DE102009038783B4

DE102009038783B4 - Drehmomentbasiertes Funkenzündungssystem mit Mehrfachpuls-Direkteinspritzung

Info

Publication number: DE102009038783B4
Application number: DE102009038783.8A
Authority: DE
Inventors: Michael Livshiz; Jeffrey M. Kaiser; Christopher R. Graham; Christopher Whitney; Robert Francis Semrau; Brian D. Francis
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-08-28
Filing date: 2009-08-25
Publication date: 2017-10-12
Anticipated expiration: 2029-08-26
Also published as: DE102009038783A1; CN101660457A; CN101660457B

Abstract

Steuersystem, umfassend: ein Katalysator-Aktivierungsmodul (252), das ein Mehrfachmodus-Aktivierungssignal (MME) basierend auf einem Aktivierungssignal (CLO) für ein Katalysator-Anspringen erzeugt; ein Wechselsteuermodul (254), welches Wechsel zwischen einem Einzelpulsmodus und einem Mehrfachpulsmodus basierend auf dem Mehrfachmodus-Aktivierungssignal (MME) steuert, welches ein erstes Drehmomentanforderungssignal empfängt und welches ein zweites Drehmomentanforderungssignal basierend auf dem ersten Drehmomentanforderungssignal erzeugt; ein Motordrehmoment-Steuermodul (256), das ein Signal für eine Luft pro Zylinder, ein Signal für eine Drosselfläche und ein Signal für einen Zündfunkenzeitpunkt basierend auf dem zweiten Drehmomentanforderungssignal erzeugt, wobei der Einzelpulsmodus einem einzelnen Kraftstoff-Einspritzpuls pro Verbrennungszyklus und der Mehrfachpulsmodus mehreren Kraftstoff-Einspritzpulsen pro Verbrennungszyklus zugeordnet ist; und ein Drehmomentreservemodul (262), das ein Drehmomentreservesignal (Tres) basierend auf dem Mehrfachmodus-Aktivierungssignal (MME) und einem Signal für die Luft pro Zylinder erzeugt, wobei das Steuersystem den Mehrfachpulsmodus beibehält, bis die Summe eines Signals für ein Bremsdrehmoment (BT) und des Drehmomentreservesignals (Tres) größer als ein maximales Motorleistungsvermögen (ECM) plus ein Kalibierungsoffset (CalOFF) ist.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Motorsteuersysteme und insbesondere auf einer abgestimmten Drehmomentsteuerung basierende Techniken für den Betrieb und Wechsel bei Mehrfachpuls-Direkteinspritzung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Angaben in diesem Abschnitt liefern nur Hintergrundinformation bezogen auf die vorliegende Offenbarung und stellen möglicherweise keinen Stand der Technik dar.
Herkömmliche Motorsteuersysteme sind bei dem genauen Steuern einer Motordrehmomentabgabe beschränkt. Die herkömmlichen Motorsteuersysteme sind auch langsam bei dem Ansprechen auf empfangene Steuersignale, und sie sind bei dem Abstimmen einer Motordrehmomentsteuerung bezüglich verschiedener Einrichtungen beschränkt, welche die Drehmomentabgabe des Motors beeinflussen.
Antriebsstrangsteuersysteme weisen verschiedene Module auf, die einen bestimmten Betrag eines Motordrehmoments erfordern, um korrekt zu arbeiten. Beispielsweise kann ein Steuermodul eines Automatikgetriebes erfordern, dass das Drehmoment von dem Motor vorübergehend verringert wird, um die Getriebeübersetzung zu wechseln. Ein anderes Beispiel ist ein Steuermodul einer Klimaanlagenkupplung, das eine vorübergehende Erhöhung des Motordrehmoments vor dem Einrücken einer Klimaanlagen-Kompressorkupplung erfordert. Die Erhöhung des Motordrehmoments hilft, eine konstante Motordrehzahl aufrechtzuerhalten, wenn die Kompressorkupplung einrückt, beispielsweise wenn sich der Motor im Leerlauf befindet.
Herkömmlicherweise beeinflussen die verschiedenen Module die Drehmomentaktuatoren direkt. Beispielsweise kann das Steuermodul des Automatikgetriebes eine Zündfunken-Vorverstellung für den Motor zurückstellen, um das Motordrehmoment während des Schaltens zu verringern. Auf ähnliche Weise kann das Steuermodul der Klimaanlagenkupplung die Zündfunken-Vorverstellung erhöhen, um das Motordrehmoment während des Moments vor dem Einrücken der Kompressorkupplung zu erhöhen.
Da Fahrzeug-Antriebsstrangsysteme mehrere Module und mehrere Aktuatoren aufweisen, die das Drehmoment beeinflussen, wird die Architektur gemäß dem Stand der Technik mühsam bei der Wartung und unerwünscht schwierig bei der Fehlersuche. Als ein Beispiel für mehrere Aktuatoren weisen Hybridfahrzeuge einen Motor bzw. eine Brennkraftmaschine und einen Elektromotor auf, die Drehmoment liefern. Ein Integrieren des Hybridfahrzeug-Antriebsstrangs in bestehende Drehmoment modifizierende Module kann mit herkömmlichen Antriebsstrang-Steuerarchitekturen unerwünscht mühsam sein.
Systeme für eine abgestimmte Drehmomentsteuerung (CTC-Systeme) wurden entwickelt, um das Motorausgangsdrehmoment genau zu steuern. Ein beispielhaftes Drehmomentsteuersystem ist in US 7,021,282 B1 (”Coordinated Engine Torque Control”) offenbart, welches Patent dem gleichen Rechtsinhaber gehört wie die vorliegende Anmeldung. CTC-Systeme liefern ein schnelles Ansprechen auf Steuersignale und stimmen die Motordrehmomentsteuerung basierend auf verschiedenen Einrichtungen ab, welche die Motordrehmomentabgabe beeinflussen.
In BOSCH, Ottomotor-Management, Vieweg Verlag 2003, S. 242, 246–249, 252, 254, 296–301, 348, ist ein Steuersystem für einen Motor beschrieben, beim dem zum Aufheizen eines Katalysators ein Modus mit mehreren Kraftstoff-Einspritzungspulsen ausgewählt wird und eine Drehmomentanforderung für diesen Modus modifiziert wird, um eine Luft pro Zylinder, eine Drosselfläche und einen Zündfunkenzeitpunkt entsprechend der Drehmomentanforderung einzustellen.
Die DE 10 2005 046 952 A1 beschreibt ein ähnliches Steuersystem, bei dem zusätzlich ein Drehmomentleistungsvermögen eines Motors berücksichtigt wird.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Steuersystem für einen Motor zu schaffen, das ein schnelles und zuverlässiges Aufheizen eines Katalysators ermöglicht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Diese Aufgabe wird durch ein Steuersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Gemäß einer Ausführungsform wird ein Steuersystem geschaffen, und es umfasst ein Katalysatormodul, das ein Mehrfachmodus-Aktivierungssignal basierend auf einem Aktivierungssignal für ein Katalysator-Anspringen erzeugt. Ein Wechselsteuermodul steuert Wechsel zwischen einem Einzelpulsmodus und einem Mehrfachpulsmodus basierend auf dem Mehrfachmodus-Aktivierungssignal. Das Wechselsteuermodul empfängt ein erstes Drehmomentsignal und erzeugt ein zweites Drehmomentsignal basierend auf dem ersten Drehmomentsignal. Das Motordrehmoment-Steuermodul erzeugt ein Signal für eine Luft pro Zylinder, ein Signal für eine Drosselfläche und ein Signal für einen Zündfunkenzeitpunkt basierend auf dem zweiten Drehmomentsignal. Der Einzelpulsmodus ist einem einzelnen Kraftstoff-Einspritzpuls pro Verbrennungszyklus zugeordnet. Der Mehrfachpulsmodus ist mehreren Kraftstoff-Einspritzpulsen pro Verbrennungszyklus zugeordnet.
Gemäß anderen Merkmalen wird ein Steuersystem geschaffen, das ein Katalysatormodul umfasst, das ein Mehrfachmodus-Aktivierungssignal basierend auf einem Aktivierungssignal für ein Katalysator-Anspringen erzeugt. Ein Drehmomentreservemodul arbeitet basierend auf dem Mehrfachmodus-Aktivierungssignal selektiv in dem Einzelpulsmodus oder dem Mehrfachpulsmodus. Das Drehmomentreservemodul erzeugt ein Drehmomentreservesignal basierend auf dem Betrieb in dem Einzelpulsmodus oder dem Mehrfachpulsmodus. Ein Motordrehmoment-Steuermodul erzeugt ein Signal für eine Luft pro Zylinder, ein Signal für eine Drosselfläche und ein Signal für einen Zündfunkenzeitpunkt basierend auf einem Drehmomentanforderungssignal, das basierend auf dem Drehmomentreservesignal erzeugt wird.
Gemäß anderen Merkmalen wird ein Steuersystem geschaffen, das ein Katalysatormodul umfasst, das ein Mehrfachmodus-Aktivierungssignal basierend auf einem Aktivierungssignal für ein Katalysator-Anspringen erzeugt. Eine Motordrehmoment-Schätzeinrichtung arbeitet basierend auf dem Mehrfachmodus-Aktivierungssignal selektiv in dem Einzelpulsmodus oder dem Mehrfachpulsmodus. Die Motordrehmoment-Schätzeinrichtung erzeugt einen Drehmoment-Sensitivitätsvektor basierend auf dem Betrieb in dem Einzelpulsmodus oder dem Mehrfachpulsmodus. Ein Motordrehmoment-Steuermodul erzeugt ein Signal für eine Luft pro Zylinder, ein Signal für eine Drosselfläche und ein Signal für einen Zündfunkenzeitpunkt basierend auf dem Drehmoment-Sensitivitätsvektor.
Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachstehend vorgesehenen ausführlichen Beschreibung offensichtlich werden. Es versteht sich, dass die ausführliche Beschreibung und die speziellen Beispiele, während sie die bevorzugte Ausführungsform der Offenbarung aufzeigen, nur zu Darstellungszwecken gedacht sind und den Umfang der Offenbarung nicht einschränken sollen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Offenbarung wird anhand der ausführlichen Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen verständlicher werden, wobei:
1 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Systems für eine abgestimmte Drehmomentsteuerung (CTC-Systems) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist, das einen Wechsel des Kraftstoff-Einspritzmodus für ein Katalysator-Anspringen einschließt;
2 ein Funktionsblockdiagramm CTC-Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist;
3A ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsteuersystems gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ist;
3B eine Fortsetzung des Funktionsblockdiagramms von 3A ist; und
4 ein Verfahren für eine abgestimmte Drehmomentsteuerung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
In der folgenden Beschreibung werden unterschiedliche Kraftstoff-Einspritzpulsmodi beschrieben. Wechsel zwischen den Kraftstoff-Einspritzpulsmodi werden basierend auf dem Verhalten eines Katalysator-Anspringens (CLO) ausgeführt. Das Katalysator-Anspringen bezieht sich auf das schnelle Aufheizen eines Katalysators eines Abgassystems. Ein Katalysator weist einen zugeordneten Temperaturbetriebsbereich auf, in dem der Katalysator bewirkt, dass Kohlenwasserstoff-, Kohlenmonoxid- und Stickoxidemissionen aus dem Auspuffendrohr verringert werden. Durch ein schnelles Aufheizen des Katalysators bis zu einer Temperatur in dem Temperaturbetriebsbereich werden die Emissionen aus dem Auspuffendrohr minimiert.
