DE102010012082A1

DE102010012082A1 - Funktionsdiagnose eines Nach-Sauerstoffsensors mit minimaler Luftströmung

Info

Publication number: DE102010012082A1
Application number: DE102010012082A
Authority: DE
Inventors: Igor Walled Lake Anilovich; Jeffry A. Oxford Helmick; Richard B. Haslett Jess; John W. Novi Siekkinen; Christopher E. Highland Whitney; Robert C. jr. Brighton Simon
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2010-03-19
Publication date: 2010-11-11
Anticipated expiration: 2030-03-20
Also published as: CN101900049B; CN101900049A; US20100242933A1; DE102010012082B4; US8086392B2

Abstract

Ein Maschinensteuersystem umfasst ein Sauerstoff-(O₂)-Sensordiagnosemodul, das einen O₂-Sensor diagnostiziert und eine minimale Luft pro Zylinder (APC) anfordert. Ein Drosselaktuatormodul steuert eine Drossel, um einen Luftmassenstrom auf Grundlage der minimalen APC einzustellen.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Diagnosen der Leistungsfähigkeit bzw. Funktion eines Nach-Wandler-Sauerstoffsensors.
HINTERGRUND
Die hier vorgesehene Hintergrundbeschreibung dient dem Zweck der allgemeinen Darstellung des Kontextes der Offenbarung. Arbeit der derzeit bezeichneten Erfinder in dem Maße, in dem sie in diesem Hintergrundabschnitt beschrieben ist, wie auch Aspekte der Beschreibung, die sich zum Zeitpunkt der Einreichung nicht anderweitig als Stand der Technik qualifizieren können, sind weder ausdrücklich noch implizit als Stand der Technik gegenüber der vorliegenden Offenbarung zulässig.
Ein Abgassystem umfasst einen katalytischen Wandler und Sauerstoff-(O₂)-Sensoren. Ein Vor-Wandler-O₂-Sensor misst O₂, der in den katalytischen Wandler eintritt. Ein Nach-Wandler-O₂-Sensor misst den O₂, der den katalytischen Wandler verlässt. Die O₂-Sensoren können diagnostiziert werden, um zu bestimmen, ob die genommenen Messungen zuverlässig sind.
Der Nach-Wandler-O₂-Sensor erzeugt ein Spannungsausgangssignal auf Grundlage von Sensormessungen. Beispielsweise kann ein richtig funktionierender Nach-Wandler-O₂-Sensor ein relativ schnelles Ansprechen auf sich ändernde O₂-Werte besitzen. Umgekehrt kann ein fehlerhafter Nach-Wandler-O₂-Sensor ein relativ langsames Ansprechen besitzen. Eine Diagnose des Nach-Wandler-O₂-Sensors kann umfassen, dass das Spannungsausgangssignal überwacht wird und bestimmt wird, ob eine Ansprechzeit oberhalb und/oder unterhalb einer Schwelle liegt.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Maschinensteuersystem umfasst ein Sauerstoff-(O₂)-Sensordiagnosemodul, das einen O₂-Sensor diagnostiziert und eine minimale Luft pro Zylinder (APC; von engl.: ”air per cylinder”) anfordert. Ein Drosselaktuatormodul steuert eine Drossel, um einen Luftmassenstrom auf Grundlage der minimalen APC einzustellen. Bei weiteren Merkmalen fordert das O₂-Sensordiagnosemodul einen Wechsel von Mager zu Fett an und fordert während des Wechsels von Mager zu Fett die minimale APC an.
Bei weiteren Merkmalen steuert das Drosselaktuatormodul die Drossel auf Grundlage der minimalen APC, wenn die minimale APC ein Maximum einer Mehrzahl von APC-Anforderungen ist. Bei noch weiteren Merkmalen setzt das Drosselaktuatormodul das Steuern der Drossel auf Grundlage der minimalen APC aus, wenn die minimale APC kleiner als zumindest eine einer Vielzahl von APC-Anforderungen ist.
Bei noch weiteren Merkmalen umfasst die minimale APC einen vorbestimmten Wert. Bei anderen Merkmalen fordert das O₂-Sensordiagnosemodul einen Wechsel von Fett zu Mager an und fordert während des Wechsels von Fett zu Mager die minimale APC an. Bei anderen Merkmalen fordert das O₂-Sensordiagnosemodul die minimale APC vor einer Diagnose des O₂-Sensors an.
Bei weiteren Merkmalen setzt das O₂-Sensordiagnosemodul die Anforderung der minimalen APC nach einer Diagnose des O₂-Sensors aus. Bei weiteren Merkmalen fordert das O₂-Sensordiagnosemodul die minimale APC während einer Diagnose des O₂-Sensors an. Bei weiteren Merkmalen setzt das O₂-Sensordiagnosemodul die Anforderung der minimalen APC nach einer Diagnose des O₂-Sensors aus.
Ein Verfahren zur Steuerung einer Maschine umfasst, dass eine minimale Luft pro Zylinder (APC) angefordert wird; eine Drossel gesteuert wird, um einen Luftmassenstrom auf Grundlage der minimalen APC einzustellen; und ein O₂-Sensor auf Grundlage der APC diagnostiziert wird. Bei weiteren Merkmalen umfasst das Verfahren ferner, dass ein Wechsel von Mager zu Fett angefordert wird, und die minimale APC während des Wechsels von Mager zu Fett angefordert wird.
Bei weiteren Merkmalen umfasst das Verfahren ferner, dass die Drossel auf Grundlage der minimalen APC gesteuert wird, wenn die minimale APC ein Maximum einer Mehrzahl von APC-Anforderungen ist. Bei noch weiteren Merkmalen umfasst das Verfahren ferner, dass das Steuern der Drossel auf Grundlage der minimalen APC ausgesetzt wird, wenn die minimale APC kleiner als zumindest eine einer Mehrzahl von APC-Anforderungen ist.
Bei noch weiteren Merkmalen umfasst die minimale APC einen vorbestimmten Wert. Bei noch weiteren Merkmalen umfasst das Verfahren ferner eine Anforderung eines Wechsels von Fett zu Mager und eine Anforderung der minimalen APC während des Wechsels von Fett zu Mager. Bei noch weiteren Merkmalen umfasst das Verfahren ferner die Anforderung der minimalen APC vor einer Diagnose des O₂-Sensors.
Bei weiteren Merkmalen umfasst das Verfahren ferner das Aussetzen der Anforderung der minimalen APC nach einer Diagnose des O₂-Sensors. Bei weiteren Merkmalen umfasst das Verfahren ferner die Anforderung der minimalen APC während einer Diagnose des O₂-Sensors. Bei weiteren Merkmalen umfasst das Verfahren ferner das Aussetzen der Anforderung der minimalen APC nach einer Diagnose des O₂-Sensors.
Weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden Offenbarung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung offensichtlich. Es sei zu verstehen, dass die detaillierte Beschreibung und spezifische Beispiele nur zu Zwecken der Veranschaulichung und nicht dazu bestimmt sind, den Schutzumfang der Offenbarung zu beschränken.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Offenbarung wird aus der detaillierten Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen besser verständlich, in welchen:
1 eine graphische Darstellung beispielhafter Sauerstoffsensorsignale gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung ist;
2 eine graphische Darstellung beispielhafter Ergebnisse eines Funktionsdiagnosetests eines Nach-Wandler-Sauerstoffsensors gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung ist;
3 ein Funktionsblockschaubild eines beispielhaften Maschinensystems gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung ist;
4 ein Funktionsblockschaubild eines beispielhaften Maschinensteuersystems gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung ist;
5 ein Funktionsblockschaubild einer beispielhaften Implementierung des Sauerstoffsensordiagnosemoduls von 4 gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung ist;
6 ein Funktionsblockschaubild einer beispielhaften Implementierung des Maschinendrehmomentsteuermoduls von 4 gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung ist; und
7 ein Flussdiagramm ist, das beispielhafte Schritte zeigt, die bei der Durchführung der Funktionsdiagnosen des Nach-Wandler-O₂-Sensors gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung ausgeführt werden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die Offenbarung, ihre Anwendung bzw. ihren Gebrauch zu beschränken. Zu Zwecken der Klarheit sind in den Zeichnungen dieselben Bezugszeichen dazu verwendet, ähnliche Elemente zu identifizieren. Der hier verwendete Ausdruck ”A, B und/oder C” sei derart zu interpretieren, dass ein logisches (A oder B oder C) unter Verwendung eines nicht exklusiven logischen ODER gemeint ist. Es sei zu verstehen, dass Schritte innerhalb eines Verfahrens in verschiedener Reihenfolge ohne Änderung der Grundsätze der vorliegenden Offenbarung ausgeführt werden können.
