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Hintergrund
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1. Gebiet
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Ausführungsformen
der vorliegenden Offenbarung betreffen die Steuerung eines Verbrennungsmotors
während
transienter Vorgänge
unter Verwenden von Ionisierungserfassung.
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2. Hintergrund
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Transiente
Vorgänge
können
als Reaktion auf eine Änderung
einer Fahrerforderung, beispielsweise einem Steigern oder Verringern
der Gaspedalstellung, und/oder als Reaktion auf sich ändernde Motor-
oder Umgebungsbedingungen, beispielsweise während Motorwarmlauf, auftreten.
Bei kanaleingespritzten Motoranwendungen wird die Verdunstungsrate
der Kraftstoffpfütze
in dem Einlasskanal durch Unterschiede bei Ansaugkrümmerfüllen und Ansaugkrümmerdruck
während
Steigern und Verringern der Gaspedal/Drosselklappenstellungen, die häufig als
Treten bzw. Freigeben des Pedals bezeichnet werden, beeinflusst.
Eine nicht kompensierte Luft/Kraftstoff-Steuerung würde bei
Pedaltreten zu magereren Luft/Kraftstoff-Verhältnissen
als erwünscht
und bei Pedalfreigeben zu fetteren Luft/Kraftstoff-Verhältnissen
als erwünscht
führen. Somit
kann die Motorsteuerstrategie die Kraftstoffzufuhr zu dem Motor über einen
Zeitraum beruhend auf einer empirisch ermittelten Zeitkonstante,
die während
der Motorentwicklung festgelegt wurde, für den Zeitraum der erhöhten Drehmomentforderung
während
eines Gaspedaltretens steigern. Analog kann eine andere empirisch
ermittelte Zeitkonstante durch die Motorsteuerstrategie angewendet
werden, um die Kraftstoffzufuhr für einen Zeitraum während verminderter
Drehmomentforderung während
eines Pedalfreigebens angewendet werden. Diese transiente Kraftstoffkompensationsstrategie
wird häufig in
offenem Regelkreis durchgeführt
und stützt
sich für
präzise
Kalibrierung auf erhebliche Entwicklungsressourcen bezüglich Datenerfassung
bei verschiedenen Betriebsbedingungen.
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Die
erwünschte
transiente Steigerung/Reduzierung von Kraftstoff kann von einer
Reihe von Faktoren abhängen,
beispielsweise Kraftstoffart, Luftladungstemperatur, Motorkühlmitteltemperatur,
Luftstrom, Krümmerdruck,
Motorablagerungen, etc. Die Anzahl an Betriebsvariablen und die
Anzahl an Werten für
jede Variable, die tatsächlich
in der Steuerstrategie implementiert werden, sind aber im Allgemeinen
durch den verfügbaren
Speicher für
das Steuergerät
und die arbeitsintensive Entwicklungsarbeit des Ermittelns geeigneter
Werte unter den ausgewählten Betriebsbedingungen
für eine
Vielzahl von Motoranwendungen und Umsetzungen beschränkt. Geeignete
Kalibrierungen für
Motoraufwärmen
sind aufgrund des beschränkten
Zeitraums bei den verschiedenen Betriebsbedingungen von Motorkühlmittel,
Motordrehzahl und Motorlast während
repräsentativer
Aufwärmzyklen
besonders schwer zu entwickeln. Weiterhin können Kraftstoffe mit verschiedenen
Destillationseigenschaften zu unterschiedlichen Verdunstungsraten
führen,
bei denen eine kleinere Menge des eingespritzten Kraftstoffs zur
Verbrennung in dem Brennraum zur Verfügung steht. Die sich ergebende
Kalibrierungsstrategie mit offenem Regelkreis kann ohne das Hinzufügen eines
teuren Sensors oder Folgern der Eigenschaften von anderen Sensoren
keine Anpassung für
Kraftstoffeigenschaften vornehmen.