Ein erster Kraftstoff-Einspritzpulsmodus, der als ein Einzelpulsmodus bezeichnet wird, umfasst das Einspritzen eines einzelnen Kraftstoffpulses in eine Verbrennungskammer während eines Verbrennungszyklus. Ein Verbrennungszyklus kann sich beispielsweise bei einem Viertaktmotor auf eine einzelne Abfolge der vier Takte beziehen (Einlassen, Verdichten, Zünden und Ausstoßen). Ein Einzelpulsmodus kann verwendet werden, wenn ein Motor keine maximale CLO erfordert.
Ein zweiter Kraftstoff-Einspritzpulsmodus, der als ein Mehrfachpulsmodus bezeichnet wird, umfasst das Einspritzen von zwei oder mehr Kraftstoffpulsen in eine Verbrennungskammer während eines Verbrennungszyklus. Bei einer Ausführungsform werden zwei Kraftstoffpulse während eines Verbrennungszyklus in eine Verbrennungskammer eingespritzt. Die Verwendung des Mehrfachpulsmodus ermöglicht eine Steuerung der Emissionsabgabe ohne die Verwendung einer Luftpumpe. Eine Luftpumpe wird üblicherweise verwendet, um sauerstoffreiche Luft in ein Abgassystem einzubringen, um die Oxidation des Abgases und dadurch das Aufheizen eines Katalysators zu unterstützen. Bei einem Doppelpulsmodus kann eine erste Einspritzung bei normalen Kurbelwinkelgraden vorgesehen sein, um ein anfängliches homogenes mageres Gemisch zu liefern. Eine zweite Einspritzung kann spät in einem Verdichtungstakt vorgesehen sein. Lediglich beispielhaft kann der erste Puls für ein mageres homogenes Gemisch sorgen, und der zweite Puls kann zusätzlichen Kraftstoff in der Nähe der Zündkerze für eine starke Zündung liefern, die zu einer vollständigeren Verbrennung der kombinierten Ladung führt.
Der Mehrfachpulsmodus in Kombination mit einem nach spät verstellten Funken-(Zündungs-)Zeitpunkt ermöglicht einem Motor, niedrige Kohlenwasserstoffemissionen zu emittieren, während der Katalysator kalt und inaktiv ist, während Energie von einer brennenden Ladung in thermische Energie in dem Abgas übertragen wird. Dies heizt den Katalysator schnell mit einem minimalen Durchsatz von unverbrannten Kohlenwasserstoffen in den Katalysator auf, während der Katalysator in einem ineffektiven Zustand arbeitet.
Systeme für eine abgestimmte Drehmomentsteuerung wurden für Motoren mit Funkenzündung und Direkteinspritzung (SIDI-Motoren) für einen einzelpulsbasierten Verbrennungszyklus entwickelt. Ein beispielhaftes System für eine abgestimmte Drehmomentsteuerung ist in US 7,021,282 B1 (”Coordinated Engine Torque Control”) offenbart, welches Patent dem gleichen Rechtsinhaber gehört wie die vorliegende Anmeldung. Um die abgestimmte Drehmomentsteuerung zu unterstützen, wurden andere Systeme entwickelt, wie beispielsweise für eine Drehmomentschätzung und eine drehmomentbasierte Drehzahlsteuerung. Beispiele der Systeme für die Drehmomentschätzung und die drehmomentbasierte Drehzahlsteuerung sind in US 6,704,638 B2 und US 7,463,970 B2 offenbart, welche Patente dem gleichen Rechtsinhaber gehören wie die vorliegende Anmeldung. Die folgenden Ausführungsformen können sowohl in Drehzahl- als auch in Drehmomentsteuermodulen ausgeführt werden.
Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen liefern eine Architektur für eine abgestimmte Drehmomentsteuerung für den Betrieb in dem Einzel- und/oder Mehrfachpulsmodus. Es werden auch Steuertechniken für den Wechsel zwischen dem Einzel- und dem Mehrfachpulsmodus beschrieben.
Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen ist nur beispielhafter Natur und ist in keiner Weise dazu gedacht, die Erfindung, ihre Anwendungsmöglichkeit oder Verwendungen einzuschränken. Zu Zwecken der Klarheit werden die gleichen Bezugszeichen in den Zeichnungen verwendet, um die gleichen Elemente zu identifizieren.
Die folgende Beschreibung ist nur beispielhafter Natur und ist in keiner Weise dazu gedacht, die Offenbarung, ihre Anwendungsmöglichkeit oder Verwendungen einzuschränken. Zu Zwecken der Klarheit werden die gleichen Bezugszeichen in den Zeichnungen verwendet, um ähnliche Elemente zu identifizieren. Wie hierin verwendet, sollte die Formulierung A, B und/oder C derart ausgelegt werden, dass sie ein logisches (A oder B oder C) unter Verwendung eines nicht exklusiven logischen Oders bedeutet. Es versteht sich, dass Schritte innerhalb eines Verfahrens in unterschiedlicher Reihenfolge ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu verändern.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck Modul auf einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC), einen elektronischen Schaltkreis, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, fest zugeordnet oder als Gruppe) und einen Speicher, die eines oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, einen Schaltkreis der Schaltungslogik und/ oder andere geeignete Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen, oder das Modul kann ein Teil von diesen sein oder diese umfassen.
Zusätzlich können die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, obwohl die folgenden Ausführungsformen hauptsächlich bezogen auf beispielhafte Verbrennungsmotoren beschrieben werden, für andere Verbrennungsmotoren gelten. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung für Motoren mit Funkenzündung, mit homogener Funkenzündung, mit homogener Kompressionszündung, mit geschichteter Funkenzündung und mit funkenunterstützter Kompressionszündung gelten.
Bei den unten beschriebenen Ausführungsformen können sich ein Hubraum auf Anforderung und/oder eine Zylinderdeaktivierung auf das Abschalten des Zündfunkens und/oder der Kraftstoffeinspritzung in einem Zylinder beziehen. Wenn ein Zylinder abgeschaltet wird, können der Zündfunken und/oder der Kraftstoff für diesen Zylinder abgeschaltet werden. Dies verhindert die Verbrennung in diesem Zylinder. Das Abschalten eines Zylinders kann ebenso oder alternativ umfassen, dass der Zündfunken eines Zylinders nach spät verstellt wird. Das Verstellen des Zündfunkens nach spät bezieht sich auf das Verzögern des Zündfunkenzeitpunkts, so dass der Zündfunken für einen Zylinder nach dem oberen Totpunkt (TDC) auftritt.
Nun auf 1 Bezug nehmend, ist ein CTC-System 100 gezeigt, das einen Kraftstoff-Einspritzmoduswechsel für ein CLO einschließt. Das CTC-System 100 kann für ein hybridelektrisches Fahrzeug und/oder für einen SIDI-Motor ausgebildet sein. Obwohl die nachfolgende Ausführungsform auf ein Hybridfahrzeug gerichtet ist, können die hierin offenbarten Ausführungsformen für Nicht-Hybridfahrzeuge gelten. Das CTC-System 100 weist einen Motor 102 auf, der ein Luft/Kraftstoffgemisch verbrennt, um ein Antriebsdrehmoment für ein Fahrzeug basierend auf einem Fahrereingabemodul 104 zu erzeugen. Luft wird durch ein Drosselventil 112 in einen Einlasskrümmer 110 gesaugt. Ein Hauptsteuermodul 114, das als ein Motorsteuermodul bezeichnet werden kann, befiehlt einem Drosselaktuatormodul 116, das Öffnen des Drosselventils 112 zu regeln, um die Luftmenge zu steuern, die in den Einlasskrümmer 110 gesaugt wird.
Andere beispielhafte CTC-Systeme werden bezogen auf die Ausführungsformen von 2 sowie 3A und 3B gezeigt und beschrieben. Das CTC-System 10 und/oder das CTC-Modul 114 von 1 können eines oder mehrere der Module von 2 sowie 3A und 3B umfassen.
Luft wird aus dem Einlasskrümmer 110 in Zylinder des Motors 102 gesaugt. Der Motor 102 kann eine beliebige Anzahl von Zylindern aufweisen. Das CTC-Modul 114 kann ein Zylinderaktuatormodul 120 anweisen, einige der Zylinder selektiv zu deaktivieren, um die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern.
Luft wird aus dem Einlasskrümmer 110 durch ein Einlassventil 122 in den Zylinder 118 gesaugt. Das CTC-Modul 114 steuert die Kraftstoffmenge, die durch ein Kraftstoffeinspritzsystem 124 eingespritzt wird, das eine oder mehrere Kraftstoff-Einspritzeinrichtungen 125 aufweist. Das Kraftstoffeinspritzsystem 124 kann Kraftstoff an einem zentralen Ort in den Einlasskrümmer 110 einspritzen, oder es kann Kraftstoff an mehreren Orten in den Einlasskrümmer 110 einspritzen, wie z. B. in der Nähe des Einlassventils jedes der Zylinder. Alternativ kann das Kraftstoffeinspritzsystem 124 Kraftstoff direkt in die Zylinder einspritzen, wie gezeigt.
Der eingespritzte Kraftstoff vermischt sich mit der Luft und erzeugt ein Luft/Kraftstoffgemisch in dem Zylinder 118. Ein Kolben (nicht gezeigt) in dem Zylinder 118 komprimiert das Luft/Kraftstoffgemisch. Basierend auf einem Signal von dem CTC-Modul 114 aktiviert ein Zündfunken-Aktuatormodul 126 eine Zündkerze 128 in dem Zylinder 118, welche das Luft/Kraftstoffgemisch zündet. Der Zeitpunkt des Zündfunkens kann relativ zu dem Kurbelwellenwinkel spezifiziert werden, bei dem sich der Kolben an seiner obersten Position befindet, bezeichnet als oberer Totpunkt (TDC), der Punkt, an dem das Luft/Kraftstoffgemisch am stärksten komprimiert ist.
Die Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemischs treibt den Kolben abwärts, wodurch eine rotierende Kurbelwelle (nicht gezeigt) angetrieben wird. Der Kolben beginnt danach, sich wieder aufwärts zu bewegen, und treibt die Nebenprodukte der Verbrennung durch ein Auslassventil 130 heraus. Die Nebenprodukte der Verbrennung werden mittels eines Abgassystems 134 aus dem Fahrzeug ausgestoßen. Das Abgas strömt durch einen Katalysator 135.
Das Einlassventil 122 kann durch eine Einlassnockenwelle 140 gesteuert werden, während das Auslassventil 130 durch eine Auslassnockenwelle 142 gesteuert werden kann. Bei verschiedenen Implementierungen können mehrere Einlassnockenwellen mehrere Einlassventile pro Zylinder und/oder die Einlassventile mehrerer Reihen von Zylindern steuern. Auf ähnliche Weise können mehrere Auslassnockenwellen mehrere Auslassventile pro Zylinder und/oder die Auslassventile mehrerer Reihen von Zylindern steuern. Das Zylinderaktuatormodul 120 kann Zylinder deaktivieren, indem die Zufuhr von Kraftstoff und Zündfunken gestoppt wird und/oder ihre Auslass- und/oder Einlassventile deaktiviert werden.
Ein CTC-Modul 114 kann die Position des Einlassventils 122 und/oder des Auslassventils 130 regeln, um die Menge der eingelassenen Luft und der reaktionsträgen Restgase zu regeln, die in dem/den Zylinder(n) 118 zurückgehalten werden. Das CTC-Modul 114 kann auch den Betrieb der Kraftstoffeinspritzeinrichtung(en) 125 einstellen, wie beispielsweise die EIN-Zeit oder die Größe von Einspritzeinrichtungsöffnungen, um die Kraftstoffmenge zu erhöhen, die in den/die Zylinder 118 eingespritzt wird. Das CTC-Modul 114 kann auch das Timing der Auslassnockenwelle(n) entsprechend der Änderung des L/K-Gemischs einstellen.