Der hier verwendete Begriff ”Modul” betrifft eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) und Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme ausführen, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
O₂-Sensoren (beispielsweise ein Vor-Wandler- und ein Nach-Wandler-O₂-Sensor) in einem Abgassystem können diagnostiziert werden, um zu bestimmen, ob O₂-Messungen zuverlässig sind. Der Nach-Wandler-O₂-Sensor ist an dem Auslass des katalytischen Wandlers angeordnet. Demgemäß kann eine Diagnose des Nach-Wandler-O₂-Sensors effektiver sein, wenn eine Luftströmung durch den katalytischen Wandler erhöht ist. Beispielsweise verringert der katalytische Wandler die für den Nach-Wandler-O₂-Sensor verfügbare O₂-Menge. Folglich besitzt der katalytische Wandler eine nachteilige Wirkung auf das Signalansprechen des Nach-Wandler-O₂-Sensors. Der Nach-Wandler-O₂-Sensor sieht ein schnelleres Signalansprechen (d. h. Ansprechzeit ist verringert) vor, wenn die Luftströmung zunimmt. Die vorliegende Offenbarung implementiert eine minimale Luftströmungsanforderung während der Diagnose des Nach-Wandler-O₂-Sensors.
Nun Bezug nehmend auf 1 ist eine graphische Darstellung beispielhafter Sauerstoffsensorsignale gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Ein Nach-Wandler-O₂-Sensor erzeugt ein Span nungsausgangssignal auf Grundlage des O₂-Gehaltes von Abgasen. Das Spannungsausgangssignal, das durch einen richtig funktionierenden Nach-Wandler-O₂-Sensor erzeugt wird, variiert auf Grundlage des O₂-Gehaltes des Abgases. Eine übliche Charakteristik eines fehlerhaften Nach-Wandler-O₂-Sensors ist ein träges oder schwerfälliges (d. h. langsames) Ansprechen. Beispielsweise ist mit einem fehlerhaften Nach-Wandler-O₂-Sensor eine erhöhte Zeitdauer erforderlich, damit das Spannungsausgangssignal von Fett nach Mager und/oder von Mager nach Fett wechselt.
Die Funktionsdiagnose des Nach-Wandler-O₂-Sensors (POPD) überwacht eine Funktion des Nach-Wandler-O₂-Sensors durch Berechnung einer integrierten Fläche (IA) oberhalb oder unterhalb des Spannungsausgangssignals während eines Wechsels von Fett nach Mager und/oder von Mager nach Fett. Wenn die Signalwechselgeschwindigkeit abnimmt, nimmt die IA zu. Die IA wird normalisiert und mit einer Schwellen-IA (IA_THR) verglichen, um zu bestimmen, ob sich das Signal bis zu einem Grad verschlechtert hat, bei dem der Nach-Wandler-O₂-Sensor gewartet oder ersetzt werden sollte.
Die IA wird zwischen der ersten bzw. zweiten Spannung V₁, V₂ und Zeiten t₁, t₂ berechnet, bei denen das Spannungsausgangssignal die jeweiligen Spannungen erreicht. Nur beispielhaft können V₁ und V₂ auf Grundlage einer vorbereitenden Datenanalyse der Mager- und Fett-Wechsel gewählt werden. Die Spannungen werden separat für die Wechsel von Fett nach Mager und von Mager nach Fett gewählt.
Das Ansprechen 100 eines richtig funktionierenden O₂-Sensors repräsentiert das Ansprechen eines richtig funktionierenden Nach-Wandler-O₂-Sensors während eines Wechsels von Mager nach Fett. Eine IA 102 wird auf Grundlage des Ansprechens 100 des richtig funktionierenden O₂-Sensors berechnet. Ein Ansprechen 104 eines fehlerhaften O₂-Sensors repräsentiert das Ansprechen eines fehlerhaften Nach-Wandler-O₂-Sensors während des Wechsels von Mager nach Fett. Eine IA 106 wird auf Grundlage des Ansprechens 104 des fehlerhaften O₂-Sensors berechnet. Durch Vergleichen jeder IA mit IA_THR kann eine Bestimmung darüber getroffen werden, ob der Nach-Wandler-O₂-Sensor fehlerhaft ist Nun Bezug nehmend auf 2 ist eine graphische Darstellung beispielhafter Testergebnisse der Funktionsdiagnose eines Nach-Wandler-O₂-Sensors gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Die vertikale Achse repräsentiert die Häufigkeit beobachteter Testergebnisse (statistische Dichtefunktion) in Prozent. Die horizontale Achse repräsentiert die IA nach Normalisierung. Das Diagramm zeigt beispielhafte Kurven für Diagnosetestergebnisse des Nach-Wandler-O₂-Sensors. Ein unakzeptabler Referenz-Sensor mit der besten Funktion (BPUS; von engl.: ”reference best performance unacceptable sensor”) repräsentiert den besten von nicht akzeptablen Sensoren.
Eine erste Diagnosekurve 200 repräsentiert Daten für eine beispielhafte richtig funktionierende Einheit, die mit einer erhöhten Luftströmung (d. h. Luftströmung oberhalb einer minimalen Luftströmung) diagnostiziert ist. Eine zweite Diagnosekurve 202 repräsentiert Daten für die beispielhafte richtig funktionierende Einheit, die ohne erhöhte Luftströmung diagnostiziert ist. Eine Referenz-Diagnosekurve 204 repräsentiert Daten für den BPUS, der mit erhöhter Luftströmung diagnostiziert ist. Die Glockenkurven sind in Bezug auf Luftströmung normalisiert und sind daher geändert. Die Glockenkurven werden horizontal verschoben, wenn die Luftströmung nimmt oder abnimmt.
Jede Kurve zeigt einen beispielhaften Bereich möglicher Werte für eine normalisierte IA in Bezug auf Luftströmung. Zum Beispiel liegen die möglichen Werte für die Referenz-Diagnosekurve 204 im Bereich von etwa 35 bis etwa 86. Die möglichen Werte für die erste Diagnosekurve 200 liegen im Bereich von 0 bis etwa 25, und die möglichen Werte für die zweite Diagnosekurve 202 liegen im Bereich von etwa 17 bis etwa 51. Der Graph zeigt die Häufigkeit beobachteter Testergebnisse für jede normalisierte IA. Beispielsweise zeigt die Referenz-Diagnosekurve 204, dass etwa 5,5% der Zeit die normalisierte IA etwa 58 beträgt.
Während der POPD wird die normalisierte IA mit möglichen Werten von der Referenz-Diagnosekurve 204 verglichen, um zu bestimmen, ob der Nach-Wandler-O₂-Sensor richtig arbeitet. Je mehr sich die IA-Werte von der Referenz-Diagnosekurve 204 unterscheiden, umso leichter ist es, Probleme mit dem Nach-Wandler-O₂-Sensor zu detektieren. Beispielsweise macht es eine Überschneidung zwischen zwei der Kurven möglich, dass für zwei Nach-Wandler-O₂-Sensoren dieselbe normalisierte IA berechnet wird. Demgemäß kann es schwieriger sein, zwischen den entsprechenden Nach-Wandler-O₂-Sensoren zu unterscheiden.
Beispielsweise überlappen sich die zweite Diagnosekurve 202 und die Referenz-Diagnosekurve 204. Das Überlappen der Kurven 202 und 204 zwischen etwa 35 bis etwa 51 auf der horizontalen Achse erhöht die Schwierigkeit bei der Bestimmung, ob der Nach-Wandler-O₂-Sensor richtig funktioniert oder nicht. Beispielsweise zeigt die Referenz-Diagnosekurve 204, dass es unwahrscheinlich, jedoch möglich ist, eine IA so niedrig wie etwa 35 zu haben. Ähnlicherweise zeigt die zweite Diagnosekurve 202, dass es unwahrscheinlich, jedoch möglich ist, eine IA so hoch wie ungefähr 51 zu haben. Auf Grundlage der zweiten Diagnosekurve 202 und der Referenz-Diagnosekurve 204 ist es gleichermaßen wahrscheinlich, eine IA von grob 43 zu haben. In dem Fall der überlappenden Fläche wäre es schwierig, zwischen einem richtig funktionierenden Nach-Wandler-O₂-Sensor und einem fehlerhaften Nach-Wandler-O₂-Sensor zu unterscheiden.
Umgekehrt existiert praktisch keine Überlappung zwischen der ersten Diagnosekurve 200 und der Referenz-Diagnosekurve 204. Demgemäß überlappen sich die möglichen normalisierten IAs der Kurven nicht und sind leicht unterscheidbar. Je weiter entfernt die Kurven voneinander sind, umso leichter wird es, zwischen einem richtig funktionierenden Nach-Wandler-O₂-Sensor und einem O₂, der fehlerhaft ist, zu unterscheiden. Beispielsweise beträgt die geringste normalisierte IA, die für die Referenz-Diagnosekurve 204 möglich ist, etwa 35, und die höchste mögliche normalisierte IA für die erste Diagnosekurve 200 beträgt etwa 25. Der Spalt zwischen den beiden Kurven 200 und 204 zeigt, dass es wesentlich leichter ist, zwischen einem richtig funktionierenden Nach-Wandler-O₂-Sensor und einem, der eine Fehlfunktion aufweist, zu unterscheiden.