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Zusammenfassung
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Systeme
und Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors gemäß Ausführungsformen
der vorliegenden Offenbarung umfassen das Anpassen des einem Zylinder
während
eines transienten Vorgangs gelieferten Kraftstoffs um eine Menge,
die nach Anzahl von Verbrennungsvorgängen nach dem Detektieren des
transienten Vorgangs indiziert ist, um während des transienten Vorgangs
ein erwünschtes
Luft/Kraftstoff-Verhältnis
vorzusehen. In einer Ausführungsform
umfasst das Anpassen des einem Zylinder gelieferten Kraftstoffs
das Anpassen eines Basiskraftstoffzufuhrparameters, der aktuellen
Betriebsbedingungen zugeordnet ist, unter Verwenden eines adaptiven
Werts, der nach der Anzahl an Verbrennungsvorgängen nach Detektieren des transienten
Vorgangs indiziert ist. Der adaptive Wert kann unter Verwenden vorheriger
Verbrennungsvorgänge während ähnlicher
transienter Betriebsbedingungen, die der gleichen Verbrennungsvorgang-Indexzahl
zugeordnet sind, ermittelt werden. In einer Ausführungsform sieht ein Ionisierungssensor,
der zum Beispiel durch eine Zündkerze
implementiert sein kann, ein Signal mit Eigenschaften vor, die das
tatsächliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis während eines
Verbrennungsvorgangs anzeigen. Die Ionisierungssignaleigenschaften
während
des Verbrennungsvorgangs sehen einen Hinweis auf das tatsächliche
Luft/Kraftstoff-Verhältnis
vor, das mit einem erwünschten Luft/Kraftstoff-Verhältnis verglichen
wird, wobei die Differenz genutzt wird, um den adaptiven Wert zu
ermitteln, der für
folgende transiente Vorgänge
verwendet wird. In einer Ausführungsform
können
adaptive Werte als Reaktion auf einen Fahrzeugtankvorgang beruhend
auf einer Menge zugegebenen Kraftstoffs im Verhältnis zu vorhandenem Kraftstoff
in dem Fahrzeugkraftstofftank abgewandelt werden, um Unterschiede
der Kraftstoffeigenschaften zu berücksichtigen.
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In
einer Ausführungsform
umfasst ein Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors das Detektieren
eines transienten Vorgangs, das Verarbeiten mindestens einer Eigenschaft
eines Ionisierungssignals, das einem Verbrennungsvorgang zugeordnet
ist, und das Ermitteln eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses,
das dem Verbrennungsvorgang zugeordnet ist, unter Verwenden der
mindestens einen Eigenschaft des Ionisierungssignals. Das Verfahren
kann auch das Speichern eines Kraftstoffzufuhr-Korrekturwerts, der
nach Verbrennungsvorgangsanzahl indiziert ist, die einer Anzahl
von Verbrennungsvorgängen
nach Detektieren des transienten Vorgangs entspricht, umfassen,
wobei der Kraftstoffzufuhr-Korrekturwert als Reaktion auf einen planmäßigen Kraftstoffzufuhrwert
und eine Differenz zwischen dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis,
das dem Verbrennungsvorgang zugeordnet ist, und einem erwünschten
Luft/Kraftstoff-Verhältnis
ermittelt wird. Das Verfahren kann auch das Anpassen von Kraftstoff,
der mindestens einem Zylinder zugeführt wird, unter Verwenden eines
zuvor gespeicherten Kraftstoffzufuhr-Korrekturwerts, der einer aktuellen
Verbrennungsvorgangszahl zugeordnet ist, erst nachdem eine Schwellenanzahl
von Verbrennungsvorgängen
bei ähnlichen
Betriebsbedingungen verarbeitet wurde, umfassen.
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Die
vorliegende Offenbarung umfasst Ausführungsformen mit verschiedenen
Vorteilen. Die vorliegende Offenbarung sieht zum Beispiel eine präzisere Steuerung
des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses während transienter
Vorgänge
vor, während
sie Entwicklungsressourcen in Verbindung mit empirischer Kalibrierung
verringert. Ausführungsformen
der vorliegenden Offenbarung können
auch eine adaptive Kraftstoffzufuhr, um Änderungen der Kraftstoffeigenschaften
durch Detektieren von Fahrzeugtankvorgängen zu kompensieren, und das
entsprechende Anpassen der adaptiven Werte vorsehen. Ferner können Ausführungsformen
der vorliegenden Offenbarung verwendet werden, um während Motoraufwärmen eine
präzisere
Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses vorzusehen, wenn ein
Signal eines Abgassauerstoffsensors (HEGO/UEGO) eventuell nicht
verfügbar
ist.
