-
GEBIET
-
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein ein Verfahren und ein System zum Steuern eines Motors und insbesondere ein Verfahren und ein System zum Erzeugen von Zylinderinnendruck-Sensorsignalen.
-
HINTERGRUND
-
Das Bestimmen der erfolgreichen Arbeitsweise vielfältiger Hardware, die mit dem Motor verbunden ist, benötigt typischerweise mehrere Sensoren, um die Zustände der vielfältigen Hardwaretypen zu bestimmen. Das Bereitstellen separater Sensoren für jeden der verschiedenen Teile des Motors erhöht die Gesamtkosten des Motors und erhöht damit die Kosten des Fahrzeugs. Kraftfahrzeughersteller stehen unter erhöhtem Druck zur Verringerung von Kosten bei gleichzeitiger Lieferung eines zuverlässigen Fahrzeugs.
-
Einer der Sensoren, die in einem Fahrzeug verwendet werden können, ist ein Zylinderinnendrucksensor. Der Zylinderinnendrucksensor liefert eine Rückmeldung zum Betreiben des Motors. Das Innendrucksensorsignal kann einen wesentlichen Betrag an Rauschen aufweisen. Ein Tiefpassfiltern mit einem Bandpassfilter kann das Signal auf nicht akzeptable Niveaus dämpfen, sodass ausreichende Druckdaten nicht beschafft werden können.
-
Die Druckschrift
DE 10 2004 044 339 A1 offenbart ein Verfahren zur Korrektur eines gemessenen Zylinderdrucks eines Verbrennungsmotors, bei dem ein spezieller Frequenzbereich mit Störanteilen ausgefiltert wird, die aufgrund einer Gasschwingung in einem Kanal, der einen Zylinderdrucksensor mit einem Brennraum des Verbrennungsmotors verbindet, entstehen. Die auszufilternde Frequenz kann aus einer Gastemperatur im Brennraum oder durch eine Spektralanalyse des Druckverlaufs im Brennraum bestimmt werden.
-
In der Druckschrift
DE 10 2005 034 449 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung von Verkokung an Einspritzdüsen offenbart, bei denen an einem Betriebspunkt mindestens ein Zylinderdruckverlaufkriterium mit einer nicht verschmutzten Einspritzdüse gemessen wird und mit einem an dem gleichen Betriebspunkt zu einem Diagnosezeitpunkt gemessenen Zylinderdruckverlaufkriterium verglichen wird, um durch Vergleich mit Schwellenwerten eine Verkokung zu erkennen.
-
Die Druckschrift
DE 10 2007 050 302 A1 offenbart ein Verfahren zum Ermitteln eines Zylinderdruckmerkmals zur Einstellung der Verbrennungslage in einem Verbrennungsmotor, bei dem ein erfasster Zylinderdruckverlauf gefiltert wird, um einen Anteil einer durch die Kolbenbewegung im Brennraum bewirkten Druckschwankung zu eliminieren. Aus dem gefilterten Druckverlauf wird das Zylinderdruckmerkmal bestimmt.
-
In der Druckschrift
DE 10 2004 045 151 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung eines Brennraumdrucks in einem Verbrennungsmotor offenbart, bei dem durch einen Drucksensor erfasste Brennraumdruckmesswerte mit Hilfe eines Modells korrigiert werden, um einen Thermoschockfehler bzw. einen Temperaturgang des Drucksensors zu kompensieren.
-
Die Druckschrift
DE 10 2008 004 442 B3 offenbart ein Verfahren und System zur Filterung eines gestörten Zylinderdrucksignals eines Zylinders einer Brennkraftmaschine, wobei das gestörte Zylinderdrucksignal kurbelwellenwinkelabhängig gefiltert wird, indem in Zeitfenstern, in denen Störungen auftreten, auf die jeweiligen Störungen abgestimmte Filter verwendet werden.
-
ZUSAMMENFASSUNG
-
Die vorliegende Offenbarung stellt ein System und ein Verfahren zum Erzeugen von Zylinderinnendruck-Sensorsignalen und zur Steuerung eines Motors damit bereit.
-
Bei einem Aspekt der Offenbarung umfasst ein Verfahren, das ein Zylinderinnendrucksignal für einen Motor erzeugt wird, dass das Zylinderinnendrucksignal mit einem Filter gefiltert wird, das Filterkoeffizienten auf der Grundlage einer Motorbetriebsbedingung aufweist, um ein gefiltertes Drucksignal zu bilden, und dass der Motor unter Verwendung des gefilterten Drucksignals gesteuert wird.
