DE102010008472A1

DE102010008472A1 - Drehmomentmodell-Basierte Kaltstart-Diagnosesysteme und -verfahren

Info

Publication number: DE102010008472A1
Application number: DE102010008472A
Authority: DE
Inventors: Lan Troy Wang; Robert J. Macomb Genslak; Wenbo Novi Wang; Matthew Fenton Squire; Jinchun Westland Peng; Edward Linden Stuteville; Kurt D. Clarkston Mc Lain
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2010-02-18
Publication date: 2010-12-09
Anticipated expiration: 2030-02-19
Also published as: CN101818680A; US8364376B2; US20100222982A1; DE102010008472B4; CN101818680B

Abstract

Ein Steuersystem für einen Motor mit einem katalytischen Wandler umfasst ein Energieberechnungsmodul, das einen berechneten Luftmassendurchsatz (MAF) einer Einlassluft des Motors basierend auf einem angeforderten Drehmoment und einer angeforderten Zündfunkenzeit berechnet, die einer Soll-Wärmeenergie eines Abgases des Motors entsprechen, und das eine erwartete Wärmeenergie des Abgases basierend auf dem berechneten MAF ermittelt, und ein Energierestmodul, das einen Wärmeenergierest des Abgases basierend auf der erwarteten Wärmeenergie und einer geschätzten Wärmeenergie des Abgases ermittelt, wobei die geschätzte Wärmeenergie auf einem gemessenen MAF der Einlassluft basiert. Das Steuersystem umfasst ein Energieevaluierungsmodul, das basierend auf dem Wärmeenergierest ein Diagnoseergebnis ermittelt, das angibt, ob der katalytische Wandler in einem Ziel-Temperaturbereich arbeitet. Verwandte Steuerverfahren werden ebenso geschaffen.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Diagnosesysteme für Verbrennungsmotoren und spezieller Steuersysteme und -verfahren zum Ermitteln eines Abgas-Energierestwerts.
HINTERGRUND
Die hierin vorgesehene Hintergrundbeschreibung dient zu dem Zweck, den Kontext der Offenbarung allgemein darzustellen. Sowohl die Arbeit der derzeit genannten Erfinder, in dem Maß, in dem sie in diesem Hintergrundabschnitt beschrieben ist, als auch Aspekte der Beschreibung, die zum Zeitpunkt der Einreichung nicht auf andere Weise als Stand der Technik gelten, sind weder ausdrücklich noch implizit als Stand der Technik gegen die vorliegende Offenbarung zugelassen.
Motorisierte Fahrzeuge können einen Antriebsstrang aufweisen, der ein Triebwerk, ein Mehrganggetriebe und ein Differential oder einen Endantrieb umfasst. Das Triebwerk erzeugt ein Antriebsdrehmoment, das durch eines von mehreren Übersetzungsverhältnissen des Getriebes auf den Endantrieb übertragen wird, um Räder des Fahrzeugs anzutreiben. Hybridtriebwerke können eine Kombination eines Verbrennungsmotors und eines oder mehrerer Elektromotoren aufweisen, die Antriebsdrehmoment an das Getriebe liefern.
Katalytische Wandler können verwendet werden, um die Konzentration von Emissionen zu verringern, die in den während der Verbrennung durch den Motor erzeugten Abgasen enthalten sind, die von dem Fahrzeug ausgestoßen werden. Um korrekt zu funktionieren und die Konzentration der Emissionen zu verringern, sollten katalytische Wandler bei ausreichenden Betriebstemperaturen betrieben werden. Die Betriebstemperatur des katalytischen Wandlers wird größtenteils durch die Wärmeenergie des Abgases beeinflusst, das in den katalytischen Wandler eintritt. Die Betriebstemperatur des katalytischen Wandlers hängt auch von der Zeitspanne ab, für die der Motor in Betrieb ist.
Nach ausgedehnten Phasen der Motorinaktivität kann die Temperatur des katalytischen Wandlers niedrig sein. Während eines anschließenden Kaltstarts kann der Betrieb des Motors während eines Katalysator-Anspring-Prozesses geregelt werden, um genügend Wärmeenergie in dem Abgas zu erzeugen, um den Wandler bis in einen Zieltemperatur-Betriebsbereich aufzuheizen.
Eine Kaltstart-Emissionsdiagnose (CSED-Diagnose) kann eine Differenz zwischen einer Ist- und einer Soll-Wärmeenergie des Abgases überwachen. Die CSED-Diagnose kann die Differenz überwachen, die typischerweise als ein Wärmeenergierest bezeichnet wird, um einzuschätzen, ob der katalytische Wandler in einer gewünschten Zeitspanne in dem Zieltemperatur-Betriebsbereich arbeitet. Die CSED-Diagnose kann den Wärmeenergierest periodisch mit einem vorbestimmten Energiebereich vergleichen, um einzuschätzen, ob das Abgas den katalytischen Wandler wie gewünscht aufheizt. Zusätzlich kann die CSED-Diagnose den Wärmeenergierest überwachen, um einzuschätzen, ob die Konzentration der Emissionen einen verwendbaren Zustand und Länderstandards genügt.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Offenbarung schafft ein beispielhaftes Steuersystem und -verfahren, welche die Ermittlung des Wärmeenergierests verbessern, der zum Einschätzen verwendet wird, ob der katalytische Wandler in dem Zieltemperatur-Betriebsbereich arbeitet. Gemäß einer Ausbildung schafft die vorliegende Offenbarung ein Steuersystem für einen Motor mit einem katalytischen Wandler, welches ein Energieberechnungsmodul, das einen berechneten Luftmassendurchsatz (MAF) einer Einlassluft des Motors basierend auf einem angeforderten Drehmoment und einer angeforderten Zündfunkenzeit berechnet, die einer Soll-Wärmeenergie des Abgases entsprechen, und das eine erwartete Wärmeenergie des Abgases des Motors basierend auf dem berechneten MAF ermittelt, und ein Energierestmodul umfasst, das einen Wärmeenergierest des Abgases basierend auf der erwarteten Wärmeenergie und einer geschätzten Wärmeenergie des Abgases ermittelt, wobei die geschätzte Wärmeenergie auf einem gemessenen MAF der Einlassluft basiert. Gemäß einem verwandten Merkmal berechnet das Energieberechnungsmodul den berechneten MAF basierend auf einem Quadrat der angeforderten Zündfunkenzeit.
Gemäß einem anderen Merkmal umfasst das Steuersystem ein Energieevaluierungsmodul, das ein Diagnoseergebnis basierend auf einem Vergleich des Wärmeenergierests und eines vorbestimmten Energiebereichs ermittelt, wobei das Diagnoseergebnis angibt, ob der katalytische Wandler in einem Ziel-Temperaturbereich arbeitet. Der vorbestimmte Energiebereich umfasst eine erste Schwellenwertenergie, die kleiner als eine zweite Schwellenwertenergie ist, wobei die erste Schwellenwertenergie ein zu geringes Aufheizen des katalytischen Wandlers angibt und die zweite Schwellenwertenergie ein Überhitzen des katalytischen Wandlers angibt.
Gemäß einem noch anderen Merkmal ermittelt das Energierestmodul während einer Diagnosedauer periodisch mehrere Wärmeenergiereste, das Energieevaluierungsmodul ermittelt das Diagnoseergebnis, nachdem das Energieevaluierungsmodul eine vorbestimmte Anzahl (R) der Wärmeenergiereste ermittelt hat, wobei R eine ganze Zahl größer als Eins ist, und das Energieevaluierungsmodul ermittelt das Diagnoseergebnis basierend auf einem Vergleich eines Mittelwerts der R Wärmeenergiereste und des vorbestimmten Energiebereichs.
Gemäß einem alternativen Merkmal ermittelt das Energierestmodul während einer vorbestimmten Diagnosedauer mehrere Wärmeenergiereste, und das Energieevaluierungsmodul ermittelt das Diagnoseergebnis nach der vorbestimmten Diagnosedauer basierend auf einem Vergleich eines Mittelwerts der mehreren Wärmeenergiereste und des vorbestimmten Energiebereichs.
Gemäß einer anderen Ausbildung schafft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Ermitteln eines Wärmeenergierestes eines Abgases eines Motors, welches umfasst, dass ein Ist-Luftmassendurchsatz (Ist-MAF) der Einlassluft des Motors gemessen wird, dass ein berechneter MAF der Einlassluft basierend auf einem angeforderten Drehmoment und einer angeforderten Zündfunkenzeit berechnet wird, die einer Soll-Wärmeenergie des Abgases entsprechen, und dass der Wärmeenergierest basierend auf einer erwarteten Wärmeenergie des Abgases und einer geschätzten Wärmeenergie des Abgases ermittelt wird, wobei die erwartete Wärmeenergie auf dem berechneten MAF basiert und die geschätzte Wärmeenergie auf dem Ist-MAF basiert. Gemäß verwandten Merkmalen umfasst das Berechnen des berechneten MAF, dass der berechnete MAF basierend auf einem Quadrat der angeforderten Zündfunkenzeit berechnet wird.
Gemäß einer noch anderen Ausbildung schafft die vorliegende Offenbarung ein Diagnoseverfahren für einen Motor mit einem katalytischen Wandler, welches umfasst, dass ein Ist-Luftmassendurchsatz (Ist-MAF) einer Einlassluft des Motors gemessen wird, dass ein berechneter MAF der Einlassluft des Motors basierend auf einem angeforderten Drehmoment und einer angeforderten Zündfunkenzeit berechnet wird, die einer Soll-Wärmeenergie des Abgases des Motors entsprechen, dass ein Wärmeenergierest des Abgases basierend auf einer erwarteten Wärmeenergie des Abgases und einer geschätzten Wärmeenergie des Abgases ermittelt wird, wobei die erwartete Wärmeenergie auf dem berechneten MAF basiert und die geschätzte Wärmeenergie auf dem Ist-MAF basiert, und dass ein Diagnoseergebnis ermittelt wird, indem der Wärmeenergierest und ein vorbestimmter Energiebereich verglichen werden. Gemäß dem Diagnoseverfahren gibt das Diagnoseergebnis an, ob der katalytische Wandler in einem Ziel-Temperaturbereich arbeitet. Der vorbestimmte Energiebereich umfasst eine erste Schwellenwertenergie, die kleiner als eine zweite Schwellenwertenergie ist, wobei die erste Schwellenwertenergie ein zu geringes Aufheizen des katalytischen Wandlers angibt und die zweite Schwellenwertenergie eine Überhitzung des katalytischen Wandlers angibt.