Der Kurbelwellenwinkel, bei dem das Einlassventil 122 geöffnet wird, kann durch einen Einlass-Nockenphasensteller 148 bezogen auf den Kolben-TDC variiert werden. Der Kurbelwellenwinkel, bei dem das Auslassventil 130 geöffnet wird, kann durch einen Auslass-Nockenphasensteller 150 bezogen auf den Kolben-TDC variiert werden. Ein Phasensteller-Aktuatormodul 158 steuert den Einlass-Nockenphasensteller 148 und den Auslass-Nockenphasensteller 150 basierend auf Signalen von dem ECM 114.
Das CTC-System 100 kann eine Ladedruckeinrichtung aufweisen, die unter Druck stehende Luft an den Einlasskrümmer 110 liefert. Beispielsweise stellt 1 einen Turbolader 160 dar. Der Turbolader 160 wird durch Abgase angetrieben, die durch das Abgassystem 134 strömen, und liefert eine komprimierte Luftladung an den Einlasskrümmer 110. Der Turbolader 160 kann Luft komprimieren, bevor die Luft den Einlasskrümmer 110 erreicht.
Ein Ladedruckregelventil 164 kann ermöglichen, dass Abgas an dem Turbolader 160 vorbeiströmt, wodurch die Ausgabe des Turboladers (oder der Ladedruck) verringert wird. Das CTC-Modul 114 steuert den Turbolader 160 mittels eines Ladedruck-Aktuatormoduls 162. Das Ladedruck-Aktuatormodul 162 kann den Ladedruck des Turboladers 160 modulieren, indem die Position des Ladedruckregelventils 164 gesteuert wird. Die komprimierte Luftladung wird durch den Turbolader 160 an den Einlasskrümmer 110 geliefert. Ein Zwischenkühler (nicht gezeigt) kann einen Teil der Wärme der komprimierten Luftladung dissipieren, die erzeugt wird, wenn Luft komprimiert wird, und die auch durch die Nähe zu dem Abgassystem 134 erhöht werden kann. Alternative Motorsysteme können einen Turbokompressor aufweisen, der komprimierte Luft an den Einlasskrümmer 110 liefert und von der Kurbelwelle angetrieben wird.
Das CTC-System 100 kann ein Abgasrückführungsventil (AGR-Ventil) 170 aufweisen, das Abgas selektiv zurück zu dem Einlasskrümmer 110 zurückleitet. Bei verschiedenen Implementierungen kann das AGR-Ventil 170 hinter dem Turbolader 160 angeordnet sein. Das CTC-System 100 kann die Drehzahl der Kurbelwelle in Umdrehungen pro Minute (RPM) unter Verwendung eines RPM-Sensors 180 messen. Die Temperatur des Motorkühlmittels kann unter Verwendung eines Motorkühlmittel-Temperatursensors (ECT-Sensors) 182 gemessen werden. Der ECT-Sensor 182 kann in dem Motor 102 oder an anderen Orten angeordnet sein, an denen das Kühlmittel zirkuliert, wie z. B. einem Kühler (nicht gezeigt).
Der Druck in dem Einlasskrummer 110 kann unter Verwendung eines Krümmerabsolutdrucksensors (MAP-Sensors) 184 gemessen werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann ein Motorvakuum gemessen werden, wobei das Motorvakuum die Differenz zwischen dem Umgebungsluftdruck und dem Druck in dem Einlasskrümmer 110 ist. Die Luftmasse, die in den Einlasskrümmer 110 strömt, kann unter Verwendung eines Luftmassenströmungssensors (MAF-Sensors) 186 gemessen werden. Der MAF-Sensor kann in einem Gehäuse angeordnet sein, welches das Drosselventil 112 umfasst.
Das Drosselaktuatormodul 116 kann die Position des Drosselventils 112 unter Verwendung eines oder mehrerer Drosselpositionssensoren (TPS) 190 überwachen. Die Umgebungstemperatur der Luft, die in das CTC-System 100 gesaugt wird, kann unter Verwendung eines Einlassluft-Temperatursensors (IAT-Sensors) 192 gemessen werden. Das CTC-Modul 114 kann Signale von den Sensoren verwenden, um Steuerentscheidungen für das CTC-System 100 zu treffen.
Das CTC-Modul 114 kann mit einem Getriebesteuermodul 194 kommunizieren, um ein Wechseln von Gängen in einem Getriebe (nicht gezeigt) abzustimmen. Beispielsweise kann das Hauptsteuermodul 114 das Drehmoment während eines Gangwechsels verringern. Das CTC-Modul 114 kann mit einem Hybridsteuermodul 196 kommunizieren, um den Betrieb des Motors 102 und eines Elektromotors 198 abzustimmen. Der Elektromotor 198 kann auch als ein Generator funktionieren und kann verwendet werden, um elektrische Energie zur Verwendung durch elektrische Systeme des Fahrzeugs und/oder zur Speicherung in einer Batterie zu erzeugen. Bei verschiedenen Implementierungen können das CTC-Modul 114, das Getriebesteuermodul 194 und das Hybridsteuermodul 196 in ein oder mehrere Module integriert werden.
Um abstrakt auf die verschiedenen Steuermechanismen des Motors 102 Bezug zu nehmen, kann jedes System, das einen Motorparameter variiert, als ein Aktuator bezeichnet werden. Beispielsweise kann das Drosselaktuatormodul 116 die Klappenposition und damit die Öffnungsfläche des Drosselventils 112 ändern. Das Drosselaktuatormodul 116 kann daher als ein Aktuator bezeichnet werden, und die Öffnungsfläche der Drossel kann als eine Aktuatorposition bezeichnet werden.
Auf ähnliche Weise kann das Zündfunken-Aktuatormodul 126 als ein Aktuator bezeichnet werden, während die entsprechende Aktuatorposition ein Betrag einer Zündfunkenvorverstellung ist. Andere Aktuatoren umfassen das Ladedruck-Aktuatormodul 162, das AGR-Ventil 170, das Phasensteller-Aktuatormodul 158, das Kraftstoffeinspritzsystem 124 und das Zylinderaktuatormodul 120. Der Ausdruck Aktuatorposition bezogen auf diese Aktuatoren kann dem Ladedruck, der AGR-Ventilöffnung, den Einlass- und Auslass-Nockenphasenstellerwinkeln, dem Luft/Kraftstoffverhältnis bzw. der Anzahl von aktivierten Zylindern entsprechen.
Während der Elektromotor 198 ein Drehmoment in Reihe mit und/oder parallel zu der Drehmomentabgabe des Motors 102 liefern kann, sollte man einsehen, dass andere Ausbildungen ebenso in dem Umfang dieser Beschreibung in Betracht gezogen werden. Beispielsweise kann der Elektromotor 198 als ein oder mehrere Motoren implementiert werden, die das Drehmoment direkt an Räder 200 liefern, anstatt dieses durch ein Getriebe 202 zu leiten.
Das kombinierte Drehmoment des Motors 102 und des Elektromotors 198 wird auf den Eingang des Getriebes 202 ausgeübt. Das Getriebe 202 kann ein Automatikgetriebe sein, das Gänge gemäß eines Gangwechselbefehls von dem CTC-Modul 114 umschaltet. Eine Ausgangswelle des Getriebes 202 ist mit einem Eingang eines Differentials 204 gekoppelt. Das Differential 204 treibt Achsen und Räder 200 an. Raddrehzahlsensoren 206 erzeugen Signale, die eine Drehzahl ihrer jeweiligen Räder 200 angeben.
Das CTC-Modul 114 schätzt ein zu lieferndes Motorausgangsdrehmoment basierend auf empfangenen Sensorsignalen und anderen hierin beschriebenen Parametern. Das CTC-Modul 114 kann die Position der Drossel, das Luft-Kraftstoffverhältnis, das Ventiltiming, die Kraftstoffeinspritzung, usw. einstellen, um das geschätzte Motorausgangsdrehmoment zu liefern. Basierend auf einem gewünschten Motorausgangsdrehmoment steuert das CTC-Modul 114 Motoreinrichtungen derart, dass eine gewünschte Luftströmung, eine gewünschte Kraftstoffeinspritzung und/oder ein gewünschter Zündfunkenzeitpunkt erreicht werden. Das gewünschte Motorausgangsdrehmoment kann auf einer Anforderung eines Fahrzeugbetreibers (Fahrers) basieren, und/oder es kann auf einem Controller basieren, wie beispielsweise einer Drehmoment-Ausgabeanforderung von einem Tempomatsystem. Insbesondere steuert das CTC-Modul 114 die Drehmomentabgabe des Motors basierend auf den Verfahren und Systemen zur abgestimmten Drehmomentsteuerung der vorliegenden Offenbarung.
Die Sensorsignale, die durch das CTC-Modul 114 empfangen werden, können Sensorsignale umfassen von: dem MAP-Sensor 184, dem MAF-Sensor 186, dem Drosselpositionssensor 190, dem IAT-Sensor 192, einem Gaspedal-Positionssensor 195 oder anderen Sensoren, wie beispielsweise dem Motorkühlmittel-Temperatursensor 182, dem Motordrehzahlsensor 180, einem Umgebungstemperatursensor 197, einem Öltemperatursensor 198 und einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 201.
Das CTC-Modul 114 kommuniziert mit dem Drosselaktuatormodul 116 und einem Tempomatmodul. Ein Beispiel eines Tempomatmoduls ist bezogen auf die Ausführungsform von 3A gezeigt und beschrieben. Das CTC-Modul 114 empfängt ein Drosselpositionssignal von dem Drosselpositionssensor 190 und stellt die Drosselposition basierend auf dem Drosselpositionssignal ein. Das CTC-Modul kann die Drossel 112 unter Verwendung eines Drosselaktuators basierend auf einer Position eines Gaspedals 193 steuern. Das Drosselaktuatormodul 116 kann einen Motor oder einen Schrittmotor umfassen, der für eine begrenzte und/oder grobe Steuerung der Drosselposition sorgt.
Das CTC-Modul 114 kann die Drossel 112 auch unter Verwendung des Drosselaktuators basierend auf einer Eingabe von dem Tempomatmodul steuern, wie beispielsweise einer Achsendrehmomentanforderung. Das CTC-Modul 114 erzeugt auch ein Signal für eine effektive Pedalposition, die eine Drosselposition unabhängig davon repräsentiert, ob der Fahrzeugbetreiber das Gaspedal 194 niederdrückt oder ob das Tempomatmodul den Drosselbetrag steuert.
Die Luftmasse, das Luftvolumen und der Luftdruck pro Zylinder können basierend auf Signalen von den Sensoren 184, 186 ermittelt und/oder geschätzt werden. Das CTC-Modul 114 kann eine Drosselfläche basierend auf einem gewünschten MAP und einer gewünschten MAF ermitteln, und es kann ein Steuersignal erzeugen, um die Drossel basierend auf der Drosselfläche zu steuern. Der gewünschte MAP und die gewünschte MAF können basierend auf der Motordrehzahl und Drehmoment-Anforderungssignalen ermittelt werden.
Das Motorsystem 100 kann ferner einen Sensor 208 für den barometrischen Druck umfassen. Der Sensor 208 für den barometrischen Druck kann verwendet werden, um Umgebungsbedingungen zu ermitteln, die weiter verwendet werden können, um eine gewünschte Drosselfläche zu ermitteln. Die gewünschte Drosselfläche kann einer speziellen Drosselposition entsprechen.