Nun Bezug nehmend auf 3 ist ein Funktionsblockschaubild eines beispielhaften Maschinensystems 300 gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Das Maschinensystem 300 umfasst eine Maschine 302, die ein Luft/Kraftstoff-Gemisch verbrennt, um Antriebsdrehmoment für ein Fahrzeug auf Grundlage eines Fahrereingabemoduls 304 zu erzeugen. Während hier eine funkengezündete Benzinmaschine beschrieben ist, ist die vorliegende Offenbarung auf andere Typen von Drehmomenterzeugern anwendbar, die nicht auf Benzinmaschinen, Dieselmaschinen, Propanmaschinen und Hybridmaschinen beschränkt sind.
Luft wird in einen Einlasskrümmer 310 durch eine Drosselklappe 312 gezogen. Ein Maschinensteuermodul (ECM) 314 weist ein Drosselaktuatormodul 316 an, um ein Öffnen der Drosselklappe 312 zu regulieren und damit die Menge an Luft, die in den Einlasskrümmer 310 gezogen wird, zu steuern. Luft von dem Einlasskrümmer 310 wird in Zylinder der Maschine 302 gezogen. Während die Maschine 302 mehrere Zylinder aufweisen kann, ist zur Veranschaulichungszwecken ein einzelner repräsentativer Zylinder 318 gezeigt. Nur beispielhaft kann die Maschine 302 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 und/oder 12 Zylinder aufweisen. Das ECM 314 kann ein Zylinderaktuatormodul 320 anweisen, selektiv einige der Zylinder zur Verbesserung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit abzuschalten.
Luft von dem Einlasskrümmer 310 wird in den Zylinder 318 durch ein Einlassventil 322 gezogen. Das ECM 314 steuert die Menge an Kraftstoff, die durch ein Kraftstoffeinspritzsystem 324 eingespritzt wird. Das Kraftstoffeinspritzsystem 324 kann Kraftstoff in den Einlasskrümmer 310 an einer zentralen Stelle einspritzen oder kann Kraftstoff in den Einlasskrümmer 310 an mehreren Stellen einspritzen, wie nahe dem Einlassventil von jedem der Zylinder. Alternativ dazu kann das Kraftstoffeinspritzsystem 324 Kraftstoff direkt in die Zylinder einspritzen.
Der eingespritzte Kraftstoff mischt sich mit der Luft und erzeugt das Luft/Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder 318. Ein Kolben (nicht gezeigt) in dem Zylinder 318 komprimiert das Luft/Kraftstoff-Gemisch. Auf Grundlage eines Signals von dem ECM 314 erregt ein Zündfunkenaktuatormodul 326 eine Zündkerze 328 in dem Zylinder 318, die das Luft/Kraftstoff-Gemisch zündet. Die zeitliche Einstellung des Zündfunkens kann relativ zu der Zeit spezifiziert sein, wenn sich der Kolben an seiner obersten Position befindet, die als oberer Totpunkt (OT) bezeichnet ist, demjenigen Punkt, bei dem das Luft/Kraftstoff-Gemisch am stärksten komprimiert ist.
Die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches treibt den Kolben abwärts, wodurch eine rotierende Kurbelwelle (nicht gezeigt) angetrieben wird. Der Kolben beginnt dann, sich wieder aufwärts zu bewegen, und treibt die Nebenprodukte der Verbrennung durch ein Abgasventil 330. Die Nebenprodukte der Verbrennung werden von dem Fahrzeug über ein Abgassystem 334 ausgetragen.
Das Abgassystem 334 umfasst einen katalytischen Wandler 344, einen Vor-Wandler O₂-Sensor 346 und einen Nach-Wandler-O₂-Sensor 348. Der Vor-Wandler-O₂-Sensor 346 ist stromaufwärts (in Bezug auf das Abgas) des katalytischen Wandlers 344 angeordnet, während der Nach-Wandler-O₂-Sensor 348 stromabwärts des katalytischen Wandlers 344 angeordnet ist.
Der katalytische Wandler 344 steuert Emissionen durch Erhöhung der Oxidationsrate von Kohlenwasserstoffen (HC) und Kohlenmonoxid (CO) und der Reduktionsrate von Stickoxiden (NOx). Um eine Oxidation zu ermöglichen, erfordert der katalytische Wandler 344 O₂. Die O₂-Speicherkapazität des katalytischen Wandlers 344 gibt einen Wirkungsgrad der Oxidation der HC und des CO und der Reduktion von NOx an.
Der Vor-Wandler-O₂-Sensor 346 kommuniziert mit dem ECM 314 und misst den O₂-Gehalt des in den katalytischen Wandler 344 eintretenden Abgasstroms. Der Nach-Wandler-O₂-Sensor 348 kommuniziert mit dem ECM 314 und misst den O₂-Gehalt des den katalytischen Wandler 344 verlassenden Abgasstroms.
Es werden Funktionsdiagnosen für den Vor-Wandler-O₂-Sensor 346 und den Nach-Wandler-O₂-Sensor 348 ausgeführt, um zu bestimmen, ob die Sensoren richtig arbeiten. Beispielsweise kann die Überwachung des Wirkungsgrades des katalytischen Wandlers verringert werden, wenn ein oder mehrere der Sensoren 346 und 348 nicht richtig arbeiten.
Das Einlassventil 322 kann durch eine Einlassnockenwelle 340 gesteuert werden, während das Auslassventil 330 durch eine Auslassnockenwelle 342 gesteuert werden kann. Bei verschiedenen Implementierungen können mehrere Einlassnockenwellen mehrere Einlassventile pro Zylinder steuern und/oder können die Einlassventile mehrerer Zylinderreihen steuern. Ähnlicherweise können mehrere Auslassnockenwellen mehrere Auslassventile pro Zylinder steuern und/oder können Auslassventile für mehrere Zylinderreihen steuern. Das Zylinderaktuatormodul 320 kann Zylinder dadurch abschalten, dass die Bereitstellung von Kraftstoff und Zündfunken angehalten wird und/oder ihre Auslass- und/oder Einlassventile deaktiviert werden.
Die Zeit, in der das Einlassventil 322 geöffnet ist, kann durch einen Einlassnockenphasensteller 350 in Bezug auf den Kolben-OT variiert werden. Die Zeit, zu der das Auslassventil 330 geöffnet ist, kann durch einen Auslassnockenphasensteller 352 in Bezug auf den Kolben-OT variiert werden. Ein Phasenstelleraktuatormodul 358 steuert den Einlassnockenphasensteller 350 und den Auslassnockenphasensteller 352 auf Grundlage von Signalen von dem ECM 314.
Das Maschinensystem 300 kann eine Ladevorrichtung aufweisen, die druckbeaufschlagte Luft an den Einlasskrümmer 310 liefert. Beispielsweise zeigt 3 einen Turbolader 360. Der Turbolader 360 wird durch Abgase, die durch das Abgassystem 334 strömen, betrieben und stellt eine komprimierte Luftladung für den Einlasskrümmer 310 bereit. Die Luft, die dazu verwendet wird, die komprimierte Luftladung zu erzeugen, kann von dem Einlasskrümmer 310 entnommen werden.
Ein Wastegate bzw. Ladedruckregelventil 364 kann ermöglichen, dass Abgas den Turbolader 360 umgeht, wodurch der Ausgang (oder der Ladedruck) des Turboladers reduziert wird. Das ECM 314 steuert den Turbolader 360 über ein Ladedruckaktuatormodul 362. Das Ladedruckaktuatormodul 362 kann den Ladedruck des Turboladers 360 durch Steuerung der Position des Ladedruckregelventils 364 modulieren. Die komprimierte Luftladung wird an den Einlasskrümmer 310 durch den Turbolader 360 bereitgestellt. Ein Ladeluftkühler (nicht gezeigt) kann einen Teil der Wärme der komprimierten Luftladung dissipieren, die erzeugt wird, wenn Luft komprimiert wird, und auch durch eine Nähe zu dem Abgassystem 334 erhöht sein kann. Alternative Maschinensysteme können einen Lader mit mechanischem Antrieb bzw. Superlader aufweisen, der komprimierte Luft an den Einlasskrümmer 310 liefert und durch die Kurbelwelle angetrieben ist.