Gemäß einem anderen Merkmal umfasst das Diagnoseverfahren ferner, dass während einer Diagnosedauer eine vorbestimmte Anzahl (R) von Wärmeenergieresten ermittelt wird, wobei R eine ganze Zahl größer als Eins ist, wobei das Ermitteln des Diagnoseergebnisses ausgeführt wird, nachdem die R Wärmeenergiereste ermittelt wurden, indem ein Mittelwert der R Wärmeenergiereste und der vorbestimmte Energiebereich vergleichen werden.
Gemäß einem alternativen Merkmal umfasst das Diagnoseverfahren ferner, dass während einer vorbestimmten Diagnosedauer mehrere Wärme energiereste ermittelt werden, wobei das Ermitteln des Diagnoseergebnisses nach der Diagnosedauer ausgeführt wird, indem ein Mittelwert der mehreren Wärmeenergiereste und der vorbestimmte Energiebereich verglichen werden.
Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Offenbarung werden anhand der nachstehend vorgesehenen ausführlichen Beschreibung offensichtlich werden. Es versteht sich, dass die ausführliche Beschreibung und die speziellen Beispiele 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 der begleitenden Zeichnungen verständlicher werden, wobei:
1 ein Funktionsblockdiagramm ist, das ein beispielhaftes Motorsystem gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung darstellt;
2 ein Funktionsblockdiagramm ist, das ein beispielhaftes Motorsteuersystem gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung darstellt;
3 ein Funktionsblockdiagramm ist, das ein beispielhaftes Katalysatordiagnosesystem gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung darstellt;
4 ein Flussdiagramm ist, das beispielhafte Schritte eines Steuerverfahrens gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung darstellt;
5 ein Teil-Flussdiagramm ist, das zusätzliche beispielhafte Schritte des in 4 gezeigten Steuerverfahrens darstellt; und
6 ein Teil-Flussdiagramm ist, das zusätzliche beispielhafte Schritte des in 4 gezeigten Steuerverfahrens darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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 ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, einen Schaltkreis der Schaltungslogik und/oder andere geeignete Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
Die Konzentration von Emissionen in dem Abgas hängt von der Betriebstemperatur des katalytischen Wandlers ab. Dementsprechend kann die CSED-Diagnose einen Wärmeenergierest des Abgases berechnen und überwachen, um einzuschätzen, ob die Ziel-Betriebsbedingungen erfüllt sind und ob geschätzte Emissionen die verwendbaren Standards nicht überschreiten. Beispielsweise kann die CSED-Diagnose den Wärmeenergierest mit einem Schwellen-Energiewert vergleichen, wenn eine Diagnoseeinschätzung ausgeführt wird. Der Schwellen-Energiewert kann ein vorbestimmter Wert sein, der dem Wärmeenergierest für ein System entspricht, das gerade außerhalb der Ziel-Betriebsbedingungen arbeitet (d. h. ein bezüglich der Bestleistung nicht akzeptierbares System (BPU-System)).
Um eine gute Korrelation zwischen dem berechneten Wärmeenergierest und den geschätzten Emissionen zu erreichen, ist es wichtig, eine korrekte Diagnoseeinschätzung zu erhalten. Insbesondere ist es wichtig, eine gute Korrelation bei niedrigen Drosselraten von beispielsweise 8 bis 10% oder weniger zu erreichen, da CSED-Diagnoseeinschätzungen oft ausgeführt werden, wenn sich der Motor im Leerlauf befindet.
Das Erreichen einer guten Separierung zwischen dem Wärmeenergierest, der für ein System berechnet wird, das mit Ziel-Betriebsbedingungen arbeitet, und dem Schwellen-Energiewert, der dem BPU-System entspricht, ist ebenso wichtig. Die Separierung hilft zu vermeiden, dass die Diagnoseeinschätzung fehlschlägt, wenn der katalytische Wandler wie gewünscht arbeitet. Die Separierung hilft auch zu vermeiden, dass die Diagnoseeinschätzung genehmigt wird, wenn der katalytische Wandler nicht wie gewünscht arbeitet.
Dementsprechend schafft die vorliegende Offenbarung ein beispielhaftes Steuersystem und -verfahren, welche die Ermittlung des Wärmeenergierestes in einem drehmomentbasierten Motorsteuersystem verbessern. Das Steuersystem und -verfahren der vorliegenden Offenbarung berechnet einen Wärmeenergierest basierend auf einem berechneten Luftmassendurchsatz des Motors, welcher der Soll-Wärmeenergie des Abgases entspricht, und einem gemessenen Motor-Luftdurchsatz. Genauer gesagt berechnen das Steuersystem und -verfahren den berechneten Luftmassendurchsatz basierend auf einem angeforderten Motordrehmoment gemäß einem inversen Drehmomentmodell. Das Steuersystem und -verfahren kann den berechneten Luftmassendurchsatz auch basierend auf einer angeforderten Zündfunkenzeit berechnen.
Während Zeitdauern, in denen ein Prozess für ein Katalysatoranspringen und/oder für eine Steuerung von Kaltstartemissionen aktiv ist, entspricht das angeforderte Drehmoment im Allgemeinen einem Motordrehmoment, bei dem die Soll-Wärmeenergie des Abgases erzeugt werden kann. Auf ähnliche Weise entspricht die angeforderte Zündfunkenzeit im Allgemeinen einer Zündfunkenzeit, bei der die Soll-Wärmeenergie des Abgases bei dem angeforderten Motordrehmoment erzeugt werden kann. Der berechnete Luftmassendurchsatz wird verwendet, um eine erwartete Wärmeenergie des Abgases zu ermitteln.
Das Steuersystem und -verfahren der vorliegenden Offenbarung ermittelt eine geschätzte Ist-Wärmeenergie des Abgases basierend auf dem gemessenen Motorluftdurchsatz. Der Wärmeenergierest wird basierend auf der erwarteten Wärmeenergie und der geschätzten Ist-Wärmeenergie berechnet.
Indem die erwartete Wärmeenergie und die geschätzte Ist-Wärmeenergie auf die vorstehende Weise ermittelt werden, verbessert das Steuersystem und -verfahren der vorliegenden Offenbarung die Korrelation zwischen dem berechneten Wärmeenergierest und den geschätzten Emissionen. Durch das Verbessern der Korrelation erhöht das Steuersystem und -verfahren der vorliegenden Offenbarung auch die Separierung zwischen dem Wärmeenergierest, der für das wie gewünscht arbeitende System berechnet wird, und dem Schwellen-Energiewert, der dem BPU-System entspricht.
Unter besonderer Bezugnahme auf 1 ist ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsystems 100 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Das Motorsystem 100 kann von einem Hybridfahrzeug umfasst sein, wie beispielsweise einem Hybridfahrzeug vom Serientyp oder einem Hybridfahrzeug vom Paralleltyp. Das Motorsystem 100 umfasst einen Motor 102, der durch ein Motorsteuermodul (ECM) 104 geregelt wird. Das Motorsystem 100 weist auch ein Katalysatordiagnosemodul 106 auf, das den Betrieb des Motorsystems 100 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung überwacht. Das Katalysatordiagnosemodul 106 kann mit einer Informationsanzeige 108 in Verbindung stehen, die einen Betriebszustand des Motorsystems 100 anzeigt.
Der Motor 102 verbrennt ein Luft/Kraftstoff-Gemisch, um ein Antriebsdrehmoment in Ansprechen auf Steuersignale zu erzeugen, die von dem ECM 104 in Ansprechen auf Fahrersignale erzeugt werden, die von einem Fahrereingabemodul 110 empfangen werden. Luft wird durch ein Drosselventil 114 in einen Einlasskrümmer 116 gesaugt. Das ECM 104 befiehlt einem Drosselaktuatormodul 112, das Öffnen des Drosselventils 114 zu regeln, um die Luftmenge zu steuern, die in den Einlasskrümmer 116 gesaugt wird.
Luft wird aus dem Einlasskrümmer 116 in Zylinder des Motors 102 gesaugt. Während der Motor 102 mehrere Zylinder aufweisen kann (d. h. zwei oder mehr), ist zu Darstellungszwecken ein einzelner repräsentativer Zylinder 118 gezeigt. Luft aus dem Einlasskrümmer 116 wird durch ein Einlassventil 122 in den Zylinder 118 gesaugt. Das ECM 104 steuert ein Kraftstoff-Aktuatormodul 124, das die durch ein Kraftstoff-Einspritzungssystem (nicht gezeigt) eingespritzte Kraftstoffmenge regelt, um ein Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis zu erreichen. Bei verschiedenen Implementierungen kann Kraftstoff an einem zentralen Ort oder an mehreren Orten in den Einlasskrümmer 116 eingespritzt werden, wie z. B. in der Nähe des Einlassventils 122 jedes Zylinders 118. Alternativ kann Kraftstoff direkt in den Zylinder 118 eingespritzt werden. Das ECM 104 kann das Kraftstoff-Aktuatormodul 124 anweisen, die Zufuhr von Kraftstoff zu stoppen, um einige der Zylinder (z. B. den Zylinder 118) zu deaktivieren. Das ECM 104 kann Zylinder unter bestimmten Motorbetriebsbedingungen deaktivieren und dadurch die Kraftstoffwirtschaftlichkeit verbessern.
Der eingespritzte Kraftstoff vermischt sich mit der Luft, die in den Motor 102 eingetreten ist, und erzeugt ein Luft/Kraftstoffgemisch in dem Zylinder 118. Ein Kolben (nicht gezeigt) in dem Zylinder 118 komprimiert das Luft/Kraftstoffgemisch. Ein Zündfunken-Aktuatormodul 126 aktiviert eine in dem Zylinder 118 angeordnete Zündkerze 128, welche das Luft/Kraftstoffgemisch zündet. Das ECM 104 steuert das Zündfunken-Aktuatormodul 126, und es steuert dadurch die Zeit des Zündfunkens (d. h. die Zündfunkenzeit), der durch die Zündkerze 128 erzeugt wird. Die Zeit des Zündfunkens kann relativ zu der Zeit spezifiziert werden, zu der sich der Kolben an seiner obersten Position befindet, die als oberer Totpunkt (TDC) bezeichnet wird und der Punkt ist, an dem das Luft/Kraftstoffgemisch am stärksten komprimiert ist. Der Betrieb des Zündfunken-Aktuatormoduls 126 kann daher mit der Kurbelwellendrehung synchronisiert werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Zündfunken-Aktuatormodul 126 die Zufuhr des Zündfunkens stoppen, um einige der Zylinder (z. B. den Zylinder 118) zu deaktivieren. Das ECM 104 kann das Zündfunken-Aktuatormodul 126 anweisen, die Zufuhr des Zündfunkens stoppen, wenn die Zylinder deaktiviert werden.
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 Abgassystem 134 kann einen katalytischen Wandler 136 aufweisen, der die Konzentration schädlicher Emissionen verringert, die in dem Abgas enthalten sind.
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.