Das CTC-System 100 kann auch verschiedene Tabellen 210 umfassen, die verwendet werden können, wenn eine Vermittlung ausgeführt wird und/oder wenn verschiedene Funktionen ausgeführt werden, die den Modulen des CTC-Moduls 114 zugeordnet sind. Beispielhafte Module des CTC 114 werden bezogen auf die Ausführungsform von 2 gezeigt und beschrieben. Die Tabellen 210 können Tabellen 212 für den Einzelpulsmodus und Tabellen 214 für den Mehrfachpulsmodus umfassen. Die Tabellen können jeweils einem oder mehreren der Schritte zugeordnet sein, die bezogen auf die Ausführungsform von 4 beschrieben werden.
Nun auch auf 2 Bezug nehmend, ist ein CTC-System 250 gezeigt. Das CTC-System 250 umfasst ein CLO-Aktivierungsmodul 252, ein Vermittlermodul 254 zur Wechselsteuerung und ein Motordrehmoment-Steuermodul 256. Das CLO-Aktivierungsmodul 252 aktiviert und deaktiviert einen Mehrfachpulsmodus basierend auf verschiedenen Eingaben, und wenn das CLO aktiviert ist. Das Vermittlermodul 254 zur Wechselsteuerung liefert ein Signal T_prf für ein endgültiges vorausgesagtes Drehmoment und ein Signal T_imf für ein endgültiges Momentandrehmoment. Die Drehmoment-Anforderungssignale T_prf, T_imf können auf Eingaben basieren, die von einem Fahrer-(Fahrzeugbetreiber-)Interpretationsmodul 258, einem Modul 260 für das Motorleistungsvermögen und einem CLO-Drehmomentreservemodul 262 empfangen werden. Der Ausdruck momentan kann sich auf ein Drehmoment beziehen, das durch eine Einstellung, z. B. der Zündfunkenvorverstellung (bei Benzinmotoren) oder des Einspritzzeitpunkts (bei Dieselmotoren), verfügbar ist. Der Ausdruck momentan bezieht sich auf ein schnelles Ansprechen in dem Drehmoment, während sich der Ausdruck vorausgesagt auf ein Drehmoment beziehen kann, das langsamer geliefert wird, wie beispielsweise durch die Einstellung der Drosselsteuerung, der Ladedrucksteuerung, der AGR-Steuerung, der Phasenstellersteuerung, usw. (krümmerbasiert). Das Motordrehmoment-Steuermodul 256 steuert ein Phasensteller-Steuermodul 264, ein Drosselsteuermodul 266 und ein Zündfunkensteuermodul 268 basierend auf Eingaben von dem Vermittlermodul 254 zur Wechselsteuerung, einer Motordrehmoment-Schätzeinrichtung 270 und einem Modul 272 für das Luft/Kraftstoffverhältnis.
Im Betrieb empfängt das CLO-Aktivierungsmodul 252 ein CLO-Aktivierungssignal CLO, ein Drehmomentschätzsignal TEST, ein Motordrehzahlsignal RPM, ein Signal T_pr für ein vorausgesagtes Drehmoment, ein Signal T_im für ein Momentandrehmoment, ein Signal T_prcap für ein vorausgesagtes Drehmomentleistungsvermögen und ein Signal T_imcap für ein momentanes Drehmomentleistungsvermögen. Das Drehmomentschätzsignal TEST kann durch die Motordrehmoment-Schätzeinrichtung 270 erzeugt werden. Die Motordrehmoment-Schätzeinrichtung 270 kann das Drehmomentschätzsignal TEST erzeugen, wie in US 6,704,638 B2 beschrieben ist.
Das Motordrehzahlsignal RPM kann beispielsweise durch den Motordrehzahlsensor 180 von 1 erzeugt werden. Das Signal T_pr für das vorausgesagte Drehmoment und das Signal T_im für das Momentandrehmoment können als Drehmomentanforderungssignale bezeichnet werden, und sie können durch das Fahrerinterpretationsmodul 258 erzeugt werden. Das Signal T_prcap für das vorausgesagte Drehmomentleistungsvermögen und das Signal T_imcap für das momentane Drehmomentleistungsvermögen können durch das Modul 260 für das Motorleistungsvermögen erzeugt werden.
Das CLO-Aktivierungsmodul 252 erzeugt ein Mehrfachmodus-Aktivierungssignal MME, das an das Vermittlermodul 254 zur Wechselsteuerung, das Modul 260 für das Motorleistungsvermögen, das CLO-Drehmomentreservemodul 262, das Phasensteller-Steuermodul 264, das Zündfunken-Steuermodul 268, die Motordrehmoment-Schätzeinrichtung 270 und das Modul 272 für das Luft/Kraftstoffverhältnis geliefert wird. Das Mehrfachmodus-Aktivierungssignal MME kann auch an das Fahrerinterpretationsmodul 258, das Motordrehmoment-Steuermodul 256 und das Drosselsteuermodul 266 geliefert werden. Die Module 252–272 können basierend auf dem Mehrfachmodus-Aktivierungssignal MME in dem Einzelpulsmodus oder dem Mehrfachpulsmodus arbeiten.
Das Vermittlermodul 254 zur Wechselsteuerung erzeugt das Signal T_prf für das endgültige vorausgesagte Drehmoment und das Signal T_imf für das endgültige Momentandrehmoment basierend auf dem Signal T_pr für das vorausgesagte Drehmoment, dem Signal T_im für das Momemtandrehmoment, dem Signal T_prcap für das vorausgesagte Drehmomentleistungsvermögen, dem Signal T_imcap für das momentane Drehmomentleistungsvermögen und einem Drehmomentreservesignal T_res. Das Drehmomentreservesignal T_res kann durch das CLO-Drehmomentreservemodul 262 erzeugt werden und beispielsweise auf einem Signal für eine gewünschte Luft pro Zylinder (DAPC-Signal), der Motordrehzahl, der gewünschten Zündfunkenvorverstellung, der Kühlmitteltemperatur, usw. basieren. Das Drehmomentreservesignal T_res kann auf einem Reservedrehmoment im Leerlauf und einem Reservedrehmoment bei Stillstand basieren, siehe beispielsweise US 2010/0057330 A1 .
Das Motordrehmoment-Steuermodul 256 erzeugt das DAPC-Signal, ein Signal für eine gewünschte Drosselfläche (DAREA-Signal) und ein Signal S_tm für einen Zündfunken(-Zeitpunkt) zur Drehmomentverwaltung basierend auf dem Signal T_prf für das endgültige vorausgesagte Drehmoment, dem Signal T_imf für das endgültige Momentandrehmoment, einem Drehmoment-Sensitivitätsvektor T_sens und einem Signal AF_com für einen Luft/Kraftstoffbefehl. Der Drehmoment-Sensitivitätsvektor T_sens kann durch die Motordrehmoment-Schätzeinrichtung 270 erzeugt werden, die mit dem Modul 260 für das Motorleistungsvermögen kommunizieren kann. Das Signal AF_com für den Luft/Kraftstoffbefehl kann durch das Modul 272 für das Luft/Kraftstoffverhältnis erzeugt werden. Das DAPC-Signal, das DAREA-Signal und das Signal S_tm für den Zündfunken zur Drehmomentverwaltung werden jeweils an das Phasensteller-Steuermodul 264, das Drosselsteuermodul 266 und das Zündfunken-Steuermodul 268 geliefert.
Nun auf 3A und 3B Bezug nehmend, ist ein beispielhaftes Motorsteuersystem 300 gezeigt, das für eine abgestimmte Drehmomentsteuerung sorgt. Die hierin offenbarten Ausführungsformen können für andere Systeme zur abgestimmten Drehmomentsteuerung gelten. Das Motorsteuersystem 300 kann als ein CTC-System oder als ein Backbone bezeichnet werden. Beliebige der Module des Motorsteuersystems 300. 3A und 3B verbinden sich miteinander, um ein vollständiges Funktionsblockdiagramm darzustellen. Ein erstes Verbindungskennzeichen ”A” von 3A überlagert ein zweites Verbindungskennzeichen ”A” von 3B. Ein erstes Verbindungskennzeichen ”B” von 3A überlagert ein zweites Verbindungskennzeichen ”B” von 3B. 3A und 3B werden gemeinsam als 3 bezeichnet.
Das Motorsteuersystem 300 verwendet ein Drehmomentanforderungs-Backbonemodul 302, das eine Antriebsdrehmomentforderung ermittelt und die Antriebsdrehmomentforderung an ein Antriebsdrehmoment-Steuermodul 304 kommuniziert. Das Drehmomentanforderungs-Backbonemodul 302 ermittelt die Antriebsdrehmomentforderung basierend auf Eingaben von verschiedenen Drehmoment anfordernden Modulen 308–322, die unten detaillierter beschrieben sind. Die Drehmoment anfordernden Module 308–322 weisen Module auf, die Signale erzeugen, um einen oder mehrere Aktuatoren 306 _1-P (d. h. Aktuatoren 306) zu steuern, die das Motordrehmoment ändern. Die Antriebsdrehmomentforderung repräsentiert das Drehmoment, das von einem Motor gewünscht wird, um die Anforderungen der Drehmoment anfordernden Module 308–322 zu befriedigen.
Als ein Beispiel kann das CTC-System ein Drosselsteuersignal basierend auf einer Motordrehmomentanforderung und ein Drosselpositionssignal erzeugen, das durch einen Drosselpositionssensor (TPS) erzeugt wird. Die Motordrehmomentanforderung kann auf einer Eingabe des Fahrzeugbetreibers basieren, wie beispielsweise einer Gaspedalposition. Das CTC-System befehligt eine oder mehrere Einrichtungen basierend auf der Motordrehmomentanforderung und dem Drosselpositionssignal. Die Einrichtungen können einen Nockenwellen-Phasensteller, ein Abgasrückführungsventil (AGR-Ventil), einen Turbo usw. umfassen. Das CTC-System kann den Betrieb der Einrichtungen regeln, um ein gewünschtes Ausgangsdrehmoment zu liefern.
Das Antriebsdrehmoment-Steuermodul 304 steuert einen oder mehrere der Aktuatoren 306 basierend auf der Netto-Antriebsdrehmomentforderung. Die Aktuatoren 306 beeinflussen das Motordrehmoment. Beispiele der Aktuatoren 306 umfassen: ein Zündungsmodul, das einen Zündfunken zu einem festgelegten Zündzeitpunkt an den Motor liefert; ein Kraftstoffeinspritzmodul, das eine geeignete Kraftstoffmenge bei einem festgelegten Kurbelwellenwinkel an den Motor liefert; und ein Modul für eine elektronische Drosselsteuerung, das beispielsweise einen Drosselventilwinkel einstellt.
Jedes der Drehmoment anfordernden Module 308–322 kann entweder als ein Achsendrehmoment anforderndes Modul oder als ein Antriebsdrehmoment anforderndes Modul klassifiziert werden. Die Achsendrehmoment anfordernden Module steuern die Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder die Fahrzeugtraktion auf der Straßenoberfläche. Die Antriebsdrehmoment anfordernden Module steuern das Ausgangsdrehmoment des Motors und eines Elektromotors. Beispielhafte Achsendrehmoment anfordernde Module sind in 3A gezeigt und umfassen ein Pedalpositions-Detektionsmodul 308, ein Fahrer-Drehmomentanforderungsmodul 309, ein Drehmomentanforderungsmodul 310 für einen Tempomat, ein Drehmomentanforderungsmodul 312 für einen adaptiven Tempomat und andere Achsendrehmoment-Anforderungsmodule 314 _1-J. Beispielhafte Antriebsdrehmoment anfordernde Module 304 sind in 3B gezeigt und umfassen ein Modul 316 zum Verhindern des Abwürgens, ein Modul 318 für ein Anlassen und Stoppen des Motors, ein Modul 320 zum Schutz des Motorleistungsvermögens und andere Antriebsdrehmoment-Anforderungsmodule 322 _1-K.