-
Bei einem anderen Aspekt der Offenbarung umfasst ein Steuerungsmodul ein Filterkoeffizientenbestimmungsmodul, das Filterkoeffizienten auf der Grundlage von Motorbetriebsbedingungen erzeugt. Das Steuerungsmodul enthält ein Filtermodul, welches das Zylinderinnendrucksignal mit einem Filter filtert, das die Filterkoeffizienten aufweist, um ein gefiltertes Drucksignal zu bilden, und ein Motorsteuerungsmodul, das den Motor unter Verwendung des gefilterten Drucksignals steuert.
-
Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Offenbarung ergeben sich aus der hier nachstehend bereitgestellten genauen Beschreibung. Es versteht sich, dass die genaue Beschreibung und spezielle Beispiele nur zu Veranschaulichung gedacht sind und den Umfang der Offenbarung nicht einschränken sollen.
-
Figurenliste
-
Die vorliegende Offenbarung wird anhand der genauen Beschreibung und der beiliegenden Zeichnungen vollständiger verstanden werden, in denen:
- 1 eine Blockdiagrammansicht des Steuerungssystems der vorliegenden Offenbarung ist;
- 2 eine Blockdiagrammansicht eines Steuerungsmoduls gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
- 3 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung, ob ein Ventil korrekt arbeitet, ist;
- 4A eine Aufzeichnung des Drucksignals über der Winkelposition eines ungefilterten Signals ist; und
- 4B eine Aufzeichnung eines gefilterten Drucksignals gemäß der vorliegenden Offenbarung ist.
-
GENAUE BESCHREIBUNG
-
Die folgende Beschreibung ist rein beispielhafter Natur und ist keinesfalls dazu gedacht, die Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendungsmöglichkeiten einzuschränken. Der Klarheit halber werden in den Zeichnungen die gleichen Bezugszeichen verwendet, um ähnliche Elemente zu bezeichnen. Bei der Verwendung hierin soll der Ausdruck mindestens eine von A, B und C so aufgefasst werden, dass er ein logisches (A oder B oder C) unter Verwendung eines nicht exklusiven logischen Oder bedeutet. Es versteht sich, dass Schritte in einem Verfahren in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu verändern.
-
Bei der Verwendung hierin bezeichnet der Begriff „Modul“ eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert, oder Gruppe) und einen Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
-
Mit Bezug nun auf 1 kann ein Motor 10 Zylinderinnendrucksensoren 30A, 30B, 30C und 30D in jeweiligen Zylindern 32A - 32D enthalten. Jeder Zylinderinnendrucksensor 30A - 30D erzeugt ein Zylinderinnendrucksignal, das an ein Steuerungsmodul 40 übermittelt wird. Das Steuerungsmodul 40 kann ein Motorsteuerungsmodul sein. Obwohl nur vier Zylinder 30A - 30D gezeigt sind, kann der Motor viele verschiedene Anzahlen von Zylindern und entsprechenden Drucksensoren enthalten.
-
Der Motor 10 kann ein Motor mit variablem Ventilzeitpunkt sein, der ein Ölsteuerungsventil (OCV) 46 enthält, das zur Steuerung schaltbarer Rollenschlepphebel 48 verwendet wird. Selbstverständlich kann die vorliegende Offenbarung auf verschiedene andere Motortypen zutreffen.
-
Das Steuerungsmodul 40 kann einen Controller für das Ölsteuerungsventil 46 enthalten, der zum Steuern der Ölströmung verwendet wird, die zum Steuern des schaltbaren Rollenschlepphebels 48 verwendet wird. Wenn das Ölsteuerungsventil 46 nicht korrekt arbeitet, kann dies aus den Zylinderdrücken von zwei Zylindern ersichtlich sein. Der schaltbare Rollenschlepphebel 48 kann bei den Zylinderinnendruckausgaben auch einzeln gestört sein, wie nachstehend beschrieben wird.