Das Maschinensystem 300 kann ein Abgasrückführungs-(AGR)-Ventil 370 aufweisen, das Abgas selektiv zurück zu dem Einlasskrümmer 310 umlenkt. Bei verschiedenen Implementierungen kann das AGR-Ventil 370 nach dem Turbolader 360 angeordnet sein. Das Maschinensystem 300 kann die Drehzahl der Kurbelwelle in Umdrehungen pro Minute (U/min) unter Verwendung eines U/min-Sensors 380 messen. Die Temperatur des Maschinenkühlmittels kann unter Verwendung eines Maschinenkühlmitteltemperatur-(ECT)-Sensors 382 gemessen werden. Der ECT-Sensor 382 kann in der Maschine 302 oder an anderen Stellen angeordnet sein, an denen das Kühlmittel umgewälzt wird, wie einem Kühler (nicht gezeigt).
Der Druck in dem Einlasskrümmer 310 kann unter Verwendung eines Ansaugunterdruck- bzw. Krümmerabsolutdruck-(MAP)-Sensors 384 gemessen werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann ein Maschinenunterdruck gemessen werden, wobei der Maschinenunterdruck die Differenz zwischen Umgebungsluftdruck und dem Druck in dem Einlasskrümmer 310 ist. Die Masse der in den Einlasskrümmer 310 strömenden Luft kann unter Verwendung eines Luftmassenstrom-(MAF)-Sensors 386 gemessen werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann der MAF-Sensor 386 in einem Gehäuse angeordnet sein, das die Drosselklappe 312 aufweist.
Das Drosselaktuatormodul 316 kann die Position der Drosselklappe 312 unter Verwendung von einem oder mehreren Drosselpositionssensoren (TPS) 390 überwachen. Die Umgebungstemperatur der in das Maschinensystem 300 gezogenen Luft kann unter Verwendung eines Ansauglufttemperatur-(IAT)-Sensors 392 gemessen werden. Das ECM 314 kann Signale von den Sensoren verwenden, um Steuerentscheidungen für das Maschinensystem 300 zu treffen.
Das ECM 314 kann mit einem Getriebesteuermodul 394 kommunizieren, um ein Schalten von Gängen in einem Getriebe (nicht gezeigt) zu koordinieren. Beispielsweise kann das ECM 314 ein Drehmoment während eines Schaltens eines Gangs reduzieren. Das ECM 314 kann mit einem Hybridsteuermodul 396 kommunizieren, um einen Betrieb der Brennkraftmaschine 302 und eines Elektromotors 398 zu koordinieren. Der Elektromotor 398 kann auch als ein Generator funktionieren und kann dazu verwendet werden, elektrische Energie zur Verwendung durch elektrische Fahrzeugsysteme und/oder zur Speicherung in einer Batterie zu erzeugen. Bei verschiedenen Implementierungen können das ECM 314, das Getriebesteuermodul 394 und das Hybridsteuermodul 396 in ein oder mehrere Module integriert sein.
Zur abstrakten Bezugnahme auf die verschiedenen Steuermechanismen der Maschine 302 kann auf jedes System, das einen Maschinenparameter ändert, als ein Aktuator Bezug genommen werden. Zum Beispiel kann das Drosselaktuatormodul 316 die Klappenstellung und somit die Öffnungsfläche der Drosselklappe 312 ändern. Somit kann auf das Drosselaktuatormodul 416 als ein Aktuator Bezug genommen werden und kann auf die Drosselöffnungsfläche als eine Aktuatorstellung oder als ein Aktuatorwert Bezug genommen werden.
Ähnlich kann auf das Zündfunkenaktuatormodul 326 als ein Aktuator Bezug genommen werden, während die entsprechende Aktuatorstellung der Betrag der Zündfunkenverstellung nach früh sein kann. Weitere Aktuatoren können das Ladedruckaktuatormodul 362, das AGR-Ventil 370, das Phasensteller-Aktuatormodul 358, das Kraftstoffeinspritzsystem 324 und das Zylinderaktuatormodul 320 enthalten. Der Begriff ”Aktuatorstellung” kann in Bezug auf diese Aktuatoren in dieser Reihenfolge dem Ladedruck, der AGR-Ventil-Öffnung, dem Einlass- und dem Auslassnocken-Phasenstellerwinkel, dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis und der Anzahl aktivierter Zylinder entsprechen.
Nunmehr anhand von 4 ist ein Funktionsblockschaubild eines beispielhaften Maschinensteuersystems gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung dargestellt. Ein Maschinensteuermodul (ECM) 400 enthält ein Achsdrehmoment-Entscheidungsmodul 404. Das Achsdrehmoment-Entscheidungsmodul 404 entscheidet bzw. vermittelt zwischen Fahrereingaben von dem Fahrereingabemodul 304 und anderen Achsdrehmomentanforderungen. Die Fahrereingaben können z. B. die Fahrpedalstellung enthalten. Weitere Achsdrehmomentanforderungen können eine während eines Radschlupfs durch ein Traktionssteuersystem angeforderte Drehmomentverringerung und Drehmomentanforderungen zum Regeln der Fahrzeuggeschwindigkeit von einem Geschwindigkeitsregelungssystem enthalten.
Achsdrehmomentanforderungen können außerdem Anforderungen von einem adaptiven Geschwindigkeitsregelungsmodul enthalten, das eine Drehmomentanforderung ändern kann, um einen vorgegebenen Folgeabstand aufrecht zu erhalten. Achsdrehmomentanforderungen können außerdem Drehmomenterhöhungen wegen negativen Radschlupfs enthalten, wie etwa, wenn ein Reifen des Fahrzeugs in Bezug auf eine Straßenoberfläche Schlupf hat, wenn das von der Maschine erzeugte Drehmoment negativ ist.
Achsdrehmomentanforderungen können außerdem Bremsdrehmomentmanagement-Anforderungen und Drehmomentanforderungen, die Fahrzeugübergeschwindigkeitsbedingungen verhindern sollen, enthalten. Bremsdrehmomentmanagement-Anforderungen können das Maschinendrehmoment verringern, um sicherzustellen, dass das Maschinendrehmoment die Fähigkeit der Bremsen, das Fahrzeug zu halten, wenn das Fahrzeug angehalten wird, nicht übersteigt. Achsdrehmomentanforderungen können außerdem durch Fahrgestellstabilitätssteuersysteme gestellt werden. Achsdrehmomentanforderungen können ferner Maschinenabschaltanforderungen enthalten, wie sie etwa erzeugt werden können, wenn eine kritische Störung erfasst wird.
Das Achsdrehmoment-Entscheidungsmodul 404 gibt ein vorhergesagtes Drehmoment und ein Sofortdrehmoment aus. Das vorhergesagte Drehmoment ist der Betrag des Drehmoments, das in Zukunft erforderlich ist, um die Drehmoment- und/oder Geschwindigkeitsanforderungen des Fahrers zu erfüllen. Das Sofortdrehmoment ist das Drehmoment, das zum vorliegenden Augenblick benötigt wird, um vorübergehende Drehmomentanforderungen zu erfüllen, wie etwa Drehmomentverringerungen, wenn die Traktionssteuerung einen Radschlupf erfasst.
Das Sofortdrehmoment kann durch Maschinenaktuatoren erzielt werden, die schnell reagieren, während langsamere Maschinenaktuatoren das Ziel sein können, um das vorhergesagte Drehmoment zu erreichen. Zum Beispiel kann ein Zündfunkenaktuator die Zündfunkenverstellung nach früh schnell ändern, während ein Nockenphasensteller oder Drosselaktuatoren langsamer ansprechen können. Das Achsdrehmoment-Entscheidungsmodul 404 gibt das vorhergesagte Drehmoment und das Sofortdrehmoment an ein Vortriebsdrehmoment-Entscheidungsmodul 406 aus.
In verschiedenen Implementierungen kann das Achsdrehmoment-Entscheidungsmodul 404 das vorhergesagte Drehmoment und das Sofortdrehmoment an ein Hybridoptimierungsmodul 408 ausgeben. Das Hybridoptimierungsmodul 408 bestimmt, wie viel Drehmoment durch die Maschine erzeugt werden sollte und wie viel Drehmoment durch den Elektromotor 398 erzeugt werden sollte. Daraufhin gibt das Hybridoptimierungsmodul 408 geänderte Werte des vorhergesagten Drehmoments und des Sofortdrehmoments an das Vortriebsdrehmoment-Entscheidungsmodul 406 aus. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Hybridoptimierungsmodul 408 in dem Hybridsteuermodul 396 implementiert sein.
Das Vortriebsdrehmoment-Entscheidungsmodul 406 entscheidet zwischen dem vorhergesagten Drehmoment und Sofortdrehmoment und anderen Vortriebsdrehmomentanforderungen. Vortriebsdrehmomentanforderungen können Drehmomentverringerungen für den Maschinenüberdrehzahlschutz und das Schalten von Gängen und Drehmomenterhöhungen zum Verhindern des Ausgehens enthalten. Außerdem können Vortriebsdrehmomentanforderungen Drehmomentanforderungen von einem Drehzahlsteuermodul, das die Maschinendrehzahl während des Leer laufs und des Auslaufens steuern kann, wie etwa wenn der Fahrer seinen Fuß von dem Fahrpedal nimmt, enthalten.