Die Zeit, zu der das Einlassventil 122 geöffnet wird, kann durch einen Einlass-Nockenphasensteller 148 bezogen auf den Kolben-TDC variiert werden. Die Zeit, zu der das Auslassventil 130 geöffnet wird, kann durch einen Auslass-Nockenphasensteller 150 bezogen auf den Kolben-TDC variiert werden. Ein Phasensteller-Aktuatormodul 158 steuert den Ein lass-Nockenphasensteller 148 und den Auslass-Nockenphasensteller 150 basierend auf Signalen von dem ECM 104. Wenn er implementiert ist, kann ein variabler Ventilhub ebenso durch das Phasensteller-Aktuatormodul 158 gesteuert werden.
Das Motorsystem 100 kann auch eine Ladedruckeinrichtung aufweisen, die unter Druck stehende Luft an den Einlasskrümmer 116 liefert. Beispielsweise kann das Motorsystem 100 einen Turbolader 160 umfassen, wie es gezeigt ist. Der Turbolader 160 wird durch Abgase angetrieben, die durch das Abgassystem 134 strömen, und er setzt die Luft unter Druck, die in den Motor 102 eintritt. Der Turbolader 160 liefert eine komprimierte Luftladung an den Einlasskrümmer 116. Bei verschiedenen Implementierungen kann ein von der Kurbelwelle angetriebener Turbokompressor (nicht gezeigt) Luft von dem Drosselventil 114 komprimieren und die komprimierte Luft an den Einlasskrümmer 116 liefern.
Ein Ladedruck-Regelventil 162 kann dem Abgas ermöglichen, an dem Turbolader 160 vorbeizuströmen, wodurch die Ausgabe des Turboladers verringert wird (d. h. der Betrag der Verdichtung für die verdichtete Luftladung). Ein Ladedruck-Aktuatormodul 164 kann den Ladedruck des Turboladers 160 modulieren, indem die Position des Ladedruck-Regelventils 162 gesteuert wird. Das ECM 104 steuert den Turbolader 160 mittels des Ladedruck-Aktuatormoduls 164 (2). Die verdichtete Luftladung wird durch den Turbolader 160 an den Einlasskrümmer 116 geliefert.
Das Motorsystem 100 kann ein Abgasrückführungsventil (AGR-Ventil) 170 aufweisen, das Abgas selektiv zurück zu dem Einlasskrümmer 116 zurückleitet. Das AGR-Ventil 170 kann stromaufwärts des Turboladers 160 angeordnet sein. Das ECM kann das AGR-Ventil 170 mittels eines AGR- Aktuatormoduls 172 steuern und dadurch die Menge des zurückgeführten Abgases regeln.
Das Motorsystem 100 kann ferner verschiedene Sensoren umfassen, die Betriebsbedingungen des Motors 102 messen. Die Sensoren geben Signale aus, die von dem ECM 104 verwendet werden können, um die Betriebsbedingungen des Motors 102 zu ermitteln. Lediglich beispielhaft kann das Motorsystem 100 einen Luftmassendurchsatzsensor (MAF-Sensor) 180, einen Motor-Ausgangsdrehzahlsensor (EOS-Sensor) 182, einen Krümmerabsolutdrucksensor (MAP-Sensor) 184 und einen Einlassluft-Temperatursensor (IAT-Sensor) 186 umfassen. Das Motorsystem 100 kann andere Sensoren umfassen, die in 1 nicht gezeigt sind, wie beispielsweise einen Drosselpositionssensor, einen Kühlmitteltemperatursensor, einen Öltemperatursensor und einen Sauerstoffsensor, ohne auf diese beschränkt zu sein.
Der MAF-Sensor 180 misst die Luftmasse, die in den Einlasskrümmer 116 strömt (d. h. eine Massendurchsatzrate). Während der MAF-Sensor 180 stromaufwärts des Drosselventils 114 gezeigt ist, kann der MAF-Sensor 180 an einem beliebigen geeigneten Ort angeordnet sein, einschließlich eines gemeinsamen Gehäuses, das auch das Drosselventil 114 umfasst. Der EOS-Sensor 182 misst die Ausgangsdrehzahl des Motors 102 in Umdrehungen pro Minute (RPM), indem eine Drehzahl der Kurbelwelle (nicht gezeigt) gemessen wird. Der MAP-Sensor 184 misst den Druck in dem Einlasskrümmer 116. Bei verschiedenen Implementierungen kann ein Motorunterdruck gemessen werden, wobei der Motorunterdruck die Differenz zwischen dem Umgebungsluftdruck und dem Druck in dem Einlasskrümmer 116 ist. Der IAT-Sensor 186 misst die Temperatur der Luft, die in den Motor 102 strömt. Obwohl der IAT-Sensor 186 stromaufwärts des Drosselventils 114 gezeigt ist, kann der IAT-Sensor 186 an einem beliebigen geeigneten Ort angeordnet sein, einschließlich eines gemeinsamen Bauraums mit dem Drosselventil 114.
Jedes System, das einen Motorparameter variiert, kann als ein Aktuator bezeichnet werden, der einen Aktuatorwert empfängt. Beispielsweise kann das Drosselaktuatormodul 112 als ein Aktuator bezeichnet werden, und die Drosselöffnungsfläche kann als ein Aktuatorwert bezeichnet werden. In dem Beispiel von 1 erreicht das Drosselaktuatormodul 112 die Drosselöffnungsfläche, indem ein Winkel des Blatts des Drosselventils 114 angepasst wird.
Auf ähnliche Weise kann das Zündfunken-Aktuatormodul 126 als ein Aktuator bezeichnet werden, während der entsprechende Aktuatorwert der Betrag der Zündfunkenvorverstellung relativ zu dem Zylinder-TDC ist. Andere Aktuatoren können das das Ladedruck-Aktuatormodul 164, das AGR-Aktuatormodul 172, das Phasensteller-Aktuatormodul 158 und das Kraftstoff-Aktuatormodul 124 umfassen. Für diese Aktuatoren können die Aktuatorwerte dem Ladedruck, der AGR-Ventilöffnungsfläche, den Einlass- und Auslass-Nockenphasenstellerwinkeln und der Kraftstoffzufuhrrate entsprechen.
Das ECM 104 kann Signale von verschiedenen Sensoren verwenden, um Steuerentscheidungen für das Motorsystem 100 zu treffen. Insbesondere kann das ECM 104 Aktuatorwerte steuern, um ein Soll-Drehmoment von dem Motor 102 zu erzeugen. Wie hierin diskutiert wird, kann das ECM 104 auch Aktuatorwerte steuern, um eine Soll-Wärmeenergie des von dem Motor 102 erzeugten Abgases zu erzeugen. Das ECM 104 kann Aktuatorwerte steuern, um die Soll-Wärmeenergie des Abgases zu regeln, um einen korrekten Betrieb des katalytischen Wandlers 136 sicherzustellen.
Das ECM 104 kann auch mit einem Getriebesteuermodul 194 kommunizieren, um ein Wechseln von Gängen in einem Getriebe (nicht gezeigt) abzustimmen. Beispielsweise kann das ECM 104 das Drehmoment während eines Gangwechsels verringern. Das ECM 104 kann zusätzlich mit einem Hybridsteuermodul 196 kommunizieren, um den Betrieb des Motors 102 und einer Elektromaschine (EM) 198 abzustimmen. Die EM 198 kann als ein Motor und/oder als ein Generator arbeiten. Wenn sie als ein Generator arbeitet, kann sie elektrische Energie zur Verwendung durch das Motorsystem 100 und/oder zur Speicherung in einer Batterie (nicht gezeigt) erzeugen. Bei verschiedenen Implementierungen können das ECM 104, das Katalysatordiagnosemodul 106, das Getriebesteuermodul 194 und das Hybridsteuermodul 196 in ein oder mehrere Module integriert werden.
Nun auf 2 Bezug nehmend, ist ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsteuersystems gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung dargestellt. Eine beispielhafte Implementierung des ECM 104 umfasst ein Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 210. Das Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 210 vermittelt zwischen einer Fahrereingabe von dem Fahrereingabemodul 110 und anderen Achsendrehmomentanforderungen. Die Fahrereingabe kann beispielsweise auf einer Position eines Gaspedals basieren. Die Fahrereingabe kann auch auf einem Tempomat basieren, der ein adaptives Tempomatsystem sein kann, das die Fahrzeuggeschwindigkeit variiert, um eine vorbestimmte Nachfolgedistanz aufrechtzuerhalten.
Drehmomentanforderungen können sowohl Zieldrehmomentwerte als auch Rampenanforderungen umfassen, wie z. B. eine Anforderung, dass das Drehmoment bis zu einem minimalen Motorabschaltdrehmoment rampenartig abnimmt oder dass das Drehmoment von dem minimalen Motorabschaltdrehmoment rampenartig zunimmt. Die Achsendrehmomentanforderungen können eine Drehmomentverringerung umfassen, die während eines Radschlupfs von einem Traktionssteuersystem angefordert wird. Die Achsendrehmomentanforderungen können auch Drehmomentanforderungszunahmen umfassen, die einem negativen Radschlupf entgegenwirken, bei dem ein Reifen des Fahrzeugs bezogen auf die Straßenoberfläche rutscht, da das Achsendrehmoment negativ ist.
Die Achsendrehmomentanforderungen können auch Bremsverwaltungsanforderungen und Drehmomentanforderungen aufgrund überhöhter Fahrzeuggeschwindigkeit umfassen. Bremsverwaltungsanforderungen können das Motordrehmoment verringern, um sicherzustellen, dass die Motordrehmomentabgabe nicht die Fähigkeit der Bremsen übersteigt, das Fahrzeug zu halten, wenn das Fahrzeug gestoppt wird. Die Drehmomentanforderungen aufgrund überhöhter Fahrzeuggeschwindigkeit können die Motordrehmomentabgabe verringern, um zu verhindern, dass das Fahrzeug eine vorbestimmte Geschwindigkeit überschreitet. Die Achsendrehmomentanforderungen können auch von Karosseriestabilitätskontrollsystemen hervorgerufen werden. Die Achsendrehmomentanforderungen können ferner Motorabschaltanforderungen umfassen, wie sie beispielsweise erzeugt werden können, wenn ein kritischer Fehler detektiert wird.
Das Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 210 gibt ein vorausgesagtes Drehmoment und ein Momentandrehmoment basierend auf den Ergebnissen einer Vermittlung zwischen den empfangenen Drehmomentanforderungen aus. Das vorausgesagte Drehmoment ist der Betrag des Drehmoments, den das ECM 104 zur Erzeugung durch den Motor 102 vorbereitet, und es kann häufig auf der Fahrerdrehmomentanforderung basieren. Das Momentandrehmoment ist der Betrag des gegenwärtigen Soll-Drehmoments, der kleiner als das vorausgesagte Drehmoment sein kann.
