 58 mit Hilfe des Druckgebers 60 Öldruck (Pd) ermittelt wird, während das OCV 56 offen ist. Dann kann die Steuerlogik 100 zu Block 106 vorrücken, wo der Ölzufuhrdruck (Ps) vorhergesagt wird. Sobald der Ölzufuhrdruck ermittelt ist, kann die Steuerlogik 100 enden.
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Die Vorhersage des Ölzufuhrdrucks (P
s) mit Hilfe des ermittelten Öldrucks (P
d) kann eine Berechnung des Ölzufuhrdrucks beruhend auf den folgenden Gleichungen umfassen:
wobei P
s der Ölzufuhrdruck, P
d der ermittelte Öldruck (in dem vorliegenden Beispiel ein stromabwärts herrschender Öldruck zwischen dem OCV
56 und dem Nockenphasensteller
58), V . ein geschätzter Brennkraftmaschinenöldurchfluss bzw. -strom, ρ Öldichte, ν Ölviskosität, C
d ein Austragskoeffizient, A
s eine Bezugsfläche der Zufuhrseite, A
d eine Bezugsfläche der stromabwärts liegenden Seite, g die Gravitationskonstante (9,81 m/s
2) und h die Höhe der Position von P
d im Verhältnis zu P
s ist.
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Es kann eine Matrix von Austragskoeffizienten (Cd) für verschiedene Brennkraftmaschinenbetriebsbedingungen ermittelt werden. Die Austragskoeffizienten (Cd) können aus Bauteilebenentests ermittelt werden und können eine Funktion von Brennkraftmaschinenöldurchfluss (V .), Öldichte (ρ) und Ölviskosität (ν) sein, wie in der vorstehenden Gleichung (2) gezeigt ist. Im Einzelnen können die Austragskoeffizienten (Cd) auf der Grundlage von Bauteilebenentests berechnet werden.
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Zum Beispiel kann der Brennkraftmaschine 12 an einer Stelle, die einem Ölpumpenauslass entspricht, ein bekannter Brennkraftmaschinenöldurchfluss (V .) geliefert werden. Es können eine Reihe von Brennkraftmaschinenöldurchflüssen (V .1, V .2, ... V .n) für verschiedene Brennkraftmaschinenbedingungen einschließlich Öltemperaturen (was Öldichte (ρ) und Ölviskosität (ν) berücksichtigt) sowie Betriebsbedingungen der Nockenphasensteller 56, 64 geliefert werden. Eine erste Öldruckmessung (P1), die allgemein einem ermittelten Öldruck (Pd) entspricht, kann bei Druckgeber 60 genommen werden, und eine zweite Öldruckmessung (P2), die allgemein einem Ölzufuhrdruck (Ps) entspricht, kann stromaufwärts der ersten Öldruckmessung (P1) genommen werden. Zum Beispiel kann die zweite Öldruckmessung (P2) an der Hauptlagerführung 52 genommen werden. Es können eine Reihe von ersten Öldrücken (P11, P12, .., P1n) und zweiten Öldrücken (P21, P22, ..., P2n) erfasst werden, die der Reihe von Brennkraftmaschinenöldurchflüssen (V .1, V .2, ... V .n) entsprechen.
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Gleichung (1) kann zum Lösen des Austragskoeffizienten (C
d) unter Verwenden der ersten und zweiten Öldruckmessungen (P1, P2) umgeformt werden, wie nachstehend in Gleichung (3) ersichtlich ist:
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Es können eine Reihe von Austragskoeffizienten (Cd1, Cd2, ..., Cdn) berechnet werden, die der Reihe von Brennkraftmaschinenöldurchflüssen (V .1, V .2, ... V .n), ersten Öldrücken (P11, P12, .., P1n) und zweiten Öldrücken (P21, P22, ..., P2n) entsprechen. Es können Bezugsflächen (As, Ad) der Zufuhr- und Ablassseite gewählt werden, bei denen As nicht gleich Ad ist. Es können Bezugsflächen (As, Ad) der Zufuhr- und Ablassseite in verhältnismäßig willkürlicher Weise gewählt werden, solange die gleichen Bezugsflächen (As, Ad) der Zufuhr- und Ablassseite für die Berechnung jedes der Austragskoeffizienten (Cd1, Cd2, ..., Cdn) und für die Berechnung des Zufuhrdrucks (Ps) verwendet werden.
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Die Reihe von Austragskoeffizienten (Cd1, Cd2, ..., Cdn) kann eine Matrix von Austragskoeffizienten zur Verwendung bei der Berechnung des Zufuhrdrucks (Ps) bilden. Die Werte der Reihe von Austragskoeffizienten können eine regressionsbasierte Funktion bilden oder können in eine Lookup-Tabelle aufgenommen werden. Auf der Grundlage des geschätzten Brennkraftmaschinenöldurchflusses (V .) kann daher der Zufuhrdruck (Ps) auf der Grundlage des ermittelten Öldrucks (Pd) von dem Druckgeber 60 vorhergesagt werden.
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Alternativ kann der Ölzufuhrdruck (Ps) anhand einer rein empirischen Regressionsgleichung, die nachstehend in Gleichung (4) gezeigt ist, ermittelt werden: Ps = f(Pd, RPM, T, ϕ .I, ϕ .E); (4) wobei Pd wie vorstehend erläutert der ermittelte Öldruck ist, RPM die Brennkraftmaschinendrehzahl (Umdrehungen/Minute), T die Öltemperatur, Φ .I die Einlassversteller-Phasenverstellrate und Φ .E die Auslassversteller-Phasenverstellrate ist. Gleichung (4) kann experimentell aus Brennkraftmaschinentests abgeleitet werden. Die Brennkraftmaschinendrehzahl (RPM) kann verwendet werden, wenn die Ölpumpe 48 durch eine mechanische Komponente der Brennkraftmaschine 12 angetrieben wird, beispielsweise die Kurbelwelle. Die Brennkraftmaschinendrehzahl (RPM) kann außer Acht gelassen werden, wenn die Ölpumpe 48 unabhängig von der Brennkraftmaschine 12 angetrieben wird, beispielsweise durch einen Elektromotor.
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Bei jedem Verfahren zur Ermittlung des Ölzufuhrdrucks (Ps) kann der Druckgeber 60 im Allgemeinen die Schätzung eines Systemzufuhrdrucks liefern, wobei die Notwendigkeit eines zusätzlichen Öldruckgebers umgangen wird.