Außerdem können Vortriebsdrehmomentanforderungen ein Kupplungskraftstoffabschalten enthalten, das das Maschinendrehmoment verringern kann, wenn der Fahrer in einem Handschaltgetriebe das Kupplungspedal niederdrückt. Außerdem können verschiedene Drehmomentreserven für das Vortriebsdrehmoment-Entscheidungsmodul 406 vorgesehen sein, um eine schnelle Verwirklichung dieser Drehmomentwerte zuzulassen, falls sie notwendig sind. Zum Beispiel kann eine Reserve angewendet werden, um Drehmomentanforderungen des Klimaanlageneinschaltens und/oder der Servolenkungspumpe zuzulassen.
Ein Katalysatoranspring- oder -kaltstartemissionen-Prozess kann die Zündfunkenverstellung nach früh für eine Maschine ändern. Eine entsprechende Vortriebsdrehmomentanforderung kann gestellt werden, um die Änderung der Zündfunkenverstellung nach früh auszugleichen. Außerdem können, etwa durch intrusive Diagnoseäquivalenzverhältnistests und/oder eine neue Maschinenspülung, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Maschine und/oder der Massenluftstrom der Maschine geändert werden. Entsprechende Vortriebsdrehmomentanforderungen können gestellt werden, um diese Änderungen auszugleichen.
Vortriebsdrehmomentanforderungen können außerdem eine Ausschaltanforderung enthalten, die durch Detektieren einer kritischen Störung ausgelöst werden kann. Kritische Störungen können z. B. eine Fahrzeugdiebstahldetektion, die Detektion eines festsitzenden Anlassermotors, Probleme der elektronischen Drosselsteuerung und unerwartete Drehmomentzunahmen enthalten. Bei verschiedenen Implementierungen können verschiedene Anforderungen wie etwa Ausschaltanforderungen nicht ent schieden werden. Nur beispielhaft können sie eine Entscheidung immer gewinnen oder die Entscheidung insgesamt außer Kraft setzen. Das Vortriebsdrehmoment-Entscheidungsmodul 406 kann diese Anforderungen immer noch empfangen, so dass z. B. geeignete Daten zu anderen Drehmomentanforderungseinrichtungen rückgekoppelt werden können.
Das Vortriebsdrehmomententscheidungsmodul 406 entscheidet zwischen Drehmomentanforderungen von dem Achsdrehmomententscheidungsmodul 404 oder dem Hybridoptimierungsmodul 408, einem Maschinendrehzahlsteuermodul 410 und anderen Vortriebsdrehmomentanforderungen. Andere Vortriebsdrehmomentanforderungen können beispielsweise Drehmomentverringerungen zum Schutz einer Maschine vor zu hoher Drehzahl und Drehmomentzunahmen zum Verhindern eines Absterbens umfassen.
Das Maschinendrehzahlsteuermodul 410 gibt eine Anforderung eines vorhergesagten und sofortigen Drehmoments an das Vortriebsdrehmomententscheidungsmodul 406 aus. Das Vortriebsdrehmomententscheidungsmodul 406 kann einfach die Drehmomentanforderungen von dem Maschinendrehzahlsteuermodul 410 wählen, wenn das ECM 314 in einem Maschinendrehzahlsteuermodus ist. Der Maschinendrehzahlsteuermodus kann aktiviert werden, wenn der Fahrer seinen Fuß von dem Pedal nimmt. Der Maschinendrehzahlsteuermodus kann dann zum Ausrollen des Fahrzeugs wie auch, wenn das Fahrzeug im Leerlauf ist, verwendet werden. Der Maschinendrehzahlsteuermodus kann gewählt werden, wenn das vorhergesagte Drehmoment, das durch das Achsdrehmomententscheidungsmodul 404 angefordert ist, kleiner als ein kalibrierter Drehmomentwert ist.
Das Maschinendrehzahlsteuermodul 410 nimmt eine gewünschte U/min von einem U/min-Trajektorienmodul 412 auf. Das U/min-Trajektorien modul 412 bestimmt eine gewünschte U/min für einen Maschinendrehzahlsteuermodus. Nur beispielhaft kann das U/min-Trajektorienmodul 412 so lange eine linear abnehmende Maschinendrehzahl ausgeben, bis die Maschinendrehzahl eine Leerlaufmaschinendrehzahl erreicht. Das U/min-Trajektorienmodul 412 kann dann das Ausgeben der Leerlaufmaschinendrehzahl fortsetzen.
Bei verschiedenen Implementierungen kann das U/min-Trajektorienmodul 412 funktionieren, wie in dem gemeinsam übertragenen U.S. Patent Nr. 6,405,587 beschrieben ist, das am 18. Juni 2002 eingereicht wurde, und mit dem Titel ”System and Method of Controlling the Coastdown of a Vehicle”, deren Offenbarung hier durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit ausdrücklich eingeschlossen ist.
Ein Betätigungsmodusmodul 414 empfängt das vorhergesagte Drehmoment und das Sofortdrehmoment von dem Vortriebsdrehmomententscheidungsmodul 406. Auf Grundlage einer Moduseinstellung bestimmt das Betätigungsmodusmodul 414, wie die vorhergesagten und sofortigen Drehmomente erreicht werden. Beispielsweise erlaubt eine Änderung der Drosselklappe 312 einen breiten Bereich an Drehmomentsteuerung. Jedoch erfolgt ein Öffnen und Schließen der Drosselklappe 312 relativ langsam.
Eine Abschaltung von Zylindern sorgt für einen breiten Bereich an Drehmomentsteuerung, kann jedoch Fahrbarkeits- und Emissionsprobleme erzeugen. Eine Änderung der Zündfunkenfrühverstellung ist relativ schnell, stellt jedoch keinen wesentlichen Bereich an Steuerung bereit. Zusätzlich ändert sich der Betrag an Steuerung, der mit Zündfunken (Zündfunkenkapazität) möglich ist, wenn sich die Menge an Luft, die in den Zylinder 318 eintritt, ändert.
Die Drosselklappe 312 kann gerade ausreichend geschlossen werden, so dass das gewünschte Sofortdrehmoment durch Verzögerung des Zündfunkens so schnell wie möglich erreicht werden kann. Dies sorgt für eine schnelle Wiederaufnahme des vorhergehenden Drehmoments, da der Zündfunken schnell zu seiner kalibrierten zeitlichen Einstellung rückgeführt werden kann, die ein maximales Drehmoment erzeugt. Auf diese Art und Weise wird der Gebrauch von Korrekturen einer relativ langsam ansprechenden Drosselklappe minimiert, indem der Gebrauch einer schnell ansprechenden Zündfunkenverzögerung maximiert wird.
Die Herangehensweise, die das Betätigungsmodusmodul 414 beim Erfüllen der Sofortdrehmomentanforderung wählt, wird durch eine Moduseinstellung bestimmt. Die an das Betätigungsmodusmodul 414 gelieferte Moduseinstellung kann einen inaktiven Modus, einen Komfortmodus, einen Maximalbereichsmodus und einen Autobetätigungsmodus enthalten.
In dem inaktiven Modus kann das Betätigungsmodusmodul 414 die Sofortdrehmomentanforderung ignorieren. Zum Beispiel kann das Betätigungsmodusmodul 414 das vorhergesagte Drehmoment an ein Modul 416 für die Steuerung des vorhergesagten Drehmoments ausgeben. Das Modul 416 für die Steuerung des vorhergesagten Drehmoments setzt das vorhergesagte Drehmoment in gewünschte Aktuatorstellungen für langsame Aktuatoren um. Zum Beispiel kann das Modul 416 für die Steuerung des vorhergesagten Drehmoments den gewünschten Krümmerabsolutdruck (MAP), die gewünschte Drosselfläche und/oder die gewünschte Luft pro Zylinder (APC) steuern.
Ein Sofortdrehmoment-Steuermodul 420 bestimmt die gewünschten Aktuatorstellungen für schnelle Aktuatoren wie etwa die gewünschte Zünd funkenverstellung nach früh. Das Betätigungsmodusmodul 414 kann das Sofortdrehmoment-Steuermodul 420 anweisen, die Zündfunkenverstellung nach früh auf einen kalibrierten Wert einzustellen, der das maximal mögliche Drehmoment für eine gegebene Luftströmung erzielt. In dem inaktiven Modus verringert die Sofortdrehmomentanforderung somit nicht den Betrag des erzeugten Drehmoments oder veranlasst sie nicht, dass die Zündfunkenverstellung nach früh von den kalibrierten Werten abweicht.