Das Momentandrehmoment kann kleiner als das vorausgesagte Drehmoment sein, um Drehmomentreserven zu schaffen, wie unten detaillierter beschrieben wird, und um vorübergehenden Drehmomentverringerungen zu genügen. Lediglich beispielhaft können vorübergehende Drehmomentverringerungen angefordert werden, wenn sich eine Fahrzeuggeschwindigkeit einem Schwellenwert für eine überhöhte Geschwindigkeit nähert und/oder wenn das Traktionssteuersystem einen Radschlupf detektiert.
Das Momentandrehmoment kann erreicht werden, indem Motoraktuatoren variiert werden, die schnell ansprechen, während langsamere Motoraktuatoren verwendet werden können, um das vorausgesagte Drehmoment vorzubereiten. Beispielsweise kann die Zündfunkenvorverstellung in einem Benzinmotor schnell angepasst werden, während die Luftströmung und die Nockenphasenstellerposition aufgrund einer mechanischen Verzögerungszeit langsamer im Ansprechen sind. Ferner sind Änderungen in der Luftströmung Verzögerungen bei dem Transport der Luft in dem Einlasskrümmer unterworfen. Zusätzlich können Änderungen in der Luftströmung nicht als Drehmomentvariationen manifestiert werden, bis die Luft in einen Zylinder gesaugt, verdichtet und verbrannt wurde.
Eine Drehmomentreserve kann erzeugt werden, indem langsamere Motoraktuatoren dazu bestimmt werden, ein vorausgesagtes Drehmoment zu erzeugen, während schnellere Motoraktuatoren dazu bestimmt werden, ein Momentandrehmoment zu erzeugen, das kleiner als das vorausgesagte Drehmoment ist. Beispielsweise kann das Drosselventil 114 geöffnet werden, wodurch die Luftströmung erhöht wird und die Erzeugung des vorausgesagten Drehmoments vorbereitet wird. Unterdessen kann die Zündfunkenvorverstellung verringert werden (mit anderen Worten, die Zündfunkenzeit kann nach spät verstellt werden), um die Ist-Motordrehmomentabgabe auf das Momentandrehmoment zu verringern.
Die Differenz zwischen dem vorausgesagten Drehmoment und dem Momentandrehmoment kann als die Drehmomentreserve bezeichnet werden. Wenn eine Drehmomentreserve vorhanden ist, kann das Motordrehmoment schnell von dem Momentandrehmoment auf das vorausgesagte Drehmoment erhöht werden, indem ein schnellerer Aktuator verändert wird. Das vorausgesagte Drehmoment wird dadurch erreicht, ohne auf eine Änderung in dem Drehmoment infolge einer Anpassung eines der langsameren Aktuatoren zu warten. Das Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 210 kann das vorausgesagte Drehmoment und das Momentandrehmoment an ein Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 212 ausgeben. Das vorausgesagte Drehmoment und das Momentandrehmoment, die von dem Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 212 empfangen werden, werden von einer Achsendrehmomentdomäne (Drehmoment an den Rädern) in eine Antriebsdrehmomentdomäne (Drehmoment an der Kurbelwelle) umgewandelt.
Das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 212 vermittelt zwischen Antriebsdrehmomentanforderungen, einschließlich des umgewandelten vorausgesagten Drehmoments und des umgewandelten Momentandrehmoments. Das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 212 erzeugt ein vermitteltes vorausgesagtes Drehmoment und ein vermitteltes Momentandrehmoment. Die vermittelten Drehmomente können erzeugt werden, indem eine gewinnende Anforderung unter den empfangenen Anforderungen ausgewählt wird. Alternativ oder zusätzlich können die vermittelten Drehmomente erzeugt werden, indem eine der empfangenen Anforderungen basierend auf einer oder mehreren anderen der empfangenen Anforderungen modifiziert wird.
Wie hierin diskutiert wird, kann ein Katalysatormodul 213 eine Drehmomentanforderung an das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul ausgeben, die einem Motordrehmoment und einer Motordrehzahl entspricht, bei der eine Soll-Wärmeenergie des Abgases erzeugt werden kann. Das Katalysatormodul 213 kann die Drehmomentanforderung anpassen, um die Differenz zwischen einer angeforderten RPM (RPM_req), bei der die Soll-Wärmeenergie des Abgases erzeugt werden kann, und einer Ist-RPM des Motors 102 zu verringern. Auf diese Weise kann das Katalysatormodul 213 die Drehmomentanforderung erzeugen, um die Wärmeenergie des Abgases anzupassen. Das Katalysatormodul kann die Wärmeenergie des Abgases anpassen, um sicherzustellen, dass der Motor 102 bei den Ziel-Betriebsbedingungen arbeitet, die erforderlich sind, um ein Katalysator-Anspringen aufzuführen und den katalytischen Wandler in dem Zieltemperatur-Betriebsbereich zu betreiben.
Das Katalysatormodul 213 kann die angeforderte RPM ausgeben. Das Katalysatormodul 213 kann auch eine Zündfunkenanforderung ausgeben, die einer Zündfunkenzeit entspricht, bei der die Soll-Wärmeenergie des Abgases bei dem angeforderten Drehmoment erzeugt werden kann. Auf die vorstehende Weise kann das Katalysatormodul 213 einen Katalysator-Anspringprozess und/oder einen Steuerprozess für Kaltstartemissionen implementieren.
Andere Antriebsdrehmomentanforderungen können Drehmomentverringerungen zum Schutz vor überhöhter Motordrehzahl, Drehmomentzunahmen zum Verhindern des Abwürgens und Drehmomentverringerungen umfassen, die von dem Getriebesteuermodul 194 angefordert werden, um Gangwechsel aufzunehmen. Die Antriebsdrehmomentanforderungen können auch aus einer Kraftstoffabschaltung wegen der Kupplung resul tieren, die das Motorausgangsdrehmoment verringern kann, wenn der Fahrer bei einem Fahrzeug mit Schaltgetriebe das Kupplungspedal niederdrückt.
Die Antriebsdrehmomentanforderungen können auch eine Motorabschaltanforderung umfassen, die ausgelöst werden kann, wenn ein kritischer Fehler detektiert wird. Lediglich beispielhaft können kritische Fehler die Detektion eines Fahrzeugdiebstahls, einen Motor mit blockiertem Anlasser, Probleme mit der elektronischen Drosselsteuerung und unerwartete Drehmomentzunahmen umfassen. Lediglich beispielhaft können Motorabschaltanforderungen die Vermittlung immer gewinnen, wodurch sie als die vermittelten Drehmomente ausgegeben werden, oder sie können die Vermittlung insgesamt umgehen und den Motor einfach abschalten. Das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 212 kann diese Abschaltanforderungen weiterhin empfangen, so dass beispielsweise geeignete Daten zu den anderen Drehmomentanforderern zurückgeführt werden können. Beispielsweise können alle anderen Drehmomentanforderer informiert werden, dass sie die Vermittlung verloren haben.
Ein Reserven/Lastenmodul 214 empfängt die vermittelte vorausgesagte Drehmomentanforderung und die vermittelte Momentandrehmomentanforderung von dem Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 212. Verschiedene Motorbetriebsbedingungen können die Motordrehmomentabgabe beeinflussen. In Ansprechen auf diese Bedingungen kann das Reserven/Lastenmodul 214 eine Drehmomentreserve durch ein Erhöhen der vorausgesagten Drehmomentanforderung erzeugen.
Lediglich beispielhaft kann ein Katalysator-Anspringprozess oder ein Prozess zur Verringerung von Kaltstartemissionen die Zündfunkenvorverstellung direkt variieren. In Ansprechen darauf kann das Reser ven/Lastenmodul 214 die vorausgesagte Drehmomentanforderung erhöhen, um die Wirkung dieser Zündfunkenvorverstellung auf die Motordrehmomentabgabe zu berücksichtigen. Bei einem anderen Beispiel können das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors und/oder der Luftmassendurchsatz direkt variiert werden, wie z. B. durch einen Testprozess für das Äquivalenzverhältnis mittels einer eingreifenden Diagnostik und/oder durch einen Spülprozess für einen neuen Motor. Entsprechende vorausgesagte Drehmomentanforderungen können erzeugt werden, um während dieser Prozesse Änderungen in der Motordrehmomentabgabe auszugleichen.
Das Reserven/Lastenmodul 214 kann auch eine Drehmomentreserve in Erwartung einer zukünftigen Last erzeugen, wie z. B. des Einrückens der Klimaanlagenkompressorkupplung oder des Betriebs der Servolenkungspumpe. Die Reserve für die Einrückung der Klimaanlagenkupplung (A/C-Kupplung) kann erzeugt werden, wenn der Fahrer die Klimaanlage zum ersten Mal anfordert. Anschließend, wenn die A/C-Kupplung einrückt, kann das Reserven/Lastenmodul 214 die erwartete Last der A/C-Kupplung zu der Momentandrehmomentanforderung addieren.
Ein Betätigungsmodul 216 empfängt die vorausgesagte Drehmomentanforderung und die Momentandrehmomentanforderung von dem Reserven/Lastenmodul 214. Das Betätigungsmodul 216 ermittelt, wie die vorausgesagte Drehmomentanforderung und die Momentandrehmomentanforderung erreicht werden. Das Betätigungsmodul 216 kann für den Motortyp spezifisch sein, mit unterschiedlichen Steuerschemata für Benzinmotoren gegenüber Dieselmotoren. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Betätigungsmodul 216 die Grenze zwischen den Modulen vor dem Betätigungsmodul 216, die motorunabhängig sind, und den Modulen definieren, die motorabhängig sind.
Beispielsweise kann das Betätigungsmodul 216 in einem Benzinmotor das Öffnen des Drosselventils 114 variieren, was einen weiten Bereich der Drehmomentsteuerung ermöglicht. Das Öffnen und Schließen des Drosselventils 114 führt jedoch zu einer relativ langsamen Änderung in dem Drehmoment. Das Deaktivieren von Zylindern liefert auch einen weiten Bereich der Drehmomentsteuerung, kann aber ähnlich langsam sein und zusätzlich Fahrbarkeits- und Emissionsprobleme mit sich bringen. Eine Änderung der Zündfunkenvorverstellung ist relativ schnell, liefert aber keinen so großen Bereich für die Drehmomentsteuerung. Zusätzlich ändert sich der Betrag der Drehmomentsteuerung, der mit dem Zündfunken möglich ist (als Zündfunkenkapazität bezeichnet), wenn sich die Luftmenge pro Zylinder ändert.