Das Pedalpositions-Detektionsmodul 308 erzeugt ein Pedalpositionssignal, das eine Fahrzeugbeschleunigung angibt, die von dem Fahrzeugbetreiber angefordert wird. Ein Fahrer-Drehmomentanforderungsmodul 309 erzeugt eine Drehmomentanforderung des Fahrers basierend auf dem Pedalpositionssignal. Die Drehmomentanforderung des Fahrers kann auch auf einer momentanen Motordrehzahl und einer momentanen Fahrzeuggeschwindigkeitssignal basieren.
Das Drehmomentanforderungsmodul 310 für einen Tempomat erzeugt eine Drehmomentanforderung des Tempomats. Die Drehmomentanforderung des Tempomats repräsentiert ein Achsendrehmoment, um das Fahrzeug auf einer eingestellten Geschwindigkeit zu halten. Das Drehmomentanforderungsmodul 312 für den adaptiven Tempomat kann mit dem Drehmomentanforderungsmodul 310 für den Tempomat kommunizieren, um die Drehmomentanforderung des Tempomats basierend auf der Umgebung zu modifizieren, welche das Fahrzeug umgibt. Beispielsweise kann das Drehmomentanforderungsmodul 312 für den adaptiven Tempomat ein verringertes Achsendrehmoment anfordern. Diese Anforderung kann dazu dienen, das Fahrzeug zu verlangsamen und/oder das Fahrzeug auf einer minimalen Nachfolgeentfernung hinter einem zweiten Fahrzeug zu halten, während der Tempomat aktiv ist.
Andere Achsendrehmoment anfordernde Module werden durch Achsendrehmoment anfordernde Module 314 _1-J repräsentiert und werden allgemein als Achsendrehmoment-Anforderungsmodule 314 bezeichnet. Ein erstes Beispiel eines Achsendrehmoment-Anforderungsmoduls 314 ist ein Steuermodul für ein Ziehen/Schleppen. Das Steuermodul für das Ziehen/Schleppen ermittelt Achsendrehmomentänderungen, um einen positiven Radschlupf und einen negativen Radschlupf zu steuern. Ein positiver Radschlupf bezieht sich auf einen Schlupf zwischen einem Fahrzeugreifen und der Straßenoberfläche aufgrund eines übermäßigen Antriebsstrangdrehmoments während einer Beschleunigung. Ein negativer Radschlupf bezieht sich auf einen Schlupf zwischen dem Fahrzeugreifen und der Straßenoberfläche aufgrund eines Achsendrehmoments bei übermäßigem Bremsen während einer Verlangsamung. Der Schlupf kann basierend auf den Signalen von Raddrehzahlsensoren detektiert werden.
Ein anderes Beispiel eines Achsendrehmoment-Anforderungsmoduls 314 ist ein Modul zum Schutz vor überhöhter Fahrzeuggeschwindigkeit. Das Modul zum Schutz vor überhöhter Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt eine Grenze für ein maximales Achsendrehmoment, um die Fahrzeuggeschwindigkeit unter einer vorbestimmten Geschwindigkeitsgrenze zu halten.
Ein noch anderes Beispiel eines Achsendrehmoment-Anforderungsmoduls 314 ist ein Bremsdrehmoment-Verwaltungsmodul. Das Bremsdrehmoment-Verwaltungsmodul ermittelt ein maximales Achsendrehmoment, wenn die Fahrzeugbremsen betätigt werden. Das maximale Achsendrehmoment ist das Achsendrehmoment, das geliefert werden kann, ohne das Bremsdrehmoment der Fahrzeugbremsen zu übersteigen.
Ein wiederum anderes Beispiel eines Achsendrehmoment-Anforderungsmoduls 314 ist ein Modul zur Stabilitätssteuerung. Das Modul zur Stabilitätssteuerung erzeugt Achsendrehmomentanforderungen basierend auf einer Gierrate des Fahrzeugs. Ein Modul zur Stabilitätssteuerung kann in einem elektronischen System zur Stabilitätssteuerung eingebunden sein.
Das Drehmomentanforderungs-Backbonemodul 302 umfasst ein Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 330 und ein Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 332. Das Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 330 empfängt die verschiedenen Drehmomentanforderungen und/oder -grenzen von dem Fahrer-Drehmomentanforderungsmodul 309, dem Drehmomentanforderungsmodul 310 für den Tempomat, den Achsendrehmoment-Anforderungsmodulen 314 und einem Steuermodul 334 zur Drehmomentabschaltung (gezeigt in 3B).
In bestimmten Situationen wird das Antriebsdrehmoment minimiert, indem der Kraftstoff und/oder der Zündfunken für einen Motor vorübergehend ausgeschaltet werden. Das Modul 334 zur Drehmomentabschaltung kann verwendet werden, um die Drehmomentanforderungen für diese Situationen zu erzeugen, die eine Kraftstoffabschaltung wegen der Kupplung oder eine Kraftstoffabschaltung wegen Verlangsamung umfassen können. Eine Kraftstoffabschaltung wegen der Kupplung tritt auf, wenn das Fahrzeug mit einem Handschaltgetriebe ausgestattet ist und der Fahrzeugbetreiber die Kupplung ausrückt. Die Kraftstoffabschaltung wegen der Kupplung verhindert, dass die Motordrehzahl über eine vorbestimmte Drehzahl hinaus ansteigt, wenn die Kupplung ausrückt und eine Last von dem Motor entfernt. Die Kraftstoffabschaltung wegen Verlangsamung tritt auf, wenn das Fahrzeug oberhalb einer vorbestimmten Geschwindigkeit ausrollt. Die Kraftstoffabschaltung wegen Verlangsamung hilft, ein Motorbremsen zu erhöhen. Die Kraftstoffabschaltungen wegen Verlangsamung werden auch an das Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 330 kommuniziert.
Das Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 330 erzeugt eine Netto-Achsendrehmomentanforderung basierend auf den Drehmomentanforderungen und/oder -grenzen und kommuniziert die Netto-Achsendrehmomentanforderung an ein Modul 3536 für die Umwandlung eines Achsendrehmoments in ein Antriebsdrehmoment. Das Modul 336 für die Umwandlung eines Achsendrehmoments in ein Antriebsdrehmoment wandelt die Netto-Achsendrehmomentanforderung in eine entsprechende Antriebsdrehmomentanforderung um, die an das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 332 geliefert werden kann. Die Umwandlung kann auf einem Übersetzungsverhältnis in einem Achsendifferential, einem Durchmesser eines Fahrzeugrades, einem Übersetzungsverhältnis eines Getriebes und einer Verstärkung eines Drehmomentwandlers basieren.
Das Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 330 kann für ein Hybrid-Elektrofahrzeug ausgebildet sein. In einem Hybridelektrofahrzeug wird die Gesamt-Achsendrehmomentanforderung von dem Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 330 an ein Hybridsteuermodul 340 kommuniziert. Das Hybridsteuermodul 340 ermittelt die Beträge des Antriebsdrehmoments, die von einem Elektromotor und einem Motor geliefert werden. Das Hybridsteuermodul 340 erzeugt Antriebsdrehmoment-Anforderungssignale basierend auf der Ermittlung, die jeweils von dem Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 332 und dem Elektromotor geliefert werden. Das Modul 336 für die Umwandlung eines Achsendrehmoments in ein Antriebsdrehmoment kann mit dem Hybridsteuermodul 340 kombiniert werden. Ebenso kann das Modul 334 zur Drehmomentabschaltung Drehmomentanforderungen aufgrund der Kraftstoffabschaltung wegen Verlangsamung an das Hybridsteuermodul 340 anstatt an das Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 332 kommunizieren.
Das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 332 erzeugt ein angefordertes Gesamtantriebsdrehmoment basierend auf den Antriebsdrehmomentanforderungen und/oder -grenzen von den verschiedenen Antriebsdrehmoment-Anforderungsmodulen, dem Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 330 und/oder dem Hybridsteuermodul 340. Das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 332 kommuniziert das angeforderte Gesamtantriebsdrehmoment an das ein Antriebsdrehmoment-Steuermodul 304. Das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 332 empfängt Antriebsdrehmomentanforderungen von den Antriebsdrehmoment-Anforderungsmodulen 316–322. Die Antriebsdrehmoment-Anforderungsmodule 322 _1-K werden allgemein als Antriebsdrehmoment-Anforderungsmodule 322 bezeichnet.
Das Modul 316 zum Verhindern des Abwürgens ermittelt ein minimales Drehmoment, das erforderlich ist, um den Motor in einem laufenden Zustand zu halten. Das Modul 316 zum Verhindern des Abwürgens kann das minimale Drehmoment basierend auf einer Eingabe von dem Modul 318 für ein Anlassen und Stoppen des Motors und dem Modul 320 zum Schutz des Motorleistungsvermögens erhöhen.
Das Modul 318 für das Anlassen und Stoppen des Motors erhöht die minimale Drehmomentanforderung basierend darauf, ob der Motor ein neuer oder frischer Motor ist. Ein frischer Motor bezieht sich auf einen Motor, der eine Pulsweite der Kraftstoffeinspritzung verwendet, um Luft aus dem Kraftstoffsystem zu spülen, wenn das Fahrzeug zum ersten Mal montiert wird. Das Modul 318 für das Anlassen und Stoppen des Motors kann auch mit dem Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 304 kommunizieren, um den Zündzeitpunkt nach spät zu verstellen und ein konstantes Motordrehmoment trotz der vergrößerten Pulsweite der Kraftstoffeinspritzung aufrecht zu halten.
Das Modul 320 zum Schutz des Motorleistungsvermögens liefert eine Grenze für ein maximales Drehmoment für einen Motor basierend auf mechanischen Beschränkungen eines Antriebsstrangs. Beispielhafte mechanische Beschränkungen umfassen eine Grenze für ein maximales Drehmoment eines Getriebes und eine Maximaltemperaturgrenze eines Abgaskatalysators.
Ein Beispiel für ein Antriebsdrehmoment-Anforderungsmodul 322 ist ein Getriebedrehmoment-Anforderungsmodul, das eine Drehmomentanforderung erzeugt, um das Motordrehmoment während Getriebeschaltungen zu verringern. Andere Antriebsdrehmoment-Anforderungsmodule 322 können ein Modul zum Schutz vor überhöhter Motordrehzahl und/oder ein Steuermodul für eine Motorleerlaufdrehzahl umfassen. Das Modul zum Schutz vor überhöhter Motordrehzahl ermittelt eine Antriebsdrehmomentgrenze, um zu verhindern, dass die Motordrehzahl eine vorbestimmte Motordrehzahl übersteigt. Das Steuermodul für die Motorleerlaufdrehzahl ermittelt das Antriebsdrehmoment, das erforderlich ist, um einen Motor während eines Ausrollens oder im Leerlauf mit einem Getriebe auf Fahren oder Neutral auf einer vorbestimmten Leerlaufdrehzahl zu halten.
Das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 332 kann auch Reservedrehmomentanforderungen von einem oder mehreren Reservedrehmoment-Anforderungsmodulen 3550 _1-Q empfangen, die allgemein als Reservedrehmoment-Anforderungsmodule 350 bezeichnet werden. Die Reserve ist ein zusätzliches Drehmoment, das von einem Motor geliefert werden kann. Ein erstes Beispiel eines Reservedrehmoment-Anforderungsmoduls 350 ist ein Drehmoment-Kompensationsmodul für einen Klimaanlagenkompressor. Das Drehmoment-Kompensationsmodul für den Klimaanlagenkompressor fordert ein Reservedrehmoment an, um eine konstante Motordrehzahl aufrecht zu erhalten, wenn eine Kompressorkupplung einrückt und ausrückt.