Im Komfortmodus (engl.: ”pleasible mode”) kann das Betätigungsmodusmodul 414 die Sofortdrehmomentanforderung nur unter Verwendung der Zündfunkenverstellung nach spät zu erzielen versuchen. Das kann bedeuten, dass die Drehmomentverringerung nicht erzielt wird, falls die gewünschte Drehmomentverringerung größer als die Zündfunkenreservekapazität (der Betrag der durch Zündfunkenverstellung nach spät erzielbaren Drehmomentverringerung) ist. Somit kann das Betätigungsmodusmodul 414 das vorhergesagte Drehmoment zur Umsetzung in eine gewünschte Drosselfläche an das Modul 416 für die Steuerung des vorhergesagten Drehmoments ausgeben. Das Betätigungsmodusmodul 414 kann die Sofortdrehmomentanforderung an das Sofortdrehmoment-Steuermodul 420 ausgeben, das den Zündfunken soweit wie möglich nach spät verstellt, um das Sofortdrehmoment zu erreichen zu versuchen.
Im Maximalbereichsmodus kann das Betätigungsmodusmodul 414 das Zylinderaktuatormodul 320 anweisen, einen oder mehrere Zylinder abzuschalten, um die Sofortdrehmomentanforderung zu erreichen. Das Betätigungsmodusmodul 414 kann die Zündfunkenverstellung nach spät für den Rest der Drehmomentverringerung verwenden, indem es die Sofortdrehmomentanforderung an das Sofortdrehmoment-Steuermodul 420 ausgibt. Falls es nicht genug Zündfunkenreservekapazität gibt, kann das Betätigungsmodusmodul 414 die zu dem Modul 416 für die Steuerung des vorhergesagten Drehmoments gehende vorhergesagte Drehmomentanforderung verringern.
Im Autobetätigungsmodus kann das Betätigungsmodusmodul 414 die an das Modul 416 für die Steuerung des vorhergesagten Drehmoments ausgegebene vorhergesagte Drehmomentanforderung verringern. Das vorhergesagte Drehmoment kann nur soweit verringert werden, wie es notwendig ist, um zu ermöglichen, dass das Sofortdrehmoment-Steuermodul 420 unter Verwendung der Zündfunkenverstellung nach spät die Sofortdrehmomentanforderung erzielt.
Das Sofortdrehmoment-Steuermodul 420 empfängt von einem Drehmomentschätzmodul 424 ein geschätztes Drehmoment und stellt unter Verwendung des Zündfunkenaktuatormoduls 326 die Zündfunkenverstellung nach früh so ein, dass das gewünschte Sofortdrehmoment erzielt wird. Das geschätzte Drehmoment kann den Betrag des Drehmoments repräsentieren, der durch Einstellen der Zündfunkenverstellung nach früh auf einen Wert, der kalibriert ist, um das größte Drehmoment zu erzeugen, sofort erzeugt werden könnte. Das Sofortdrehmomentsteuermodul 420 kann daher eine Zündfunkenverstellung nach früh wählen, die das geschätzte Drehmoment auf das Sofortdrehmoment reduziert.
Das Modul 416 für die Steuerung des vorhergesagten Drehmoments empfängt auch das geschätzte Drehmoment und kann außerdem ein gemessenes Massenluftstromsignal (MAF-Signal) und ein Signal der Umdrehungen pro Minute (U/min) empfangen. Das Modul 416 für die Steuerung des vorhergesagten Drehmoments erzeugt ein Signal des gewünschten Krümmerabsolutdrucks (Signal des gewünschten MAP), das an ein Ladedruckplanungsmodul 428 ausgegeben wird.
Das Ladedruckplanungsmodul 428 verwendet das Signal des gewünschten MAP zum Steuern des Ladedruckaktuatormoduls 362. Das Ladedruckaktuatormodul 362 steuert daraufhin einen Turbolader oder einen Superlader. Das Modul 416 für die Steuerung des vorhergesagten Drehmoments erzeugt ein Signal der gewünschten Fläche, das an das Drosselaktuatormodul 316 ausgegeben wird. Das Drosselaktuatormodul 316 reguliert die Drosselklappe 312 daraufhin so, dass die gewünschte Drosselfläche erzeugt wird.
Das Modul 416 für die Steuerung des vorhergesagten Drehmoments erzeugt ein Signal der gewünschten APC, das an ein Phasenstellerplanungsmodul 422 ausgegeben wird. Das Phasenstellerplanungsmodul 422 weist auf der Grundlage des Signals der gewünschten APC und des U/min-Signals den Einlass- und/oder den Auslassnockenphasensteller 348 und 350 unter Verwendung des Phasensteller-Aktuatormoduls 158 auf kalibrierte Werte an.
Das Drehmomentschätzmodul 424 verwendet die angewiesenen Einlass- und Auslassnocken-Phasenstellerpositionen zusammen mit dem MAF-Signal verwenden, um das geschätzte Drehmoment zu bestimmen. Alternativ kann das Drehmomentschätzmodul 424 tatsächliche oder gemessene Phasenstellerpositionen verwenden. Eine weitere Diskussion der Drehmomentschätzung ist in dem gemeinsam übertragenen US-Patent Nr. 6,704,638 mit dem Titel ”Torque Estimator for Engine RPM and Torque Control” zu finden, dessen Offenbarung hier in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme mit aufgenommen ist.
Ein Sauerstoffsensordiagnosemodul 450 führt eine POPD-Prüfung des Nach-Wandler-O₂-Sensors 348 aus. Die Prüfung wird während nicht intrusiver Bedingungen, wie einem Verlangsamungsmodus, ausgeführt oder aktiviert. Beispielsweise kann der Verlangsamungsmodus auftreten, wenn ein Anwender nicht mehr Drehmoment anfordert (beispielsweise wenn der Anwender die Geschwindigkeit hält oder Fahrzeugbremsen anwendet, um zu verlangsamen oder zu stoppen). Das Achsdrehmomententscheidungsmodul 404 kann das Sauerstoffsensordiagnosemodul 450 auslösen, wenn die nicht intrusiven Bedingungen existieren. Beispielsweise kann das Achsdrehmomententscheidungsmodul 404 ein Aktivierungssignal ausgeben, wenn die nicht intrusiven Bedingungen existieren. Es ist möglich, dass die Prüfung während intrusiver Bedingungen aktiviert werden kann.
Das Sauerstoffsensordiagnosemodul 450 überwacht das Spannungsausgangssignal des Nach-Wandler-O₂-Sensors 348 bei Wechseln von Mager zu Fett und Fett zu Mager. Bei Wechseln von Mager zu Fett kann das Sauerstoffsensordiagnosemodul 450 eine minimale APC anfordern. Beispielsweise kann das Sauerstoffsensordiagnosemodul 450 ein Diagnose-APC-Signal erzeugen, wenn die minimale APC angefordert ist. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Diagnose-APC-Signal bei Wechseln von Fett nach Mager erzeugt werden. Beispielsweise kann das Diagnose-APC-Signal bei Wechseln von Fett nach Mager in Hybridfahrzeugen erzeugt werden. Das Diagnose-APC-Signal wird an ein Maschinendrehmomentsteuermodul 452 übertragen.
Das Maschinendrehmomentsteuermodul 452 bestimmt ein minimales vorhergesagtes Drehmoment auf Grundlage minimaler APC-Anforderungen. Das Maschinendrehmomentsteuermodul 452 entscheidet zwischen den minimalen APC-Anforderungen und erzeugt eine minimale Anforderung des vorhergesagten Drehmoments. Nur beispielhaft kann das Maschinendrehmomentsteuermodul 452 zwischen einer minimalen APC der Drosselsteuerung, einer minimalen APC der Kraftstoffeinspritzeinrich tung, einer Verbrennungs-APC und der minimalen APC von den Sauerstoffsensordiagnosemodul 450 entscheiden.
Nun Bezug nehmend auf 5 ist ein Funktionsblockschaubild einer beispielhaften Implementierung des Sauerstoffsensordiagnosemoduls von 4 gezeigt. Ein Diagnosesteuermodul 500 empfängt das Aktivierungssignal, wenn die nicht intrusiven Bedingungen existieren. Nur beispielhaft kann das Aktivierungssignal von dem Achsendrehmomententscheidungsmodul 404 aufgenommen werden. Wenn das Aktivierungssignal aufgenommen ist, leitet das Diagnosesteuermodul 500 eine Prüfung des Nach-Wandler-O₂-Sensors 348 ein und aktiviert eine Anreicherung des Luft/Kraftstoff-Gemisches. Nur beispielhaft kann das Kraftstoffeinspritzsignal an das Kraftstoffeinspritzsystem 324 übertragen werden. Das Kraftstoffeinspritzsystem 324 steuert einen Wechsel von Fett nach Mager. Anschließend steuert das Kraftstoffeinspritzsystem 324 ein Auftreten des Wechsels von Mager nach Fett. Das Diagnosesteuermodul 500 überwacht das Spannungsausgangssignal des Nach-Wandler-O₂-Sensors 348 während der Wechsel von Fett nach Mager und Mager nach Fett.