Bei verschiedenen Implementierungen kann das Betätigungsmodul 216 eine Luftdrehmomentanforderung basierend auf der vorausgesagten Drehmomentanforderung erzeugen. Die Luftdrehmomentanforderung kann der vorausgesagten Drehmomentanforderung gleich sein, was bewirkt, dass die Luftströmung derart eingestellt wird, dass die vorausgesagte Drehmomentanforderung durch Änderungen der anderen Aktuatoren erreicht werden kann. Anhand des Vorstehenden ist einzusehen, dass die Luftdrehmomentanforderung gleich der Drehmomentanforderung sein kann, die durch das Katalysatormodul 213 erzeugt wird und bewirkt, dass der Luftdurchsatz derart eingestellt wird, dass die Soll-Wärmeenergie des Abgases erreicht werden kann.
Ein Luftsteuermodul 218 kann Soll-Aktuatorwerte für langsame Aktuatoren basierend auf der Luftdrehmomentanforderung ermitteln. Beispielsweise kann das Luftsteuermodul 218 den Soll-Krümmerabsolutdruck (Soll-MAP), die Soll-Drosselfläche und/oder die Soll-Luft pro Zylinder (Soll-APC) steuern. Der Soll-MAP kann verwendet werden, um einen Soll-Ladedruck zu ermitteln, und die Soll-APC kann verwendet werden, um Soll-Phasenstellerpositionen zu ermitteln. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Luftsteuermodul 218 auch einen Betrag des Öffnens des AGR-Ventils 170 ermitteln.
Bei Benzinsystemen kann das Betätigungsmodul 216 auch eine Zündfunken-Drehmomentanforderung und eine Kraftstoffmassen-Drehmomentanforderung erzeugen. Die Zündfunken-Drehmomentanforderung kann auf der Zündfunkenanforderung basieren, die von dem Katalysatormodul 213 erzeugt wird, was bewirkt, dass die Zündfunkenzeit derart eingestellt wird, dass die Soll-Wärmeenergie des Abgases erreicht werden kann. Die Zündfunken-Drehmomentanforderung kann von einem Zündfunken-Steuermodul 226 verwendet werden, um zu ermitteln, wie viel der Zündfunken bezogen auf eine kalibrierte Zündfunkenvorverstellung nach spät verstellt wird (was die Motordrehmomentabgabe verringert).
Die Kraftstoffmassen-Drehmomentanforderung kann von dem Kraftstoffsteuermodul 228 verwendet werden, um die Menge des an jeden Zylinder gelieferten Kraftstoffs zu variieren. Lediglich beispielhaft kann das Kraftstoffsteuermodul 228 eine Kraftstoffmasse ermitteln, die eine stöchiometrische Verbrennung ergibt, wenn sie mit der gegenwärtigen Luftmenge pro Zylinder kombiniert wird. Das Kraftstoffsteuermodul 228 kann das Kraftstoffaktuatormodul 124 anweisen, diese Kraftstoffmasse für jeden aktivierten Zylinder einzuspritzen. Während des normalen Motorbetriebs kann das Kraftstoffsteuermodul 228 versuchen, ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoffverhältnis aufrechtzuerhalten.
Das Kraftstoffsteuermodul 228 kann die Kraftstoffmasse über den stöchiometrischen Wert erhöhen, um die Motordrehmomentabgabe zu erhöhen, und es kann die Kraftstoffmasse verringern, um die Motordrehmomentabgabe zu verringern. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Kraftstoffsteuermodul 228 ein Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis empfangen, das sich von dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis unterscheidet. Das Kraftstoffsteuermodul 228 kann dann eine Kraftstoffmasse für jeden Zylinder ermitteln, die das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis erreicht. Bei Dieselsystemen kann die Kraftstoffmasse der primäre Aktuator sein, um die Motordrehmomentabgabe zu steuern.
Der Ansatz, den das Betätigungsmodul 216 wählt, um die Momentandrehmomentanforderung zu erreichen, kann durch eine Moduseinstellung ermittelt werden. Die Moduseinstellung kann an das Betätigungsmodul 216 geliefert werden, beispielsweise von dem Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 212, und sie kann Modi auswählen, die einen inaktiven Modus, einen gefälligen Modus, eines Maximalbereichsmodus und einen Selbstbetätigungsmodus umfassen.
In dem inaktiven Modus kann das Betätigungsmodul 216 die Momentandrehmomentanforderung ignorieren und versuchen, die vorausgesagte Drehmomentanforderung zu erreichen. Das Betätigungsmodul 216 kann daher die Zündfunken-Drehmomentanforderung und die Kraftstoffmassen-Drehmomentanforderung auf die vorausgesagte Drehmomentanforderung einstellen, was die Drehmomentabgabe für die gegenwärtigen Motorluftdurchsatzbedingungen maximiert. Alternativ kann das Betätigungsmodul 216 diese Anforderungen auf vorbestimmte (beispielsweise unerreichbar hohe) Werte einstellen, um Drehmomentverringerungen durch die Zündfunkenverstellung nach spät oder das Verringern des Kraftstoff/Luftverhältnisses abzuschalten.
In dem gefälligen Modus kann das Betätigungsmodul 216 versuchen, die Momentandrehmomentanforderung zu erreichen, indem nur die Zündfunkenvorverstellung angepasst wird. Das Betätigungsmodul 216 kann daher die vorausgesagte Drehmomentanforderung als die Luftdrehmomentanforderung und die Momentandrehmomentanforderung als die Zündfunken-Drehmomentanforderung ausgeben. Das Zündfunkensteuermodul 226 wird den Zündfunken so weit wie möglich nach spät verstellen, um zu versuchen, die Zündfunken-Drehmomentanforderung zu erreichen. Wenn die Verringerung des Soll-Drehmoments größer als die Zündfunkenreservekapazität ist (der Betrag der durch die Zündfunkenverstellung nach spät erreichbaren Drehmomentverringerung), kann die Drehmomentverringerung nicht erreicht werden.
In dem Maximalbereichsmodus kann das Betätigungsmodul 216 die vorausgesagte Drehmomentanforderung als die Luftdrehmomentanforderung und die Momentandrehmomentanforderung als die Zündfunken-Drehmomentanforderung ausgeben. Zusätzlich kann das Betätigungsmodul 216 eine Zylinderabschalt-Drehmomentanforderung erzeugen, die niedrig genug ist, um dem Zündfunkensteuermodul 226 zu erlauben, die Momentandrehmomentanforderung zu erreichen. Mit anderen Worten kann das Betätigungsmodul 216 die Zylinderabschalt-Drehmomentanforderung verringern (wodurch Zylinder deaktiviert werden), wenn die Verringerung der Zündfunkenvorverstellung alleine nicht in der Lage ist, die Momentandrehmomentanforderung zu erreichen.
In dem Selbstbetätigungsmodus kann das Betätigungsmodul 216 die Luftdrehmomentanforderung basierend auf der Momentandrehmomentanforderung verringern. Beispielsweise kann die Luftdrehmomentanforderung nur so weit verringert werden, wie es notwendig ist, um dem Zündfunkensteuermodul 226 zu erlauben, die Momentandrehmomentanforde rung durch ein Anpassen der Zündfunkenvorverstellung zu erreichen. Daher wird die Momentandrehmomentanforderung in dem Selbstbetätigungsmodus erreicht, während dem Motor 102 erlaubt wird, so schnell wie möglich zu der vorausgesagten Drehmomentanforderung zurückzukehren. Mit anderen Worten wird die Verwendung von relativ langsam ansprechenden Drosselventilkorrekturen minimiert, indem die schnell ansprechende Zündfunkenvorverstellung so weit wie möglich verringert wird.
Ein Drehmomentschätzmodul 224 kann die Drehmomentabgabe des Motors 102 schätzen. Dieses geschätzte Drehmoment kann von dem Luftsteuermodul 218 verwendet werden, um eine Regelung der Motorluftströmungsparameter, wie z. B. der Drosselfläche, des MAP und der Phasenstellerpositionen, auszuführen. Lediglich beispielhaft kann eine Drehmomentbeziehung wie z. B. (Gleichung 1): T = f(APC, S, I, E, AF, OT, #) (1)definiert werden, wobei das Drehmoment (T) eine Funktion der Luft pro Zylinder (APC), der Zündfunkenvorverstellung (S), der Einlass-Nockenphasenstellerposition (I), der Auslass-Nockenphasenstellerposition (E), des Luft/Kraftstoffverhältnisses (AF), der Öltemperatur (OT) und der Anzahl der aktivierten Zylinder (#) ist. Zusätzliche Variablen können berücksichtigt werden, wie z. B. der Öffnungsgrad eines Abgasrückführungsventils (AGR-Ventils).
Diese Beziehung kann durch eine Gleichung modelliert und/oder als eine Nachschlagetabelle gespeichert werden. Das Drehmomentschätzmodul 224 kann die APC basierend auf dem gemessenen MAF und der gegenwär tigen RPM ermitteln, wodurch eine Luftregelung basierend auf einer Ist-Luftströmung ermöglicht wird. Die Einlass- und Auslass-Nockenphasenstellerpositionen können auf Ist-Positionen basieren, wenn sich die Phasensteller zu den Soll-Positionen bewegen können.
Während die Ist-Zündfunkenvorverstellung verwendet werden kann, um das Drehmoment zu schätzen, kann das geschätzte Drehmoment als ein geschätztes Luftdrehmoment bezeichnet werden, wenn ein kalibrierter Zündfunkenvorverstellungswert verwendet wird, um das Drehmoment zu schätzen. Das geschätzte Luftdrehmoment ist eine Schätzung, wie viel Drehmoment der Motor bei der gegenwärtigen Luftströmung erzeugen könnte, wenn die Zündfunkenverstellung nach spät aufgehoben werden würde (d. h. die Zündfunkenvorverstellung auf den kalibrierten Zündfunkenvorverstellungswert eingestellt werden würde).
Das Luftsteuermodul 218 kann ein Soll-Krümmerabsolutdrucksignal (Soll-MAP-Signal) erzeugen, das an ein Ladedruck-Zeitplanungsmodul 222 ausgegeben wird. Das Ladedruck-Zeitplanungsmodul 222 verwendet das Soll-MAP-Signal, um das Ladedruck-Aktuatormodul 164 zu steuern. Das Ladedruck-Aktuatormodul 164 steuert dann einen oder mehrere Turbolader (z. B. den Turbolader 160) und/oder Turbokompressoren.
Das Luftsteuermodul 218 kann ein Soll-Flächensignal erzeugen, welches an das Drosselaktuatormodul 112 ausgegeben wird. Das Drosselaktuatormodul 112 regelt dann das Drosselventil 114, um die Soll-Drosselfläche zu erzeugen. Das Luftsteuermodul 218 kann das Soll-Flächensignal basierend auf einem inversen Drehmomentmodell und der Luftdrehmomentanforderung erzeugen. Das Luftsteuermodul 218 kann das geschätzte Drehmoment und/oder das MAF-Signal verwenden, um eine Regelung auszuführen. Beispielsweise kann das Soll-Flächensignal gesteuert werden, um eine Differenz zwischen dem geschätzten Luftdrehmoment und der Luftdrehmomentanforderung zu minimieren.