-
Außerdem kann ein Nockenwellenpositionssensor 50 ein Winkelpositionssignal an das Steuerungsmodul 40 liefern. In der folgenden Offenbarung kann die Arbeitsweise des Nockenwellenpositionssensors oder die Störung desselben diagnostiziert werden. Der Nockenwellenpositionssensor zeigt eine Position und damit die erwartete Ventilposition für Ventile 52a - 52d an. Wenn die Ventile 52a - 52d korrekt arbeiten, was durch den Zylinderinnendruck angezeigt wird, kann eine Störung im Nockenwellenpositionssensor 50 bestimmt werden.
-
Das Steuerungsmodul 40 steuert somit indirekt die Arbeitsweise der Ventile 52a, 52b, 52c und 52d und kann die Stabilität der Arbeitsweise derselben bestimmen. Obwohl der Einfachheit halber nur ein Ventil dargestellt ist, enthält jeder Zylinder mindestens ein Einlassventil und mindestens ein Auslassventil. Im Motor können auch mehrere Einlass- und Auslassventile bereitgestellt sein.
-
Das Steuerungsmodul 40 kann bestimmen, ob ein Zündfunke für jeden Zylinder aktiviert ist, ob eine Störung einer Einspritzvorrichtung oder eine Störung einer Zündspule vorhanden ist, und es kann die erwartete Position des Kolbens im Zylinder bestimmen. Das Steuerungsmodul 40 kann das Drehmoment des Motors verwalten und Druck-Volumen-Kurven erzeugen, die der Arbeitsweise des Motors entsprechen.
-
Ein Drehmomentsensor 52 kann ein Drehmomentsignal erzeugen, das an das Steuerungsmodul 40 geliefert wird. Der Drehmomentsensor 52 kann ein direkter Sensor oder ein indirekter Sensor sein. Der Drehmomentsensor 52 kann ein Drehmomentsignal auf der Grundlage einer Eingabe, wie etwa einer Gaspedaleingabe, erzeugen. Der Drehmomentsensor 52 kann folglich ein gewünschtes Drehmomentsensorsignal an das Steuerungsmodul 40 liefern.
-
Ein Winkelpositionssensor 54 kann ein Winkelpositionssignal erzeugen, das der Winkelposition der Kurbelwelle des Motors entspricht. Das Winkelpositionssignal kann an das Steuerungsmodul 40 geliefert werden. Mehr als eines aus dem Drehmomentsensorsignal, dem Winkelpositionssensorsignal und der Größe oder der Amplitude des Drucksensorsignals können vom Steuerungsmodul beim Bestimmen von Filterkoeffizienten zum Filtern der Drucksensorsignale verwendet werden, wie nachstehend beschrieben wird.
-
Mit Bezug nun auf 2 ist das Steuerungsmodul 40 von 1 genauer dargestellt. Das Steuerungsmodul 120 kann ein Drucksignalgeneratormodul 120 enthalten. Jeder der Drucksensoren 30A - 30D kann verwendet werden, um ein Drucksignal zu erzeugen. Das Drucksignalgeneratormodul 120 kann die Drucksignale von den Drucksensoren empfangen und sie in eine Form umsetzen, die vom Rest des Steuerungsmoduls verwendet werden kann. Wie nachstehend beschrieben wird, kann jedes Drucksignal von jedem der Zylinder verwendet werden.
-
Ein Filtermodul 122 wird verwendet, um die Drucksignale vom Drucksignalgenerator zu filtern. Verschiedene Filtertypen können verwendet werden. Zum Beispiel kann das Filtermodul 122 ein digitales Filter mit endlicher Impulsantwort mit verschiedenen Koeffizienten enthalten. Auch ein Filter mit einer unendlichen Impulsantwort kann verwendet werden.
-
Ein Vergleichsmodul 124 kann im Steuerungsmodul 40 ebenfalls bereitgestellt sein. Das Vergleichsmodul 124 kann die vielfältigen Vergleiche zwischen den Drucksignalen oder Ableitungen von Drucksignalen ausführen. Auch die Schwellenwerte und Profile in einem Speicher 126 können von dem Vergleichsmodul verwendet werden.