Das Sauerstoffsensordiagnosemodul kann die Prüfung abbrechen, wenn die nicht intrusiven Bedingungen nicht mehr vorhanden sind. Nur beispielhaft kann, wenn die POPD-Prüfung aktiviert ist und eine Anreicherung des Luft/Kraftstoff-Gemisches stattfindet, die Prüfung abgebrochen werden, wenn ein Fahrer eine Drehmomenterhöhung anfordert.
Das Diagnosesteuermodul 500 überwacht das Spannungsausgangssignal und bestimmt, ob das Luft/Kraftstoff-Gemisch von Fett nach Mager oder von Mager nach Fett wechselt. Wenn das Diagnosesteuermodul 500 bestimmt, dass der Wechsel von Fett nach Mager erfolgt, dann wird das Spannungsausgangssignal an ein Modul 502 zur Berechnung von Fett nach Mager übertragen. Wenn der Wechsel von Mager nach Fett erfolgt, dann überträgt das Diagnosesteuermodul 500 das Spannungsausgangssignal an ein Modul 504 zur Berechnung von Mager nach Fett und erzeugt das Diagnose-APC-Signal. Es ist möglich, dass das Diagnosesteuermodul 500 das Diagnose-APC-Signal erzeugen kann, wenn das Spannungsausgangssignal an das Modul 502 zur Berechnung von Fett nach Mager übertragen wird. Es ist auch möglich, dass das Diagnosesteuermodul 500 das Diagnose-APC-Signal zu einer beliebigen Zeit während des Betriebs erzeugen kann.
Das Modul 502 zur Berechnung von Fett nach Mager und das Modul 504 zur Berechnung von Mager nach Fett berechnen die IA auf Grundlage des Spannungsausgangssignals und normalisieren die IA. Die normalisierte IA wird an ein Vergleichsmodul 506 übertragen. Das Vergleichsmodul 506 vergleicht die normalisierte IA mit der IA_THR. Wenn die normalisierte IA größer oder gleich der IA_THR ist, dann bestimmt das Vergleichsmodul 506, dass der Nach-Wandler-O₂-Sensor 348 eine Fehlfunktion aufweist. Wenn die normalisierte IA kleiner als IA_THR ist, dann bestimmt das Vergleichsmodul 506, dass der Nach-Wandler-O₂-Sensor 348 richtig funktioniert.
Nun Bezug nehmend auf 6 ist ein Funktionsblockschaubild einer beispielhaften Implementierung des Maschinendrehmomentsteuermoduls von 4 gezeigt. Das Maschinendrehmomentsteuermodul 452 bestimmt die minimale APC, die erreichbar ist. Beispielsweise kann die minimale APC auf einer oder mehreren aus minimaler steuerbarer Drosselposition, minimaler konsistenter Einschaltzeit der Kraftstoffeinspritzeinrichtung, minimaler Luftdichte zur selbsterhaltenden Verbrennung und minimaler Luftströmung zur POPD-Prüfung basieren. Ein Modul 600 der maximalen unteren Grenze (von engl.: ”lower limit max modul 600”) bestimmt eine untere Grenze der erreichbaren APC nur beispielhaft auf Grundlage des sen, was immer von der minimalen steuerbaren Drosselposition, der minimalen konsistenten Einschaltzeit der Kraftstoffeinspritzeinrichtung, der minimalen Luftdichte für selbsterhaltende Verbrennung und der minimalen Luftströmung zur POPD-Prüfung einer größeren minimalen APC entspricht.
Die minimale APC, die erforderlich ist, um eine steuerbare Drosselposition beizubehalten, kann durch ein Modul 602 für minimale Luft für zuverlässige Drosselsteuerung (von engl.: ”minimum air for reliable throttle control module 602”) bestimmt werden. Das Modul 602 für minimale Luft für zuverlässige Drosselsteuerung kann die minimale Luft auf Grundlage verschiedener Eingaben berechnen. Beispielsweise kann eine erste Eingabe eine Drehzahl der rotierenden Maschine in U/min aufweisen. Eine zweite Eingabe kann einen barometrischen Druck aufweisen, der als ein Umgebungsluftdruck bezeichnet werden kann, und kann tiefpassgefiltert werden.
Ein dritter Eingang kann die minimale Drosselposition als Prozentsatz der maximalen Position sein, d. h. weit offene Drossel (WOT). Ein vollständiges Schließen der Drossel kann bewirken, dass die Drossel mechanisch in der Drosselbohrung verklemmt wird. Eine Kalibrierung der minimalen Drosselposition kann daher beschränken, wie vollständig die Drossel geschlossen sein kann. Ein vierter Eingang kann die Temperatur der Luft außerhalb des Fahrzeugs (d. h. Umgebungsluft) aufweisen. Diese Temperatur kann von einem Brennstoffsystemtemperatursensor geschätzt werden, der unter bestimmten Bedingungen arbeitet, anstelle von einem dedizierten Sensor gelesen zu werden.
Ein fünfter Eingang kann die maximale effektive Fläche der Drosselbohrung in Quadratmillimeter aufweisen, wenn die Drossel weit offen ist. Die se effektive Fläche kann eine geometrische Messung sein oder kann aus einer Luftströmungsmessprüfung abgeleitet werden, die den Drosselkörper-Austragskoeffizienten einschließt. Ein sechster Eingang kann die Anzahl von Zylindern in der Maschine aufweisen, die von einer Kalibrierung stammen können. Alternativ dazu kann die Anzahl von Zylindern geändert werden, wenn gewählte Zylinder abgeschaltet sind.
Die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen können eine andere Grenze infolge dessen einführen, dass sie nicht in der Lage sind, augenblicklich zu öffnen und zu schließen. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen können eine minimale Einschaltzeit besitzen, für die sie angetrieben werden müssen. Ohne die minimale Einschaltzeit können die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen effektiv geschlossen bleiben oder können in eine unbestimmbare Position öffnen. Die minimale Einschaltzeit erzeugt eine minimale Menge an Kraftstoff, die zuverlässig in den Zylinder geliefert werden kann. Da Benzinmaschinen typischerweise mit einem fixierten Luft/Kraftstoff-Verhältnis betrieben werden, erzeugt diese Grenze an minimal möglich geliefertem Kraftstoff ihrerseits eine minimale APC-Grenze.
Die minimale Luft, die durch die minimale Einschaltzeit der Einspritzeinrichtung bestimmt ist, kann durch ein Modul 604 für min. Luft für Einschaltzeit der Einspritzeinrichtung (von engl.: ”min air for injector an time module 604”) bestimmt werden. Das Modul 604 für min. Luft für Einschaltzeit der Einspritzeinrichtung kann seine Berechnung auf Grundlage der Maschinen-U/min und dem gegenwärtigen effektiven Durchfluss der Einspritzeinrichtungen in Milligramm pro Sekunde basieren. Der gegenwärtige effektive Durchfluss der Einspritzeinrichtung kann eine Funktion des Drucks über die Einspritzeinrichtung und die Öffnungsgröße sein.
Eine weitere APC-Grenze kann aus der Anforderung einer stabilen Verbrennung resultieren. Wenn Kraftstofftröpfchen in dem Brennraum zu weit beabstandet sind, kann nicht ausreichend Wärme von der Verbrennung eines Moleküles zu seinen Nachbarn übertragen werden, um eine sich selbst erhaltende Verbrennung zu erhalten. In einem solchen Fall startet die Verbrennung an der Zündkerze, versagt jedoch, all die anderen Tröpfchen in dem Brennraum zu zünden. Die nicht verbrannten Kraftstofftröpfchen gelangen dann zu dem Austragsdurchlass und können den Katalysator beschädigen.
Diese Grenze wird typischerweise durch Kalibriereinrichtungen unter Verwendung einer Ausstattung zur Messung der Verbrennungsqualität als eine breite Varianz im angegebenem mittleren effektiven Druck beobachtet, was in einen Koeffizient der Varianzzahl oder COV transformiert werden kann. Diese Grenze kann auch durch Überwachung der Katalysatortemperatur in Maschinen mit Katalysatortemperatursensoren beobachtet werden. Katalysatortemperaturen beginnen zu steigen, wenn nicht verbrannte Kraftstofftröpfchen den Katalysator erreichen.
Die minimale Luft, die für eine akzeptable Verbrennungsstabilität erforderlich ist, kann durch ein Modul 606 für minimale Luft für Verbrennungsstabilität (von engl.: ”min air for combustion stability module 606”) bestimmt werden. Das Modul 606 für minimale Luft für Verbrennungsstabilität kann seine Berechnung auf Grundlage der Maschinen-U/min und dem Umgebungsluftdruck ausführen.