Das Luftsteuermodul 218 kann auch ein Signal für eine Soll-Luft pro Zylinder (Soll-APC-Signal) erzeugen, welches an ein Phasensteller-Zeitplanungsmodul 220 ausgegeben wird. Basierend auf dem Soll-APC-Signal und dem RPM-Signal, kann das Phasensteller-Zeitplanungsmodul 220 die Positionen des Einlass- und/oder Auslass-Nockenphasenstellers 148 und 150 mittels des Phasensteller-Aktuatormoduls 158 steuern.
Wieder auf das Zündfunkensteuermodul 226 Bezug nehmend, können die Zündfunkenvorverstellungswerte bei verschiedenen Motorbetriebsbedingungen kalibriert werden. Lediglich beispielhaft kann eine Drehmomentbeziehung invertiert werden, um diese nach der Soll-Zündfunkenvorverstellung aufzulösen. Für eine gegebene Drehmomentanforderung (T_des) kann die Soll-Zündfunkenvorverstellung (S_des) gemäß der folgenden Beziehung (Gleichung 2) ermittelt werden: Sdes = T–1(Tdes, APC, I, E, AF, OT, #). (2)
Diese Beziehung kann durch eine Gleichung und/oder durch eine Nachschlagetabelle verkörpert werden. Das Luft/Kraftstoffverhältnis (AF) kann das Ist-Verhältnis sein, wie es von dem Kraftstoffsteuermodul 228 angegeben wird.
Wenn die Zündfunkenvorverstellung auf die kalibrierte Zündfunkenvorverstellung eingestellt wird, kann das resultierende Drehmoment so nahe wie möglich bei einem mittleren Bestdrehmoment (MBT) liegen. Wie hierin verwendet, bezieht sich das MBT auf das maximale Drehmoment, das für eine gegebene Luftströmung erzeugt werden kann, wenn die Zündfunkenvorverstellung erhöht wird, während Kraftstoff mit einer Oktanzahl größer als ein vorbestimmter Schwellenwert verwendet wird. Die Zündfunkenvorverstellung, bei der dieses maximale Drehmoment auftritt, kann als ein MBT-Zündfunken bezeichnet werden. Die kalibrierte Zündfunkenvorverstellung kann sich von dem MBT-Zündfunken beispielsweise aufgrund der Kraftstoffqualität (wenn beispielsweise Kraftstoff mit geringerer Oktanzahl verwendet wird) und aufgrund von Umweltfaktoren unterscheiden. Das Drehmoment bei der kalibrierten Zündfunkenvorverstellung kann daher kleiner als das MBT sein.
Das Katalysatordiagnosemodul 106 empfängt die Drehmomentanforderung, die Zündfunkenanforderung und die angeforderte RPM von dem Katalysatormodul 213 zusammen mit einem oder mehreren Signalen, welche die RPM und den MAF umfassen, ohne auf diese beschränkt zu sein. Basierend auf dem angeforderten Drehmoment, der angeforderten Zündfunkenzeit, die angeforderten RPM, dem MAF und anderen empfangenen Signalen erzeugt das Katalysatordiagnosemodul 106 ein Diagnosesignal (”DIAGNOSEEREGBNIS”). Das Diagnosesignal kann angeben, ob der Motor 102 unter Ziel-Betriebsbedingungen arbeitet und ob die Emissionen die verwendbaren Standards erfüllen. Lediglich beispielhaft kann das Diagnosesignal Diagnoseinformation umfassen, wie beispielsweise einen Diagnose-Fehlercode (DTC) und einen entsprechenden Diagnosezustand des DTC. Das Katalysatordiagnosemodul 106 kann den DTC und den entsprechenden Diagnosezustand in einem Speicher 232 speichern, wie es gezeigt ist.
Unter besonderer Bezugnahme auf 3 ist ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Katalysatordiagnosesystems 250 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Das Katalysatordiagnosesys tem 250 kann ein beispielhaftes CSED-Diagnoseverfahren ausführen, wie es unten in weiterem Detail diskutiert wird. Das beispielhafte Katalysatordiagnosemodul 106 umfasst ein Berechnungsmodul 252 für eine erwartete Motorausgangsenergie und ein Modul 254 für eine geschätzte Motorausgangsenergie. Das Katalysatordiagnosemodul 106 umfasst ferner ein Energierestmodul 256 und ein Energieevaluierungsmodul 258. Die Module 252–258 arbeiten zusammen, um das Diagnosesignal, DIAGNOSEERGEBNIS, zu erzeugen.
Das Berechnungsmodul 252 für die erwartete Motorausgangsenergie ermittelt periodisch eine erwartete Motorausgangs-Wärmeenergie (”ExpEnergy”) des Abgases und gibt ExpEngery an das Energierestmodul 256 aus. Ein Motorausgangs-Energiedurchsatz (Ė) kann allgemein durch die Formel repräsentiert werden (Gleichung 3): Ė = [f1(rpm)·n·f2(engine torque)]·[f3(spark timing)] (3)wobei f1(rpm) eine Funktion der Motordrehzahl repräsentiert, n die Anzahl der Zylinder ist (z. B. der Zylinder 118), f2(engine torque) eine Funktion des Motordrehmoments repräsentiert und f3(spark timing) eine Funktion der Motor-Zündfunkenzeit repräsentiert.
Die Funktion der Motordrehzahl und die Funktion des Motordrehmoments können verwendet werden, um eine Motorausgangs-Luftmassendurchsatzrate in Einheiten von Gramm (g) pro Sekunde (s) zu ermitteln. Die Motorausgangs-Luftmassendurchsatzrate kann ein Wert für eine Luftdurchsatzrate pro Zylinder (ein APC-Wert) sein. Die Funktion der Zündungszeit kann verwendet werden, um ein Wärmeenergiepotential (TEP) des Abgases in Einheiten von Joule (J) pro Gramm (g) zu berechnen. Das Produkt der Luftmassendurchsatzrate des Motorabgases und des Wärmeenergiepotentials des Motorabgases kann verwendet werden, um eine Energiedurchsatzrate in Einheiten von Joule (J) pro Sekunde (s) zu ermitteln. Folglich kann die Motorausgangsenergie (Ė) auch durch die folgenden Formeln repräsentiert werden (Gleichungen 4 und 5): Ė = [f1(mass air flow)]·[f2(energy potential)] (4) Ė = [f1(rpm)·n·f2(APC)]·[f3(energy potential)] (5)
Dementsprechend kann das Berechnungsmodul 252 für die erwartete Motorausgangsenergie ExpEnergy basierend auf einer berechneten APC (APCcalc) ermitteln. Gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung berechnet das Berechnungsmodul 252 für die erwartete Motorausgangsenergie APCcalc basierend auf der Drehmomentanforderung (T_req), der Zündfunkenanforderung (S_req) und der angeforderten RPM (RPM_req), die von dem Katalysatormodul 213 ausgegeben werden, und verschiedenen Aktuatorpositionen unter Verwendung eines inversen Drehmomentmodells. Das Berechnungsmodul 252 für die erwartete Motorausgangsenergie kann das angeforderte Drehmoment T_req, die angeforderte Zündfunkenzeit S_req und die angeforderte RPM, RPM_req, von dem Katalysatormodul 213 empfangen, wie es gezeigt ist. Das inverse Drehmomentmodell kann durch die folgende allgemeine Gleichung repräsentiert werden (Gleichung 6): APCcalc = Tapc –1(Treq, Sreq, RPM, I, E, AF, OT, #). (6)
Das Berechnungsmodul 252 für die erwartete Motorausgangsenergie kann APCcalc unter Verwendung des folgenden Drehmomentmodells zweiter Ordnung mit sieben Termen ermitteln (Gleichung 7): Tb = KA2·A2 + KA·A + KAS·A·Sb + KAS2·A·Sb 2 + KS·Sb + KS2·Sb 2 + KR, (7)wobei T_b ein gebundener Drehmomentwert basierend auf dem angeforderten Drehmoment T_req ist, A gleich APCcalc ist und S_b ein gebundener Zündfunkenwert basierend auf der angeforderten Zündfunkenzeit S_req ist. K_A, K_AS, K_AS2, K_S, K_S2 und K_R sind APC-Drehmomentempfindlichkeitskonstanten (APC-k-Werte). Die APC-k-Werte können vorbestimmte Werte sein, die auf Aktuatorpositionen (d. h. Werten) basieren können, wie beispielsweise der Motordrehzahl (RPM), der Zündfunkenvorverstellung (S), dem Einlass-Nockenphasenstellerwinkel (I) und dem Auslass-Nockenphasenstellerwinkel (E), dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis (AF), der Öltemperatur (OT) und der Anzahl von Zylindern (#), die gegenwärtig mit Kraftstoff versorgt werden, ohne auf diese beschränkt zu sein. Für die Zündfunkenvorverstellung (S) und die Motordrehzahl (RPM) können APC-k-Werte auf der angeforderten Zündfunkenzeit S_req bzw. der angeforderten RPM, RPM_req, basieren. Alternativ können die APC-k-Werte auf der Ist-Zündfunkenzeit und/oder der Ist-RPM basieren.
Die APC-k-Werte können skaliert werden, um die Einheitenbilanz in Gleichung 7 sicherzustellen. Die APC-k-Werte können in Speichertabellen in dem Speicher 232 gespeichert und basierend auf den Aktuatorpositionen für eine Verwendung in dem vorstehenden inversen Drehmomentmodell nachgeschlagen werden. Eine weitere Diskussion eines beispielhaften Steuersystems und -verfahrens zum Ermitteln eines APC-Werts gemäß einem Drehmomentmodell zweiter Ordnung nach Gleichung 7 ist in der US-Patentanmeldung Nr. 12/259,695 zu finden, die dem gleichen Rechtsinhaber gehört wie die vorliegende Anmeldung, am 28. Oktober 2008 eingereicht wurde und den Titel ”Inverse Torque Model Solution and Bounding” trägt, deren Offenbarung hierin in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme eingeschlossen ist.
Das Berechnungsmodul 252 für die erwartete Motorausgangsenergie kann die angeforderte Zündfunkenzeit von dem Katalysatormodul 213 empfangen und ein berechnetes TEP (TEPcalc) basierend auf der angeforderten Zündfunkenzeit ermitteln. Beispielsweise kann das Berechnungsmodul 252 für die erwartete Motorausgangsenergie TEPcalc in den Speichertabellen des Speichers 232 basierend auf der angeforderten Zündfunkenzeit nachschlagen. Die Tabellen können vorbestimmte Werte für das berechnete TEP enthalten, die aus einem empirischen Testen oder Modellieren des Motors 102 entwickelt werden.