-
Das Vergleichsmodul 124 kann das gemessene Drucksensorsignal mit einem Schwellenwert vergleichen, um zu bestimmen, ob sich die Einlass- oder Auslassventile schließen oder nicht, und ob die Arbeitsweise der Ventile eine vorbestimmte Zeitspanne lang stabil gewesen ist. Das Vergleichsmodul 124 kann auch bestimmen, ob die Ventile im Motor während einer Zylinderabschaltung abgeschaltet oder reaktiviert gewesen sind oder nicht. Das Vergleichsmodul 124 kann auch verwendet werden, um in Ansprechen auf den Zylinderdruck zu bestimmen, ob der Nockenwellenpositionssensor korrekt arbeitet. Das Vergleichsmodul 124 kann einen Variationskoeffizienten vergleichen, um zu bestimmen, ob die Ventile einen korrekten Übergang durchgeführt haben. Das Vergleichsmodul 124 kann auch die Steigungen oder Integrale einer Druck-Volumen-Kurve vergleichen, um zu bestimmen, ob das Ölsteuerungsventil oder die schaltbaren Rollenschlepphebel im Motor korrekt arbeiten.
-
Das Steuerungsmodul 40 kann auch einen Zeitgeber 128 zum Messen von Zeitspannen zwischen verschiedenen Ereignissen oder zur zeitlichen Steuerung verschiedener Ereignisse enthalten. Der Zeitgeber 128 kann auch relative Zeitspannen zwischen verschiedenen Ereignissen zeitlich steuern.
-
Ein Störungsanzeigemodul 130 kann mit dem Vergleichsmodul 124 in Verbindung stehen. Wenn das Vergleichsmodul 124 anzeigt, dass ein Drucksensorsignal außerhalb des Bereichs liegt, kann das Störungsanzeigemodul 130 eine Störung erzeugen, die an den Fahrzeugbediener übermittelt wird, in einem Speicher gespeichert wird.
-
Das Steuerungsmodul 40 kann auch ein Motorsteuerungsmodul 132 enthalten. Die gefilterten Drucksignale können an das Motorsteuerungsmodul 132 geliefert werden, um verschiedene Funktionen im Motor zu steuern. Die verschiedenen Funktionen können umfassen, dass die schaltbaren Rollenschlepphebel und die Ölsteuerungsventile wie vorstehend beschrieben gesteuert werden. Selbstverständlich können auch andere Motorfunktionen unter Verwendung der Drucksignale gesteuert werden.
-
Das Filtermodul 122 kann Filterkoeffizienten von einem Filterkoeffizientenbestimmungsmodul 150 empfangen. Das Filterkoeffizientenbestimmungsmodul 150 kann Filterkoeffizienten auf der Grundlage verschiedener Motorbetriebsbedingungen erzeugen. Die Motorbetriebsbedingungen können umfassen, dass ein Drehmoment von einem Lastbestimmungsmodul 152 bestimmt wird. Das Lastbestimmungsmodul kann die Motorlast oder das Drehmoment auf der Grundlage verschiedener Eingaben, wie etwa einer Gaspedaleingabe bestimmen.
-
Das Filterkoeffizientenmodul 150 kann auch ein Motorwinkelpositionssignal von einem Motorwinkelpositionsmodul 154 empfangen. Das Motorwinkelpositionsmodul kann eine Motorwinkelposition von einer Motorkurbelwelle oder wahrscheinlicher von einem Motornockenwellenpositionssignal bereitstellen.
-
Das Filterkoeffizientenbestimmungsmodul 150 kann auch mit einem Drucksignalgeneratormodul 120 in Verbindung stehen. Die Amplitude der Drucksignale kann verwendet werden, um die Filterkoeffizienten im Filterkoeffizientenbestimmungsmodul 150 zu verändern.
-
Als Beispiel kann das Filterkoeffizientenbestimmungsmodul 150 die Filterkoeffizienten auf der Grundlage der Last (des Drehmoments) des Motors variieren. Folglich können die Filterkoeffizienten während verschiedener Lastbedingungen verändert werden. Auf die gleiche Weise können die Filterkoeffizienten auf der Grundlage der Winkelposition der Nockenwelle oder der Kurbelwelle verändert werden. Somit können die Filterkoeffizienten während des Betriebs des Motors variiert werden. Bei einem Beispiel können die Filterkoeffizienten von einem ersten Satz zu einem zweiten Satz verändert werden, wenn die Last (das Drehmoment), die Position oder die Größe über einen Schwellenwert ansteigt, und zurück zum ersten Satz von Koeffizienten verändert werden, wenn sie unter dem Schwellenwert sind. Selbstverständlich können mehrere Schwellenwerte bei verschiedenen Intervallen der Last, der Drucksignalamplitude oder der Winkelposition bereitgestellt werden. Als Beispiel können die Filterkoeffizienten bei 20 Grad vor dem oberen Totpunkt verändert werden und die normale Arbeitsweise bei 60 Grad nach dem oberen Totpunkt wieder aufnehmen. Dies stellt einen Betrieb für zwei verschiedene Sätze von Koeffizienten auf der Grundlage einer Position der Kurbelwelle bereit. Die Veränderung bei den Filterkoeffizienten kann so ausgestaltet sein, dass die Filterverstärkung um drei Dezibel verschoben wird. Optimale Filterwerte und Positionen können auf der Grundlage von Motorkalibrierungen bestimmt werden. Die Filterkoeffizienten können während der Entwicklung des Motors kalibriert werden. Die Filterkoeffizienten können aus einer Nachschlagetabelle beschafft werden oder während des Motorbetriebsprozesses berechnet werden.