Ein anderes Beispiel eines Reservedrehmoment-Anforderungsmoduls 350 ist ein Modul für ein Katalysator-Anspringen. Wenn der Motor gestartet wird und eine Temperatur aufweist, die kleiner als eine bestimmte Temperatur ist, fordert das Modul für das Katalysator-Anspringen an, dass der Motorzündfunken nach spät verstellt wird, um die Abgastemperatur zu erhöhen und einen Abgaskatalysator auf eine Wandlungstemperatur aufzuheizen. Das Modul für das Katalysator-Anspringen kann auch anfordern, dass eine Drosselöffnung vergrößert wird, während der Zündfunken nach spät verstellt ist, um einen beliebigen damit verbundenen Drehmomentverlust zu kompensieren.
Ein anderes Beispiel eines Reservedrehmoment-Anforderungsmoduls 350 ist ein Modul für eine eingreifende Diagnose. Ein Modul für eine eingreifende Diagnose, wie z. B. eine Leerlaufüberwachung für den Katalysator, kann ein Luft/Kraftstoffverhältnis eines Motors ändern, um einen Diagnosetest auszuführen. Diese Änderung des Luft/Kraftstoffverhältnisses kann die Drehmomentabgabe eines Motors ändern. Das Modul für die eingreifende Diagnose kann ein Reservedrehmoment anfordern, um diese Änderung der Drehmomentabgabe zu kompensieren.
Nun auf 4 Bezug nehmend, ist ein Verfahren für eine abgestimmte Drehmomentsteuerung gezeigt. Obwohl die folgenden Schritte hauptsächlich bezogen auf die Ausführungsform von 2 beschrieben werden, können die Schritte modifiziert werden und/oder für andere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung gelten. Bei den folgenden Schritten werden verschiedene Signale erzeugt, und es werden Funktionen dargestellt. Die Signale können jeweils auf einer zugeordneten Tabelle erzeugt werden, und die Funktionen können auf diesen basieren, wie beispielsweise auf einer der Tabellen 210 von 1. Es werden auch verschiedene Module beschrieben. Die verschiedenen Module können beispielsweise in dem Drehmomentanforderungs-Backbonemodul 302 von 3A und 3B und/oder in einem der Vermittlungsmodule, die von diesem umfasst sind, eingebunden sein. Das Verfahren kann bei Schritt 400 beginnen.
Bei Schritt 401 wird ein CLO-Aktivierungssignal erzeugt. Das CLO-Aktivierungssignal kann beispielsweise basierend auf Abgastemperaturen, Sauerstoffsensorsignalen, der Luftströmung, Abgasdrücken, Motor-Start/Stoppzeiten, der Kühlmitteltemperatur, der Motorlaufzeit, usw. erzeugt werden.
Bei Schritt 402 erzeugt ein CLO-Aktivierungsmodul beispielsweise das Mehrfachmodussignal MME, das den Betrieb in einem Einzelpulsmodus oder einem Mehrfachpulsmodus angibt. Das Mehrfachmodussignal MME kann beispielsweise basierend auf dem CLO-Aktivierungssignal CLO, dem Drehmomentschätzsignal Test, dem Motordrehzahlsignal RPM, dem Signal T_pr für das vorausgesagte Drehmoment, dem Signal T_im für das Momentandrehmoment, dem Signal T_prcap für das vorausgesagte Drehmomentleistungsvermögen und dem Signal T_imcap für das momentane Drehmomentleistungsvermögen erzeugt werden.
Bei einer Ausführungsform wird das Mehrfachmodussignal MME basierend auf dem CLO-Aktivierungssignal CLO, einer Drehmomentanforderung, die kleiner als eine vorbestimmte maximale Drehmomentabgabe ist, und dem Motordrehzahlsignal RPM erzeugt, das eine derzeitige Motordrehzahl in einem vorbestimmten Motordrehzahlbereich angibt. Lediglich beispielhaft kann das Mehrfachmodussignal den Betrieb in dem Mehrfachpulsmodus angeben, wenn eine Drehmomentanforderung kleiner als die vorausgesagte maximale Drehmomentabgabe für einen Mehrfachpulsmodus ist und wenn die derzeitige Motordrehzahl in dem vorbestimmten Motordrehzahlbereich liegt. Ein beispielhafter Motordrehzahlbereich liegt bei ungefähr 1200–1600 Umdrehungen pro Minute. Die Drehmomentanforderung kann auf dem Signal T_pr für das vorausgesagte Drehmoment und dem Signal T_im für das Momentandrehmoment basieren. Das Mehrfachmodussignal MME kann basierend auf einer Motorlast erzeugt werden.
Lediglich beispielhaft kann die Steuerung basierend auf der Gaspedalpositionierung, dem Getriebeeinstellungszustand, der Schwungradlast (dem Bremsdrehmoment), dem maximal verfügbaren Motordrehmoment, der Zündfunkenvorverstellung für den Mehrfachpulsmodus, der Motorlast, usw. ermitteln, ob in dem Mehrfachpulsmodus geblieben werden soll. Lediglich beispielhaft kann die Steuerung in dem Mehrfachpulsmodus bleiben, bis eine erste Summe größer als eine zweite Summe ist, wie es gemäß dem Ausdruck 1 vorgesehen ist. Die erste Summe kann gleich einem Bremsdrehmoment BT plus einem Reservedrehmoment sein (wie beispielsweise der Drehmomentreserve T_res). Die zweite Summe kann gleich einem maximalen Motorleistungsvermögen ECM plus einem Kalibrierungsoffset Cal_OFF sein. Wenn der Ausdruck 1 wahr ist, kann die Steuerung in dem Einzelpulsmodus arbeiten und/oder in diesen wechseln. Der Kalibrierungsoffset Cal_OFF kann verwendet werden, um der Steuerung zu erlauben, den Zeitpunkt einzustellen, zu dem der Betrieb in dem Mehrfachpulsmodus aufhören soll. BT + T_res > EC_M + Cal_OFF (1)
Als eine Alternative kann die Steuerung ermitteln, ob in dem Mehrfachpulsmodus geblieben werden soll, wie es in US 2010/0057330 A1 beschrieben ist.
Bei Schritt 404 kann das Fahrerinterpretationsmodul beispielsweise das Signal T_pr für das vorausgesagte Drehmoment und das Signal T_im für das Momentandrehmoment erzeugen. Das Signal T_pr für das vorausgesagte Drehmoment und das Signal Tim für das Momentandrehmoment können basierend auf einem oder mehreren Fahrereingabesignalen, wie beispielsweise von einem Gaspedalsensor, dem Tempomat, usw. erzeugt werden. Als ein Beispiel kann das Signal T_im für das Momentandrehmoment verwendet werden, um den Zündfunkenzeitpunkt einzustellen. Das Signal T_pr für das vorausgesagte Drehmoment kann verwendet werden, um die Drosselfläche, die Drosselposition und/oder den Einlass/Auslass-Ladedruck einzustellen.
Bei Schritt 406 schreitet die Steuerung zu Schritt 408 voran, wenn das Mehrfachmodus-Aktivierungssignal MME den Betrieb in dem Einzelpulsmodus angibt, und sie schreitet zu Schritt 438 voran, wenn das Mehrfachmodus-Aktivierungssignal MME den Betrieb in dem Mehrfachpulsmodus angibt.
Bei Schritt 408 erzeugt ein Modul für das Motorleistungsvermögen beispielsweise ein Signal T_prcapsp für das vorausgesagte Drehmomentleistungsvermögen und ein Signal T_imcapsp für das momentane Drehmomentleistungsvermögen. Das Modul für das Motorleistungsvermögen kann für den Einzelpulsmodus eine Maximum- und/ oder Minimuminformation bezüglich des Drehmoments, der Luft pro Zylinder, des Zündfunkenzeitpunkts, der Einlass-Phasenstellerposition und der Auslass-Phasenstellerposition erzeugen. Das Signal T_prcapsp für das vorausgesagte Drehmomentleistungsvermögen und das Signal T_imcapsp für das momentane Drehmomentleistungsvermögen können basierend auf der Maximuminformation erzeugt werden, wie es gemäß der Ausdrücke 7–8 vorgesehen ist. Beispielsweise können eine Motordrehzahl R, ein maximales Drehmoment T_MAXsp, eine maximale Luft pro Zylinder A_MAXsp, ein maximaler Wert S_MAXsp für den Zündfunkenzeitpunkt, eine maximale Einlass-Phasenstellerposition I_MAXsp und eine maximale Auslass-Phasenstellerposition E_MAXsp basierend auf den folgenden Ausdrücken 2–6 ermittelt werden. sp bezieht sich auf den Einzelpulsmodus. BARO bezieht sich auf den barometrischen Druck, der basierend auf einem Signal von einem Sensor für den barometrischen Druck erzeugt werden kann. T_MAXsp = f(R, A_MAXap, S_MAXsp, I_MAXsp, E_MAXsp) (2) A_MAxsp = VE_MAXsp·BARO (3) S_MAXsp = f(R, A_MAXsp) (4) I_MAXsp = f(R, A_MAXsp) (5) E_MAXsp = f(R, A_MAXsp) (6) T_prcapsp = f(T_MAXsp, A_MAXsp, S_MAXsp, I_MAXsp, E_MAXsp) (7) T_imcapsp = T_prcapsp – T_RESsp (8)
Bei Schritt 410 erzeugt ein CLO-Drehmomentreservemodul beispielsweise ein Drehmomentreservesignal T_ressp. Das Drehmomentreservesignal T_ressp kann gemäß Ausdruck 9 erzeugt werden. Eine Drehmomentreserve kann für den Mehrfachpulsmodus größer als für den Einzelpulsmodus sein. Beispielsweise kann der Zündfunkenzeitpunkt in dem Mehrfachpulsmodus mehr nach spät verstellt oder weniger nach früh verstellt sein als in dem Einzelpulsmodus. Bei einer Ausführungsform liegt der Zündfunkenzeitpunkt S_MBT für den besten Drehmomentabgabewert bei einem minimalen Zündfunken, wenn man sich in dem Einzelpulsmodus befindet, und er liegt bei einem negativen Zündfunkenvorverstellungswert, wenn man sich in dem Mehrfachpulsmodus befindet.
Der minimale Zündfunken für den besten Drehmomentabgabewert S_MBT bezieht sich auf einen minimal nach früh verstellten Zündfunkenzeitpunktwert, der einen maximalen Betrag der Drehmomentabgabe liefert. Eine Verstellung des Zündfunkenzeitpunkts nach früh jenseits des minimalen Zeitzündfunkens für den besten Drehmomentabgabewert S_MBT liefert keine erhöhte Drehmomentabgabe. Der minimale Zündfunken für den besten Drehmomentabgabewert S_MBT wird geliefert, wenn das Signal T_pr für das vorausgesagte Drehmoment gleich dem Signal Tim für das Momentandrehmoment ist oder wenn die Drehmomentreserve gleich Null ist. Das vorausgesagte Drehmoment kann gleich dem Momentandrehmoment plus der Drehmomentreserve sein. T_ressp = f_sp(R, DAPC) (9)
Bei Schritt 412 kann ein Vermittlermodul zur Wechselsteuerung ein Signal T_prfsp für das endgültige vorausgesagte Drehmoment und ein Signal T_imfsp für das endgültige Momentandrehmoment basierend auf dem Signal T_pr für das vorausgesagte Drehmoment, dem Signal Tim für das Momentandrehmoment, dem Signal T_prcapsp für das vorausgesagte Drehmomentleistungsvermögen, dem Signal T_imcapsp für das momentane Drehmomentleistungsvermögen und dem Drehmomentreservesignal T_ressp erzeugen. Das Vermittlermodul zur Wechselsteuerung kann das Wechseln zwischen dem Einzelpulsmodus und dem Mehrfachpulsmodus steuern, siehe beispielsweise US 2010/0057330 A1 .