Das Modul 254 für die geschätzte Motorausgangsenergie ermittelt periodisch eine geschätzte Ist-Wärmeenergie (”ActEnergy”) des Abgases und gibt ActEnergy an das Energierestmodul 256 aus. Genauer gesagt ermittelt das Modul 254 für die geschätzte Motorausgangsenergie ActEnergy gemäß Gleichung 4 basierend auf einem gemessenen MAF (MAFmeas) des Motors 102, der Ist-Zündfunkenzeit und einem geschätzten TEP (TEPest). Das Modul 254 für die geschätzte Motorausgangsenergie kann MAFmeas basierend auf dem MAF ermitteln, der von dem MAF-Sensor 180 angegeben wird. Alternativ kann das Modul 254 für die geschätzte Motorausgangsenergie MAFmeas basierend auf der IAT, dem MAP und der RPM ermitteln, die durch den IAT-Sensor 186, dem MAP-Sensor 184 bzw. dem EOS-Sensor 182 angegeben werden. Das Modul 254 für die geschätzte Motorausgangsenergie kann TEPest basierend auf der Ist-Zündfunkenzeit in den Tabellen nachschlagen, die in dem Speicher 232 gespeichert sind.
Das Energierestmodul 256 empfängt ExpEnergy und ActEnergy und ermittelt periodisch einen Wärmeenergierest (ResEnergy) basierend auf ExpEnergy und ActEnergy. Lediglich beispielhaft kann das Energierestmodul 256 ResEnergy ermitteln, indem eine Differenz zwischen ExpEnergy und ActEnergy berechnet wird. Das Energierestmodul 256 gibt ResEnergy an das Energieevaluierungsmodul 258 aus.
Das Energieevaluierungsmodul 258 empfängt ResEnergy und erzeugt periodisch das DIAGNOSEERGEBNIS-Signal. Das Energieevaluierungsmodul 258 kann das DIAGNOSEERGEBNIS-Signal erzeugen, um den Diagnosezustand des DTC entsprechend der CSED-Diagnose zu aktualisieren. Der Diagnosezustand des DTC kann einmal pro Fahrzeugfahrt (d. h. Schlüsselzyklus) aktualisiert werden. Das Energieevaluierungsmodul 258 kann während einer Diagnosedauer eine vorbestimmte Anzahl (R) von ResEnergy-Werten sammeln und einen mittleren Energierest (AVEResEnergy) für die Diagnosedauer berechnen. Das Energieevaluierungsmodul 258 kann das DIAGNOSEERGEBNIS-Signal bei einer Beendigung der Diagnosedauer erzeugen. Das Energieevaluierungsmodul 258 kann das DIAGNOSEERGEBNIS-Signal basierend auf einem Vergleich von AVEResEnergy und einem vorbestimmten Energiebereich erzeugen, der durch einen unteren und einen oberen Energieschwellenwert definiert ist.
Dem vorbestimmten Energiebereich kann entsprechen, dass der katalytische Wandler 136 in dem Ziel-Temperaturbereich arbeitet. Der untere Energieschwellenwert kann kleiner als der obere Energieschwellenwert sein, und er kann ein kalibrierter Wert sein, der ein zu geringes Aufheizen des katalytischen Wandlers 136 angibt. Der obere Energieschwellenwert kann ein kalibrierter Wert sein, der ein Überhitzen des katalytischen Wandlers angibt. Das Energieevaluierungsmodul 258 kann DIAGNOSEERGEBNIS erzeugen, um ein Problem anzuzeigen, wenn AVEResEnergy größer als der obere Energieschwellenwert oder diesem gleich ist oder kleiner als der untere Energieschwellenwert oder diesem gleich ist. Der obere und der untere Energieschwellenwert können in dem Speicher 232 gespeichert werden.
Auf die vorstehende Weise erzeugt das Katalysatordiagnosesystem 250 das CSED-Diagnoseergebnis für das drehmomentbasierte Motorsteuersystem 200. Das Katalysatordiagnosesystem 250 erzeugt das Diagnoseergebnis basierend auf einem Wärmeenergierest des Abgases. Der Wärmeenergierest wird basierend auf einer berechneten APC und einem Ist-MAF des Motors 102 ermittelt. Das Katalysatordiagnosesystem 250 implementiert ein inverses Drehmomentmodell und berechnet die berechnete APC gemäß dem inversen Drehmomentmodell basierend auf einem Motordrehmoment und einer Zündfunkenzeit, die angefordert werden, um eine Soll-Wärmeenergie des Abgases zu erzeugen. Das Katalysatordiagnosesystem 250 umfasst einen MAF-Sensor, der den Ist-MAF des Motors 102 misst.
Unter besonderer Bezugnahme auf 4 ist ein beispielhaftes CSED-Diagnosesteuerverfahren 300 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Das Verfahren 300 verbessert die Korrelation zwischen einem berechneten Wärmeenergierest des Abgases und den geschätzten Emissionen. Das Verfahren 300 kann während Zeitdauern ausgeführt werden, die auf einen Kaltstart eines Motors (z. B. des Motors 102) folgen, um zu ermitteln, ob der Motor bei Ziel-Betriebsbedingungen arbeitet, die erforderlich sind, um einen katalytischen Wandler bis in einen Ziel-Betriebstemperaturbereich aufzuheizen. Das Verfahren 300 kann mit den verschiedenen Modulen des Motorsystems 100 implementiert werden, die in 1 bis 3 gezeigt und hierin zuvor beschrieben sind. Der Einfachheit halber wird das Steuerverfahren unter Bezugnahme auf die Steuerparameter beschrieben, die hierin zuvor diskutiert wurden.
Die Steuerung unter dem Verfahren 300 beginnt bei Schritt 310, bei dem die Steuerung ermittelt, ob Einschaltbedingungen erfüllt sind. Im Allgemeinen können die Einschaltbedingungen erfüllt sein, wenn es keine aktiven Fehler gibt, die verhindern werden, dass das Verfahren 300 ein zuverlässiges Diagnoseergebnis erzeugt. Aktive Fehler, welche die Zuverlässigkeit des Diagnoseergebnisses nachteilig beeinflussen können, umfassen einen MAF-Sensorfehler, einen EOS-Sensorfehler, einen Drosselfehler, einen Fehler des Kraftstoff-Einspritzungssystems, einen Zündfunken-Spulenfehler, einen Motor-Fehlzündungsfehler und einen Fehler der Leerlaufdrehzahlsteuerung, ohne auf diese beschränkt zu sein. Andere Fehler können ebenso in Betracht gezogen werden. Zusätzlich werden die Einschaltbedingungen im Allgemeinen erfüllt sein, wenn ein Katalysator-Anspringprozess und/oder ein Steuerprozess für Kaltstartemissionen aktiv ist. Die Einschaltbedingungen können auch erfüllt sein, wenn Motor-Leerlaufbedingungen erfüllt sind und die Motorlaufzeit kleiner als ein kalibrierter Wert ist. Wenn die Einschaltbedingungen erfüllt sind, fährt die Steuerung bei Schritt 320 fort, ansonsten wird die Steuerung zurückgeführt, wie es gezeigt ist.
Bei Schritt 320 ermittelt die Steuerung periodisch eine erwartete Wärmeenergie (ExpEnergy) basierend auf einer angeforderten Motordrehzahl, der Anzahl von Zylindern, einer berechneten APC (APCcalc) und einem berechneten TEP (TEPcalc). Die Steuerung kann ExpEnergy basierend auf APCcalc unter Verwendung von Gleichung 5 ermitteln, wie es hierin zuvor beschrieben wurde. Die Steuerung ermittelt APCcalc basierend auf einem angeforderten Drehmoment unter Verwendung eines inversen Drehmomentmodells, wie beispielsweise des inversen Drehmomentmodells von Gleichung 6 und 7. Die Steuerung kann ferner APCcalc basierend auf einer angeforderten Zündfunkenzeit ermitteln. Das angeforderte Drehmoment kann einem Motordrehmoment und einer Motordrehzahl entsprechen (d. h. einer angeforderten Motordrehzahl), bei denen die Soll-Wärmeenergie des Abgases erzeugt werden kann. Der angeforderte Zündfunken kann einer Zündfunkenzeit entsprechen, bei dem die Soll- Wärmeenergie des Abgases bei dem angeforderten Drehmoment erzeugt werden kann.
Beispielsweise sind unter besonderer Bezugnahme auf 5 beispielhafte Steuerschritte zum Ermitteln von ExpEnergy gezeigt. Bei Schritt 322 ermittelt die Steuerung APCcalc basierend auf dem angeforderten Drehmoment, der angeforderten Zündfunkenzeit und der angeforderten Motordrehzahl unter Verwendung des inversen Drehmomentmodells von Gleichung 6 und 7, wie es hierin zuvor beschrieben wurde. Bei Schritt 324 ermittelt die Steuerung einen berechneten Luftmassendurchsatz des Motors (MAFcalc) basierend auf APCcalc, der Anzahl der Zxylinder (n) und der angeforderten Motordrehzahl (RPM_req). Die Steuerung ermittelt MAFcalc als ein Produkt aus APCcalc, n und RPM_req. Bei Schritt 326 ermittelt die Steuerung ein berechnetes Wärmeenergiepotential (TEPcalc) des Abgases basieren auf dem angeforderten Zündfunkenzeit. Die Steuerung kann TEPcalc ermitteln, in dem TEPcalc basierend auf der angeforderten Zündfunkenzeit in Tabellen nachgeschlagen wird, die in einem Speicher gespeichert sind. Bei Schritt 328 berechnet die Steuerung ExpEnergy als ein Produkt aus MAFcalc und TEPcalc, wobei die Steuerung in Schritt 320 endet.
Wieder auf 4 Bezug nehmend, fährt die Steuerung bei Schritt 330 fort, bei dem die Steuerung eine geschätzte Ist-Wärmeenergie (ActEnergy) des Abgases basierend auf einem gemessenen MAF (MAFmeas) der in den Motor eintretenden Luft und einem geschätzten TEP (TEPest) des aus den Motor austretenden Gases periodisch ermittelt. Beispielsweise sind unterer Bezugnahme auf 6 beispielhafte Schritte zum Ermitteln von ActEnergy gezeigt. Bei Schritt 332 ermittelt die Steuerung MAFmeas, indem ein Ist-MAF des Motors gemessen wird. Bei Schritt 334 ermittelt die Steuerung TEPest basierend auf einer Ist-Zündfunkenzeit. Lediglich beispiel haft ermittelt die Steuerung TEPest, in dem TEPest basierend auf der Ist-Zündfunkenzeit in Tabellen nachgeschlagen wird, die in einem Speicher gespeichert sind. Bei Schritt 336 ermittelt die Steuerung ActEnergy als ein Produkt aus MAFmeas und TEPest, wobei die Steuerung bei Schritt 330 endet. Lediglich beispielhaft kann die Steuerung ActEnergy gemäß Gleichung 4 ermitteln, wie zuvor beschrieben wurde.