Die minimale Luft zur POPD-Prüfung wird durch das Diagnosesteuermodul 500 angefordert. Das Diagnosesteuermodul 500 kann einen Wert für minimale APC speichern. Das Diagnosesteuermodul 500 kann die minimale APC anfordern, wenn Wechsel von Mager zu Fett der POPD-Prüfung auftreten. Es ist möglich, dass das Diagnosesteuermodul 500 die minimale APC anfordern kann, wenn Wechsel von Fett zu Mager der POPD-Prüfung auftreten.
Das Maximum der potentiellen minimalen APC-Grenzen wird durch das Modul 600 der maximalen unteren Grenze bestimmt. Das Modul 600 der maximalen unteren Grenze gibt die gewünschte APC an ein Drehmomentumwandlungsmodul 608 aus. Das Drehmomentumwandlungsmodul 608 wandelt die gewünschte APC in das minimale vorhergesagte Drehmoment um. Das Drehmomentumwandlungsmodul 608 gibt das minimale vorhergesagte Drehmoment an das Vortriebsdrehmomententscheidungsmodul 406 aus.
In 7 ist ein Flussdiagramm gezeigt, das beispielhafte Schritte darstellt, die bei der Ausführung einer Funktionsdiagnose des Nach-Wandler-O₂-Sensors gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung ausgeführt werden. Bei Schritt 700 bestimmt die Steuerung, ob die Diagnoseprüfung aktiviert ist. Nur beispielhaft kann die Diagnoseprüfung aktiviert sein, wenn nicht intrusive Bedingungen existieren. Wenn die Diagnoseprüfung aktiviert ist, läuft die Steuerung zu Schritt 702; ansonsten kehrt die Steuerung zu Schritt 700 zurück. Bei Schritt 702 reichert die Steuerung ein Luft/Kraftstoff-Gemisch mit Kraftstoff an. Bei Schritt 704 bestimmt die Steuerung, ob die Diagnoseprüfung abgebrochen ist. Nur beispielhaft kann die Diagnoseprüfung abgebrochen werden, wenn mehr Drehmoment angefordert wird. Wenn die Diagnoseprüfung abgebrochen wird, läuft die Steuerung zu Schritt 706; ansonsten läuft die Steuerung zu Schritt 708.
Bei Schritt 706 deaktiviert die Steuerung die Diagnoseprüfung. Bei Schritt 708 überwacht die Steuerung ein Spannungsausgangssignal. Bei Schritt 710 bestimmt die Steuerung, ob das Luft/Kraftstoff-Gemisch von Fett nach Mager oder von Mager nach Fett wechselt. Wenn das Luft/Kraftstoff-Gemisch von Fett nach Mager wechselt, läuft die Steuerung zu Schritt 712; ansonsten läuft die Steuerung zu Schritt 714. Bei Schritt 712 bestimmt die Steuerung, ob die Diagnoseprüfung abgebrochen ist. Wenn die Diagnoseprüfung abgebrochen ist, läuft die Steuerung zu Schritt 706; ansonsten läuft die Steuerung zu Schritt 722.
Bei Schritt 714 fordert die Steuerung bei einem Wechsel von Mager nach Fett eine minimale APC an. Bei Schritt 716 bestimmt die Steuerung, ob die angeforderte minimale APC größer als ein Maximum anderer Anforderungen der minimalen APC ist. Wenn die angeforderte minimale APC größer als das Maximum der anderen Anforderungen der minimalen APC ist, läuft die Steuerung zu Schritt 718; ansonsten läuft die Steuerung zu Schritt 722.
Bei Schritt 718 bestimmt die Steuerung, ob die angeforderte minimale APC größer als eine Anforderung einer berechneten APC ist. Wenn die angeforderte minimale APC größer als die Anforderung der berechneten APC ist, läuft die Steuerung zu Schritt 720; ansonsten läuft die Steuerung zu Schritt 722. Bei Schritt 720 wandelt die Steuerung die angeforderte minimale APC in eine Drosselfläche um. Bei Schritt 721 reguliert die Steuerung die Drosselfläche, um die angeforderte minimale APC zu erreichen.
Bei Schritt 722 überwacht die Steuerung das Spannungsausgangssignal. Bei Schritt 724 vergleicht die Steuerung das Spannungsausgangssignal mit einem Schwellenwert. Wenn das Spannungsausgangssignal jenseits des Schwellenwertes liegt, läuft die Steuerung zu Schritt 726; ansonsten kehrt die Steuerung zu Schritt 722 zurück. Bei Schritt 726 berechnet die Steuerung die IA auf Grundlage des Spannungsausgangssignals. Bei Schritt 728 normalisiert die Steuerung die IA.
Bei Schritt 730 vergleicht die Steuerung die IA mit einer Schwellen-IA. Wenn die IA größer als die Schwellen-IA ist, läuft die Steuerung zu Schritt 732; ansonsten läuft die Steuerung zu Schritt 734. Bei Schritt 732 gibt die Steuerung eine Störung an und die Steuerung endet. Bei Schritt 734 gibt die Steuerung ein Bestehen an und die Steuerung endet.
Der Fachmann kann nun aus der vorhergehenden Beschreibung erkennen, dass die breiten Lehren der vorliegenden Offenbarung in einer Vielzahl von Formen ausgeführt werden können. Daher sei, während diese Offenbarung bestimmte Beispiele aufweist, der wahre Schutzumfang der Offenbarung nicht so beschränkt, da andere Abwandlungen dem Fachmann nach einem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der folgenden Ansprüche offensichtlich werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 6405587 [0066]
- US 6704638 [0080]

Claims

Maschinensteuersystem, umfassend: ein Sauerstoff-(O₂)-Sensordiagnosemodul, das einen O₂-Sensor diagnostiziert und eine minimale Luft pro Zylinder (APC) anfordert; und ein Drosselaktuatormodul, das eine Drossel steuert, um einen Luftmassenstrom auf Grundlage der minimalen APC einzustellen.
Maschinensteuersystem nach Anspruch 1, wobei das O₂-Sensordiagnosemodul einen Wechsel von Mager nach Fett anfordert und die minimale APC während des Wechsels von Mager nach Fett anfordert.
Maschinensteuersystem nach Anspruch 1, wobei das Drosselaktuatormodul die Drossel auf Grundlage der minimalen APC steuert, wenn die minimale APC ein Maximum einer Mehrzahl von APC-Anforderungen ist.
Maschinensteuersystem nach Anspruch 1, wobei das Drosselaktuatormodul die Steuerung der Drossel auf Grundlage der minimalen APC aussetzt, wenn die minimale APC geringer als zumindest eine einer Mehrzahl von APC-Anforderungen ist, und/oder wobei die minimale APC einen vorbestimmten Wert aufweist, und/oder wobei das O₂-Sensordiagnosemodul einen Wechsel von Fett nach Mager anfordert und die minimale APC während des Wechsels von Fett nach Mager anfordert.
Maschinensteuersystem nach Anspruch 1, wobei das O₂-Sensordiagnosemodul die minimale APC vor einer Diagnose des O₂-Sensors anfordert, wobei insbesondere das O₂-Sensordiagnosemodul eine Anforderung der minimalen APC nach einer Diagnose des O₂-Sensors aussetzt.
Maschinensteuersystem nach Anspruch 1, wobei das O₂-Sensordiagnosemodul die minimale APC während einer Diagnose des O₂-Sensors anfordert, wobei insbesondere das O₂-Sensordiagnosemodul eine Anforderung der minimalen APC nach einer Diagnose des O₂-Sensors aussetzt.
Verfahren zur Steuerung einer Maschine, umfassend, dass: eine minimale Luft pro Zylinder (APC) angefordert wird; eine Drossel gesteuert wird, um einen Luftmassenstrom auf Grundlage der minimalen APC einzustellen; und ein O₂-Sensor auf Grundlage der APC diagnostiziert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend, dass: ein Wechsel von Mager nach Fett angefordert wird; und die minimale APC während des Wechsels von Mager nach Fett angefordert wird, und/oder ferner umfassend, dass die Drossel auf Grundlage der minimalen APC gesteuert wird, wenn die minimale APC ein Maximum einer Mehrzahl von APC-Anforderungen ist, und/oder ferner umfassend, dass die Steuerung der Drossel auf Grundlage der minimalen APC ausgesetzt wird, wenn die minimale APC kleiner als zumindest eine einer Mehrzahl von APC-Anforderungen ist, und/oder wobei die minimale APC einen vorbestimmten Wert aufweist, und/oder ferner umfassend, dass: ein Wechsel von Fett nach Mager angefordert wird; und die minimale APC während des Wechsels von Fett nach Mager angefordert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend, dass die minimale APC vor einer Diagnose des O₂-Sensors angefordert wird, ferner insbesondere umfassend, dass das Anfordern der minimalen APC nach einer Diagnose des O₂-Sensors ausgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend, dass die minimale APC während der Diagnose des O₂-Sensors angefordert wird, insbesondere ferner umfassend, dass das Anfordern der minimalen APC nach einer Diagnose des O₂-Sensors ausgesetzt wird.