-
Mit Bezug nun auf 3 ist ein Verfahren zum Betreiben des Motors dargestellt. Bei Schritt 210 wird der Motor betrieben. Bei Schritt 212 werden die Motorbetriebsbedingungen bestimmt. Wie vorstehend erwähnt wurde, können verschiedene Motorbetriebsbedingungen, welche die Winkelposition der Kurbelwelle oder Nockenwelle umfassen, bestimmt werden, die Last kann bestimmt werden und die Amplitude der Drucksignale kann bestimmt werden.
-
Die Filterkoeffizienten können auf der Grundlage der Motorbetriebsbedingungen erzeugt werden. Die Filterkoeffizienten können auf der Grundlage der Last, der Winkelposition oder der Amplitude des Drucksignals variieren. Die Filterkoeffizienten können auch auf der Grundlage von mehr als einem aus der Last, der Winkelposition oder dem Drucksignal variieren.
-
Bei Schritt 216 wird das Drucksignal vom Drucksensor erzeugt. Wie vorstehend beschrieben wurde, kann mehr als ein Drucksignal erzeugt werden. Wie vorstehend angemerkt wurde, kann ein Drucksignal pro Zylinder erzeugt werden.
-
Bei Schritt 218 wird das Drucksignal gefiltert, um ein auf der Grundlage der Filterkoeffizienten gefiltertes Drucksignal zu bilden. Das Filter kann ein Filter mit endlicher Impulsantwort (FIR-Filter) oder ein Filter mit unendlicher Impulsantwort (IIR-Filter) sein. Selbstverständlich können andere Filtertypen, die digitale Koeffizienten aufweisen, verwendet werden. Bei Schritt 220 wird der Motor mit dem gefilterten Drucksignal gesteuert.
-
Ein Beispiel der Motorsteuerung in Ansprechen auf das gefilterte Drucksignal ist das Vergleichen des gefilterten Drucksignals mit einem Schwellenwert bei Schritt 222. Bei Schritt 224 wird der Vergleich überwacht, um zu bestimmen, ob eine Störung angezeigt wird. Wenn beim Vergleich eine Störung angezeigt wird, erzeugt Schritt 226 eine Störungsanzeige. Der Vergleich bei Schritt 224 kann das gefilterte Drucksignal mit dem Schwellenwert vergleichen und wenn das gefilterte Drucksignal über einem Schwellenwert liegt, darf keine Störung erzeugt werden. Auf die gleiche Weise kann der Schwellenwert mit dem gefilterten Drucksignal verglichen werden, und wenn das gefilterte Drucksignal unter einem Schwellenwert liegt, darf keine Störung angezeigt werden. Der Schwellenwert kann auch ein Schwellenwertband sein, über dem und unter dem ein gefiltertes Drucksignal eine Störung anzeigt oder umgekehrt. Wenn bei Schritt 224 durch den Vergleich von Schritt 222 keine Störung angezeigt wird, beendet Schritt 228 den Prozess.
-
Mit Bezug nun auf 4A und 4B stellt 4A ein Drucksignal ohne eine Rauschunterdrückung, die durch die vorliegende Offenbarung bereitgestellt wird, dar. In 4B wurde eine Rauschunterdrückung mit Koeffizienten auf der Grundlage der Position der Kurbelwelle bereitgestellt. Wie ersichtlich ist, ist das Signal in 4B weniger rauschbehaftet als dasjenige von 4A.