Bei Schritt 414 kann eine Motordrehmoment-Schätzeinrichtung einen Drehmoment-Sensitivitätsvektor T_senssp für den Einzelpulsmodus erzeugen. Die Drehmomentsensitivität kann ermittelt werden, wie dies in US 6,704,638 B2 beschrieben ist. Lediglich beispielhaft kann der Drehmoment-Sensivitätsvektor T_senssp ermittelt werden, wie es gemäß Ausdruck 10 vorgesehen ist. Ein erster Satz von Koeffizientenwerten kann für den Einzelmodus verwendet werden, und ein verschiedener oder zweiter Satz von Koeffizientenwerten kann für den Mehrfachpulsmodus verwendet werden. Die Drehmomentabgabe T_Osp des Motors kann unter Verwendung einer Taylorreihe ermittelt werden. Die Drehmomentabgabe T_Osp kann unter Verwendung des Ausdrucks 11 ermittelt werden, wobei a_A(R, I_sp, E_sp) als die Sensitivität für den Einzelpulsmodus bezeichnet werden kann. a_A, a_A², ... und a_s, a_S², ... sind Koeffizientenwerte. T_senssp = f(R, I_sp, E_sp, A_sp, S_sp) (10) T_Osp = a_A(R, I_sp, E_sp)A + a_A²(R, I_sp, E_sp)A² + ... + a_S(R, I_sp, E_sp)S + a_S²(R, I_sp, E_sp)S² + ... (11)
Bei Schritt 416 kann ein Modul für das Luft/ Kraftstoffverhältnis ein Signal AF_comsp für einen Luft/Kraftstoffbefehl erzeugen. Das Signal AF_compsp für den Luft/Kraftstoffbefehl kann ein Äquivalenzverhältnis EQR_sp umfassen, wie es gemäß Ausdruck 12 vorgesehen ist, wobei COOL die Kühlmitteltemperatur und IVT eine Einlassventiltemperatur ist. Das Luft/Kraftstoffverhältnis kann bei oder in der Nähe eines stöchiometrischen Verbrennungsverhältnisses festgelegt werden, das beispielsweise 14,7:1 sein kann. EQR_sp = f(COOL, IVT) (12)
Bei Schritt 418 kann ein Motordrehmoment-Steuermodul ein Signal DAPC_sp für eine gewünschte Luft pro Zylinder, ein Signal DAREA_sp für eine gewünschte Drosselfläche, und ein Zündfunkensteuersignal S_tmsp basierend auf dem Drehmoment-Sensitivitätsvektor T_senssp, dem Signal T_prfsp für das endgültige vorausgesagte Drehmoment, dem Signal T_imfsp für das endgültige Momemtandrehmoment und dem Signal AF_comsp für den Luft/Kraftstoffbefehl erzeugen. Die Drehmomentsteuerung kann für den Einzelpulsmodus andere Integralverstärkungen als für den Mehrfachpulsmodus umfassen.
Bei Schritt 420 kann ein Phasensteuermodul die Phasenstellerpositionierung basierend auf dem Signal DAPC_sp für die gewünschte Luft pro Zylinder steuern. Als ein Beispiel können die Einlass- und die Auslass-Phasenstellerpositionierung auf den Ausdrücken 13–14 basieren. I_sp = f_sp(R, DAPC) (13) E_sp = f_sp(R, DAPC) (14)
Wenn zwischen dem Einzel- und dem Mehrfachpulsmodus gewechselt wird, kann eine Rampenstrategie für die Nockenwellenphasensteller und für die Drehmomentreserve verwendet werden. Wenn beispielsweise von dem Einzelpulsmodus in den Mehrfachpulsmodus gewechselt wird, können die Phasenstellerpositionen zu den gewünschten Positionen rampenartig hochlaufen, die Luftströmung rampenartig herunterlaufen (verringert werden), und der Zündfunkenzeitpunkt kann erhöht werden. Dies verlangsamt den Wechsel. Als ein anderes Beispiel können die Phasenstellerpositionen, die Luftströmung und der Zündfunkenzeitpunkt vor dem Wechseln derart eingestellt werden, dass die derzeitigen Phasenstellerpositionen, die derzeitige Luftströmung und der derzeitige Zündfunkenzeitpunkt sowohl in dem Einzelpulsmodus als auch in dem Mehrfachpulsmodus für eine stabile Verbrennung korrekt sind. Ein Wechsel zwischen dem Einzel- und dem Mehrfachpulsmodus kann dann ohne eine Änderung der Motordrehmomentabgabe ausgeführt werden. Der Einzelpulsmodus kann einen anderen Phasensteller-Zeitplan als der Mehrfachpulsmodus aufweisen. Sowohl in dem Einzel- als auch in dem Mehrfachpulsmodus kann die Verbrennungseffizienz eingestellt werden, um Emissionen zu minimieren. Das Wechseln zwischen dem Einzel- und dem Mehrfachpulsmodus kann ausgeführt werden, wie es in US 2010/0057330 A1 beschrieben ist.
Bei Schritt 422 kann ein Drosselsteuermodul eine Drosselposition basierend auf dem Signal DAREA_sp für die gewünschte Drosselfläche einstellen. Die Luftströmung kann eingestellt werden, wenn zwischen dem Einzel- und dem Mehrfachpulsmodus gewechselt wird. Beispielsweise kann die Luftströmung erhöht werden, wenn der Zündfunken für den Einzelpulsmodus nach früh verstellt wird.
Bei Schritt 424 kann ein Zündfunkensteuermodul den Zündfunkenzeitpunkt basierend auf dem Zündfunkensteuersignal S_tmsp einstellen. Lediglich beispielhaft können die Ausdrücke 15–17 verwendet werden, um den Zündfunkenzeitpunkt zu ermitteln und festzulegen. S_minsp bezieht sich auf ein Minimum des Zündfunkenzeitpunkts für den Einzelpulsmodus, S_sp bezieht sich auf einen derzeitigen Zündfunkenzeitpunkt oder einen gewünschten Zündfunkenzeitpunkt, S_ascalsp bezieht sich auf einen kalibrierten Zündfunkenzeitpunkt, S_EQRsp bezieht sich auf einen Zündfunkenzeitpunkt, der auf dem Äquivalenzverhältnis EQR_sp basiert, und S ist eine Zündfunkenzeitpunktfunktion. Der kalibrierte Zündfunkenzeitpunkt S_ascalsp kann gleich einem minimalen Zündfunken S_MBT für den besten Drehmomentabgabewert sein. S_minsp(R, A_sp, I_sp, E_sp) < S_sp < S_ascalsp(R, A_sp, I_sp, E_sp) (15) S_sp = S_ascalsp – S_EQR – S_TM (16) S_EQRsp = S(R, EQR_sp) (17)
Wenn zwischen dem Einzelpuls- und dem Doppelpulsmodus gewechselt wird, kann der Zündfunkenzeitpunkt geändert werden. Der Bereich des Zündfunkenzeitpunkts für den Einzelpulsmodus kann von dem Bereich des Zündfunkenzeitpunkts für den Mehrfachpulsmodus verschieden sein. Als ein Beispiel kann ein Einzelpuls-Zündfunkenbetriebsbereich von –5° vor dem oberen Totpunkt (DBTDC) bis zu dem minimalen Zündfunken für das beste Drehmoment reichen. Ein beispielhafter Mehrfachpuls-Zündfunkenbetriebsbereich reicht von –20° DBTDC bis zu einer maximalen Zündfunkenvorverstellung für den Mehrfachpulsmodus. Der Betrag der Zündfunkenverstellung nach spät kann ebenso für den Einzel- und dem Mehrfachpulsmodus unterschiedlich sein.
Nach Schritt 424 kann die Steuerung zu den Schritten 401 und/oder 402 zurückkehren, um ein aktualisiertes CLO-Aktivierungssignal und/oder ein aktualisiertes Mehrfachmodus-Aktivierungssignal zu erzeugen. Alternativ kann die Steuerung, wie gezeigt, zu Schritt 404 zurückkehren. Ein CLO-Aktivierungssignal und/oder ein Mehrfachmodus-Aktivierungssignal kann während beliebiger der Schritte 402–424 erzeugt werden. Infolgedessen kann die Steuerung zu Schritt 404 zurückkehren und während oder nach einem beliebigen der Schritte 402–424 von dem Betrieb in dem Einzelpulsmodus auf den Betrieb in dem Mehrfachpulsmodus umschalten.
Bei Schritt 438 erzeugt das Modul für das Motorleistungsvermögen beispielsweise ein Signal T_prcapmp für das vorausgesagte Drehmomentleistungsvermögen und ein Signal T_imcapmp für das momentane Drehmomentleistungsvermögen. Das Signal T_prcapmp für das vorausgesagte Drehmomentleistungsvermögen und das Signal T_imcapmp für das momentane Drehmomentleistungsvermögen können basierend auf einer Maximum- und/oder Minimuminformation erzeugt werden, von welcher ein Beispiel gemäß den Ausdrücken 23–24 vorgesehen ist. Beispielsweise kann ein maximales Drehmoment T_MAXmp, eine maximale Luft pro Zylinder A_MAXmp, ein maximaler Wert für den Zündfunkenzeitpunkt S_MAXmp, eine maximale Einlass-Phasenstellerposition I_MAXmp und eine maximale Auslass-Phasenstellerposition E_MAXmp basierend auf den folgenden Ausdrücken 18–22 ermittelt werden. mp bezieht sich auf den Mehrfachpulsmodus. Die Funktionen, die gemäß den Ausdrücken 18–22 vorgesehen sind, können formelbasiert, tabellenbasiert, usw. sein. T_MAXmp = f(R, A_MAXmp, S_MAXmp, I_MAXmp, E_MAXmp) (18) A_MAXmp = VE_MAXmp·BARO (19) S_MAXmp = f(R, A_MAXmp) (20) I_MAXmp = f(R, A_MAXmp) (21) E_MAXmp = f(R, A_MAXmp) (22) T_prcapmp = f(T_MAXmp + A_MAXmp + S_MAXmp, I_MAXmp, E_MAXmp) (22) T_imcapmp = T_prcapmp – T_RESmp (23)
Bei Schritt 440 erzeugt das CLO-Drehmomentreservemodul beispielsweise ein Drehmomentreservesignal T_resmp. Das Drehmomentreservesignal T_resmp kann gemäß den Ausdrücken 24–26 erzeugt werden, wobei Tun ein unreguliertes Drehmoment ist, das durch ein Motordrehmoment-Schätzmodul erzeugt werden kann, T_b ein Basisdrehmoment ist, das eine Funktion der Motordrehzahl R, der Einlass- und Auslass-Nockenwellenphasenstellerpositionierung I, E, der Zündfunkenvorverstellung S und der Luft pro Zylinder A ist. T_P ist ein Proportionaldrehmoment. T_resmp = T_un – T_b (24) T_b = f(R, I, E, S, A) (25) TC_im = T_un – T_R + T_P (26)
Das Drehmomentreservesignal T_resmp kann ferner erzeugt werden, wie es in US 2010/0057325 A1 beschrieben ist.
Bei Schritt 442 erzeugt das Vermittlermodul zur Wechselsteuerung ein Signal für das endgültige vorausgesagte Drehmoment und ein Signal T_imfmp für das endgültige Momentandrehmoment basierend auf dem Signal T_pr für das vorausgesagte Drehmoment, dem Signal T_im für das Momentandrehmoment, dem Signal T_prcapmp für das vorausgesagte Drehmomentleistungsvermögen, dem Signal T_imcapmp für das momentane Drehmomentleistungsvermögen und dem Drehmomentreservesignal T_resmp. Das Vermittlermodul zur Wechselsteuerung kann das Wechseln zwischen dem Einzelpulsmodus und dem Mehrfachpulsmodus steuern.