Wieder auf 4 Bezug nehmend, fährt die Steuerung bei Schritt 340 fort, bei dem die Steuerung einen Wärmeenergierest (ResEnergy) basierend auf ExpEnergy und ActEnergy ermittelt. Lediglich beispielhaft kann die Steuerung während einer Diagnosedauer eine vorbestimmte Anzahl (R) von ResEnergy-Werten periodisch ermitteln. Die Steuerung kann jeden ResEnergy-Wert als eine Differenz zwischen gegenwärtigen Werten von ExpEnergy und ActEnergy ermitteln.
Bei Schritt 350 sammelt die Steuerung die Restenergiewerte (d. h. die ResEnergy-Werte), die bei Schritt 340 während der Diagnosedauer ermittelt wurden. Die Steuerung kann die Restenergiewerte für ein Abrufen in einem nachfolgenden Steuerschritt in einem Speicher speichern. Bei Schritt 360 ermittelt die Steuerung einen mittleren Energierest (AVEResEnergy). Die Steuerung kann AVEResEnergy ermitteln, nachdem bei Schritt 350 die vorbestimmte Anzahl (R) von Restenergiewerten gesammelt wurden. Lediglich beispielhaft kann die Steuerung AVEResEnergy ermitteln, wenn ein Zähler, der die Anzahl der Energierestwerte zählt, eine vorbestimmte Anzahl (R) erreicht. Die vorbestimmte Anzahl (R) kann einer gewünschten statistischen Konfidenz für AVEResEnergy entsprechen. Der Zähler kann auch eine Steuerungsdauer zwischen aufeinanderfolgenden Berechnungen der Energierestwerte bei Schritt 340 berücksichtigen. Alternativ kann die Steuerung AVEResEnergy ermitteln, wenn ein Timer, der eine Dauer ermittelt, seit der die Einschaltbedingungen bei Schritt 310 erfüllt wurden, einen vorbestimmten Timerwert erreicht. Der Timerwert kann der Diagnosedauer entsprechen. Lediglich beispielhaft kann der Timerwert bei ungefähr zehn bis zwölf Sekunden liegen.
Bei Schritt 370 erzeugt die Steuerung ein Diagnosetestergebnis für die Diagnosedauer basierend auf einem Vergleich von AVEResEnergy und einen vorbestimmten Energiebereich, der durch einen unteren und einen oberen Energieschwellenwert definiert ist. Lediglich beispielhaft kann die Steuerung den Diagnosetest nicht bestehen, wenn AVEResEnergy kleiner als der untere Energieschwellenwert oder diesem gleich ist oder größer als der obere Energieschwellenwert oder diesem gleich ist. Alternativ kann die Steuerung den Diagnosetest bestehen, wenn AVEResEnergy innerhalb des vorbestimmten Energiebereichs liegt. Die Steuerung unter dem Verfahren 300 endet bei Schritt 370.
Auf die vorstehende Weise erzeugt das Verfahren 300 das CSED-Diagnoseergebnis für ein drehmomentbasiertes Motorsteuersystem basierend auf einem Wärmeenergierest des Abgases. Das Verfahren 300 ermittelt den Wärmeenergierest basierend auf einer berechneten APC und einem gemessenen MAF. Das Verfahren 300 berechnet den berechneten APC unter Verwendung eines inversen Drehmomentmodells basierend auf einem Motordrehmoment und einer Zündfunkenzeit, die angefordert werden, um eine Soll-Wärmeenergie des Abgases zu erzeugen. Der gemessene MAF basiert auf einem gemessenen Ist-MAF des Motors.
Das Verfahren 300 verbessert die Zuverlässigkeit des CSED-Diagnoseergebnisses, indem die Korrelation zwischen dem Wärmeenergierest, der gemäß den Verfahren berechnet wird, und den geschätzten Emissionen verbessert wird. Das Verfahren 300 verbessert die Zuverlässigkeit des CSED-Diagnoseergebnisses auch, indem die Separierung zwischen dem Wärmeenergierest, der für ein normales System berechnet wird, und dem unteren und oberen Energieschwellenwert verbessert wird, die dem gemäß der Bestleistung nicht akzeptierbaren System entsprechen.
Die breiten Lehren der Offenbarung können in einer Vielzahl von Formen implementiert werden. Während diese Offenbarung spezielle Beispiele aufweist, soll der wahre Umfang der Offenbarung daher nicht auf diese beschränkt sein, da andere Modifikationen für den erfahrenen Praktiker anhand eines Studiums der Zeichnungen, der Beschreibung und der nachfolgenden Ansprüche offensichtlich werden.

Claims

Steuersystem für einen Motor mit einem katalytischen Wandler, wobei das Steuersystem umfasst: ein Energieberechnungsmodul, das einen berechneten Luftmassendurchsatz (MAF) einer Einlassluft des Motors basierend auf einem angeforderten Drehmoment und einer angeforderten Zündfunkenzeit berechnet, die einer Soll-Wärmeenergie eines Abgases des Motors entsprechen, und das eine erwartete Wärmeenergie des Abgases basierend auf dem berechneten MAF ermittelt; und ein Energierestmodul, das einen Wärmeenergierest des Abgases basierend auf der erwarteten Wärmeenergie und einer geschätzten Wärmeenergie des Abgases ermittelt, wobei die geschätzte Wärmeenergie auf einem gemessenen MAF der Einlassluft basiert.
Steuersystem nach Anspruch 1, wobei das Energieberechnungsmodul den berechneten MAF basierend auf einem Quadrat der angeforderten Zündfunkenzeit berechnet, und/oder wobei der berechnete MAF ein Wert für die Luft pro Zylinder ist.
Steuersystem nach Anspruch 1, das ferner ein Energieevaluierungsmodul umfasst, das ein Diagnoseergebnis basierend auf einem Vergleich des Wärmeenergierests und eines vorbestimmten Energiebereichs ermittelt, wobei das Di agnoseergebnis angibt, ob der katalytische Wandler in einem Ziel-Temperaturbereich arbeitet; und wobei insbesondere der vorbestimmte Energiebereich eine erste Schwellenwertenergie umfasst, die kleiner als eine zweite Schwellenwertenergie ist, wobei die erste Schwellenwertenergie ein zu geringes Aufheizen des katalytischen Wandlers angibt und die zweite Schwellenwertenergie ein Überhitzen des katalytischen Wandlers angibt.
Steuersystem nach Anspruch 3, wobei: das Energierestmodul während einer Diagnosedauer periodisch mehrere Wärmeenergiereste ermittelt, das Energieevaluierungsmodul das Diagnoseergebnis ermittelt, nachdem das Energieevaluierungsmodul eine vorbestimmte Anzahl (R) der Wärmeenergiereste ermittelt hat, wobei R eine ganze Zahl größer als Eins ist, und das Energieevaluierungsmodul das Diagnoseergebnis basierend auf einem Vergleich eines Mittelwerts der R Wärmeenergiereste und des vorbestimmten Energiebereichs ermittelt.
Steuersystem nach Anspruch 3, wobei: das Energierestmodul während einer vorbestimmten Diagnosedauer mehrere Wärmeenergiereste ermittelt, und wobei das Energieevaluierungsmodul das Diagnoseergebnis nach der vorbestimmten Diagnosedauer basierend auf einem Vergleich eines Mittelwerts der mehreren Wärmeenergiereste und des vorbestimmten Energiebereichs ermittelt.
Verfahren zum Ermitteln eines Wärmeenergierestes eines Abgases eines Motors, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein Ist-Luftmassendurchsatz (Ist-MAF) einer Einlassluft des Motors gemessen wird; ein berechneter MAF der Einlassluft basierend auf einem angeforderten Drehmoment und einer angeforderten Zündfunkenzeit berechnet wird, die einer Soll-Wärmeenergie des Abgases entsprechen; und der Wärmeenergierest basierend auf einer erwarteten Wärmeenergie des Abgases und einer geschätzten Wärmeenergie des Abgases ermittelt wird, wobei die erwartete Wärmeenergie auf dem berechneten MAF basiert und die geschätzte Wärmeenergie auf dem Ist-MAF basiert.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Berechnen des berechneten MAF umfasst, dass der berechnete MAF basierend auf einem Quadrat der angeforderten Zündfunkenzeit berechnet wird, und/oder wobei der berechnete MAF ein Wert für die Luft pro Zylinder ist.
Diagnoseverfahren für einen Motor mit einem katalytischen Wandler, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein Ist-Luftmassendurchsatz (MAF) einer Einlassluft des Motors gemessen wird; ein berechneter MAF der Einlassluft des Motors basierend auf einem angeforderten Drehmoment und einer angeforderten Zündfunkenzeit berechnet wird, die einer Soll-Wärmeenergie eines Abgases des Motors entsprechen; ein Wärmeenergierest des Abgases basierend auf einer erwarteten Wärmeenergie des Abgases und einer geschätzten Wärmeenergie des Abgases ermittelt wird, wobei die erwartete Wärmeenergie auf dem berechneten MAF basiert und die geschätzte Wärmeenergie auf dem Ist-MAF basiert; und ein Diagnoseergebnis ermittelt wird, indem der Wärmeenergierest und ein vorbestimmter Energiebereich verglichen werden, wobei das Diagnoseergebnis angibt, ob der katalytische Wandler in einem Ziel-Temperaturbereich arbeitet.
Diagnoseverfahren nach Anspruch 8, wobei der vorbestimmte Energiebereich eine erste Schwellenwertenergie umfasst, die kleiner als eine zweite Schwellenwertenergie ist, wobei die erste Schwellenwertenergie ein zu geringes Aufheizen des katalytischen Wandlers angibt und die zweite Schwellenwertenergie ein Überhitzen des katalytischen Wandlers angibt.
Diagnoseverfahren nach Anspruch 8, das ferner umfasst, dass während einer Diagnosedauer eine vorbestimmte Anzahl (R) der Wärmeenergiereste ermittelt wird, wobei R eine ganze Zahl größer als Eins ist, wobei das Ermitteln des Diagnoseergebnisses ausgeführt wird, nachdem die R Wärmeenergiereste ermittelt wurden, indem ein Mittelwert der R Wärmeenergiereste und der vorbestimmte Energiebereich verglichen werden.
Diagnoseverfahren nach Anspruch 8, das ferner umfasst, dass während einer vorbestimmten Diagnosedauer mehrere Wärmeenergiereste ermittelt werden, wobei das Ermitteln des Diagnoseergebnisses nach der Diagnosedauer ausgeführt wird, indem ein Mittelwert der mehreren Wärmeenergiereste und der vorbestimmte Energiebereich verglichen werden.