Bei Schritt 444 kann die Motordrehmoment-Schätzeinrichtung einen Drehmoment-Sensitivitätsvektor T_sensmp für den Einzelpulsmodus erzeugen. Die Drehmomentsensitivität kann ermittelt werden, wie es in US 6,704,638 B2 beschrieben ist. Lediglich beispielhaft kann der Drehmoment-Sensivitätsvektor T_sensmp ermittelt werden, wie es gemäß dem Ausdruck 27 vorgesehen ist. Die Drehmomentabgabe T_Omp des Motors kann unter Verwendung einer Taylorreihe ermittelt werden. Die Drehmomentabgabe T_Omp kann unter Verwendung des Ausdrucks 28 ermittelt werden, wobei b_A (R, I_mp, E_mp) als die Sensitivität für den Mehrfachpulsmodus bezeichnet werden kann. b_A, b_A², ... und b_s, b_S², ... sind Koeffizientenwerte. T_sensmp = f(R, I_mp, E_mp, A_mp, S_mp) (27) T_sensmp = b_A(R, I_mp, E_mp)A + b_A²,(R, I_mp, E_mp)A² + ... + b_S(R, I_mp, E_mp)S + b_S²(R, I_mp, E_mp)S² + ... (28)
Bei Schritt 446 kann das Modul für das Luft/Kraftstoffverhältnis ein Signal AF_commp für einen Luft/Kraftstoffbefehl erzeugen. Das Signal AF_commp für den Luft/Kraftstoffbefehl kann ein Äquivalenzverhältnis EQR_mp umfassen, wie es gemäß dem Ausdruck 29 vorgesehen ist. Das Modul für das Luft/Kraftstoffverhältnis befiehlt ein Luft/Kraftstoffverhältnis, das den Motor in einem mageren Modus betreibt. Ein magerer Modus bezieht sich auf ein Luft/Kraftstoffverhältnis, das größer als ein stöchiometrisches Verbrennungsverhältnis ist. Ein beispielhaftes Verhältnis für den mageren Modus ist 19:1. EQR_mp = f(COOL, IVT) (29)
Bei Schritt 448 kann das Motordrehmoment-Steuermodul ein Signal DAPC_mp für eine gewünschte Luft pro Zylinder, ein Signal DAREA_mp für eine gewünschte Drosselfläche und ein Zündfunkensteuersignal S_tmmp basierend auf dem Drehmoment-Sensivitätsvektor T_sensmp, dem Signal T_prfmp für das endgültige vorausgesagte Drehmoment, dem Signal T_imfmp für das endgültige Momentandrehmoment und dem Signal AF_commp für den Luft/Kraftstoffbefehl erzeugen.
Bei Schritt 450 kann das Phasensteuermodul die Phasenstellerpositionierung basierend auf dem Signal DAPC_mp für die gewünschte Luft pro Zylinder steuern. Als ein Beispiel können die Einlass- und die Auslass-Phasenstellerpositionierung auf den Ausdrücken 30–31 basieren. I_mp = f_mp(R, DAPC) (30) E_mp = f_mp(R, DAPC) (31)
Wenn zwischen dem Einzel- und dem Mehrfachpulsmodus gewechselt wird, kann eine Rampenstrategie verwendet werden, wie sie oben bei Schritt 420 beschrieben ist.
Bei Schritt 452 kann ein Drosselsteuermodul die Drosselposition basierend auf dem Signal DAREA_mp für die gewünschte Drosselfläche einstellen. Die Luftströmung kann eingestellt werden, wenn zwischen dem Einzel- und dem Mehrfachpulsmodus gewechselt wird. Beispielsweise kann die Luftströmung verringert werden, wenn der Zündfunken für den Mehrfachpulsmodus nach spät verstellt wird.
Bei Schritt 454 kann ein Zündfunkensteuermodul den Zündfunkenzeitpunkt basierend auf dem Zündfunkensteuersignal S_tmmp einstellen. Lediglich beispielhaft können die Ausdrücke 32–34 verwendet werden, um den Zündfunkenzeitpunkt zu ermitteln und festzulegen. S_minmp bezieht sich auf ein Minimum des Zündfunkenzeitpunkts für den Einzelpulsmodus, S_mp bezieht sich auf einen derzeitigen Zündfunkenzeitpunkt oder einem gewünschten Zündfunkenzeitpunkt, S_ascalmp bezieht sich auf einen kalibrierten Zündfunkenzeitpunkt, S_EQRsp bezieht sich auf einen Zündfunkenzeitpunkt, der auf dem Äaquivalenzverhältnis EQR_mp basiert, und S ist eine Zündfunkenzeitpunktfunktion. S_minmp(R, A_mp, I_mp, E_mp) < S_mp < S_ascalmp(R, A_mp, I_mp,E_mp) (32) S_mp = S_ascalmp – S_EQR – S_TM (33) S_EQRmp = S(R, EQR_mp) (34)
Nach Schritt 454 kehrt die Steuerung zu den Schritten 401 und/oder 402 zurück, um ein aktualisiertes CLO-Aktivierungssignal und/oder ein aktualisiertes Mehrfachmodus-Aktivierungssignal zu erzeugen. Alternativ kann die Steuerung, wie gezeigt, zu Schritt 404 zurückkehren. Ein CLO-Aktivierungssignal und/oder ein Mehrfachmodus-Aktivierungssignal können während beliebiger der Schritte 438–454 erzeugt werden. Infolgedessen kann die Steuerung zu Schritt 404 zurückkehren und während oder nach einem beliebigen der Schritte 438–454 von dem Betrieb in dem Mehrfachpulsmodus auf den Betrieb in dem Einzelpulsmodus umschalten. Als ein Beispiel kann die Steuerung von dem Mehrfachpulsmodus in den Einzelpulsmodus umschalten, wenn der Katalysator eine vorbestimmte Temperatur erreicht, wenn der CLO-Modus für eine vorbestimmte Zeitdauer aktiv war, wenn die Sauerstoffniveaus in dem Abgas in einem vorbestimmten Bereich liegen, usw.
Die oben beschriebenen Schritte sind als darstellende Beispiele vorgesehen; die Schritte können in Abhängigkeit von der Anwendung sequentiell, synchron, gleichzeitig, kontinuierlich, während überlappender Zeitdauern oder in einer verschiedenen Reihenfolge ausgeführt werden.

Claims

Steuersystem, umfassend: ein Katalysator-Aktivierungsmodul (252), das ein Mehrfachmodus-Aktivierungssignal (MME) basierend auf einem Aktivierungssignal (CLO) für ein Katalysator-Anspringen erzeugt; ein Wechselsteuermodul (254), welches Wechsel zwischen einem Einzelpulsmodus und einem Mehrfachpulsmodus basierend auf dem Mehrfachmodus-Aktivierungssignal (MME) steuert, welches ein erstes Drehmomentanforderungssignal empfängt und welches ein zweites Drehmomentanforderungssignal basierend auf dem ersten Drehmomentanforderungssignal erzeugt; ein Motordrehmoment-Steuermodul (256), das ein Signal für eine Luft pro Zylinder, ein Signal für eine Drosselfläche und ein Signal für einen Zündfunkenzeitpunkt basierend auf dem zweiten Drehmomentanforderungssignal erzeugt, wobei der Einzelpulsmodus einem einzelnen Kraftstoff-Einspritzpuls pro Verbrennungszyklus und der Mehrfachpulsmodus mehreren Kraftstoff-Einspritzpulsen pro Verbrennungszyklus zugeordnet ist; und ein Drehmomentreservemodul (262), das ein Drehmomentreservesignal (T_res) basierend auf dem Mehrfachmodus-Aktivierungssignal (MME) und einem Signal für die Luft pro Zylinder erzeugt, wobei das Steuersystem den Mehrfachpulsmodus beibehält, bis die Summe eines Signals für ein Bremsdrehmoment (BT) und des Drehmomentreservesignals (T_res) größer als ein maximales Motorleistungsvermögen (EC_M) plus ein Kalibierungsoffset (CalOFF) ist.
Steuersystem nach Anspruch 1, ferner ein Fahrerinterpretationsmodul (258) umfassend, welches das erste Drehmomentanforderungssignal erzeugt, das ein Signal für ein vorausgesagtes Drehmoment und ein Signal für ein derzeit verfügbares Drehmoment umfasst.
Steuersystem nach Anspruch 2, wobei das Motordrehmoment-Steuermodul (256) das Signal für die Luft pro Zylinder, das Signal für die Drosselfläche und das Steuersignal für den Zündfunkenzeitpunkt basierend auf dem Signal für das vorausgesagte Drehmoment und dem Signal für das derzeit verfügbare Drehmoment erzeugt.
Steuersystem nach Anspruch 1, ferner ein Modul (260) für ein Motorleistungsvermögen umfassend, das ein erstes Signal für ein Drehmomentleistungsvermögen basierend auf dem Mehrfachmodus-Aktivierungssignal (MME) erzeugt, wobei das Wechselsteuermodul (254) das zweite Drehmomentanforderungssignal basierend auf dem ersten Signal für das Drehmomentleistungsvermögen erzeugt.
Steuersystem nach Anspruch 4, wobei das erste Signal für das Drehmomentleistungsvermögen ein Signal für ein vorausgesagtes Drehmomentleistungsvermögen und ein Signal für ein derzeit verfügbares Drehmomentleistungsvermögen umfasst.
Steuersystem nach Anspruch 5, wobei das Katalysator-Aktivierungsmodul (252) das Mehrfachmodus-Aktivierungssignal (MME) basierend auf dem ersten Signal für das Drehmomentleistungsvermögen erzeugt.
Steuersystem nach Anspruch 1, ferner eine Motordrehmoment-Schätzeinrichtung (270) umfassend, die einen ersten Drehmoment-Sensitivitätsvektor bei dem Betrieb in dem Einzelpulsmodus und einen zweiten Drehmoment-Sensitivitätsvektor bei dem Betrieb in dem Mehrfachpulsmodus erzeugt, wobei das Motordrehmoment-Steuermodul (256) das Signal für die Luft pro Zylinder, das Signal für die Drosselfläche und das Signal für den Zündfunkenzeitpunkt basierend auf dem ersten Drehmoment-Sensitivitätsvektor und dem zweiten Drehmoment-Sensitivitätsvektor erzeugt.
Steuersystem nach Anspruch 1, ferner ein Phasensteller-Steuermodul (264) umfassend, das eine Phasenstellerpositionierung basierend auf dem Mehrfachmodus-Aktivierungssignal (MME) und dem Signal für die Luft pro Zylinder einstellt.
Steuersystem nach Anspruch 1, ferner ein Zündfunkensteuermodul (268) umfassend, das den Zündfunkenzeitpunkt basierend auf dem Mehrfachmodus-Aktivierungssignal (MME) und dem Signal für den Zündfunkenzeitpunkt einstellt.
Steuersystem nach Anspruch 1, ferner ein Modul (272) für ein Luft/Kraftstoffverhältnis umfassend, das ein erstes Signal für einen Luft-und-Kraftstoffbefehl bei dem Betrieb in dem Einzelpulsmodus und ein zweites Signal für den Luft-und-Kraftstoffbefehl bei dem Betrieb in dem Mehrfachpulsmodus erzeugt, wobei das Motordrehmoment-Steuermodul (256) das Signal für die Luft pro Zylinder, das Signal für die Drosselfläche und das Signal für den Zündfunkenzeitpunkt basierend auf dem ersten Signal für den Luft-und-Kraftstoffbefehl oder dem zweiten Signal für den Luft-und-Kraftstoffbefehl erzeugt.