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Der
vorstehende Vorteil sowie andere Vorteile und Merkmale gehen ohne
weiteres aus der folgenden näheren
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung
mit den Begleitzeichnungen hervor.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Hierin
beschriebene Ausführungsformen
der vorliegenden Offenbarung werden insbesondere in den beigefügten Ansprüchen dargelegt.
Es werden aber andere Merkmale offenkundiger, und die Ausführungsformen
lassen sich durch Heranziehen der folgenden eingehenden Beschreibung
in Verbindung mit den Begleitzeichnungen am besten verstehen. Hierbei
zeigen:
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1 ein
schematisches Diagramm, das eine Ausführungsform eines Systems oder
Verfahrens zum Steuern des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors
während
eines transienten Vorgangs gemäß der vorliegenden
Offenbarung veranschaulicht;
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2 repräsentative
Signale und Parameter zum Steuern eines Verbrennungsmotors während eines
transienten Vorgangs gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Offenbarung;
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3 eine
Ausführungsform
von repräsentativen
Tabellen zum Speichern von transienten Kraftstoffzufuhr-Anpassungswerten,
die gemäß der vorliegenden
Offenbarung ermittelt wurden; und
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4 ein
Flussdiagramm, das das Arbeiten eines Systems oder Verfahrens zum
Steuern eines Verbrennungsmotors gemäß einer Ausführungsform der
vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
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Eingehende Beschreibung
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Wie
der Durchschnittsfachmann verstehen wird, können verschiedene Merkmale
der unter Bezug auf eine der Figuren gezeigten und beschriebenen
Ausführungsformen
mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen
Figuren veranschaulicht sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die
nicht ausdrücklich
veranschaulicht oder beschrieben sind. Die Kombinationen von veranschaulichten
Merkmalen sehen repräsentative
Ausführungsformen
für typische
Anwendungen vor. Es können
aber verschiedene Kombinationen und Abwandlungen der Merkmale im
Einklang mit der Lehre der vorliegenden Offenbarung für bestimmte
Anwendungen oder Implementierungen erwünscht sein. Die in den Darstellungen
verwendeten repräsentativen Ausführungsformen
betreffen im Allgemeinen einen Mehrzylinder-Verbrennungsmotor, der mindestens eine
Zündkerze
pro Zylinder aufweist, die auch als Ionisierungssensor dient. Die
Lehren der vorliegenden Offenbarung können aber auch in Anwendungen
verwendet werden, die einen separaten Ionisierungssensor und/oder
andere Arten von zum Beispiel Verbrennungsbeschaffenheits- und Luft/Kraftstoff-Sensoren
aufweisen. Der Durchschnittsfachmann kann ähnliche Anwendungen oder Implementierungen
bei anderen Motor-/Fahrzeugtechnologien erkennen.
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Das
System 10 umfasst einen Verbrennungsmotor mit mehreren
Zylindern, die durch Zylinder 12 dargestellt sind, mit
entsprechenden Brennräumen 14.
Wie ein Durchschnittsfachmann erkennen wird, umfasst das System 10 verschiedene
Sensoren und Aktoren zum Bewirken von Steuerung des Motors. Es kann
ein einzelner Sensor oder Aktor für den Motor vorgesehen werden
oder es können
ein oder mehrere Sensoren oder Aktoren für jeden Zylinder 12 vorgesehen
werden, wobei ein repräsentativer Aktor
oder Sensor veranschaulicht und beschrieben wird. Zum Beispiel kann
jeder Zylinder 12 vier Aktoren umfassen, die die Einlassventile 16 und
Auslassventile 18 für
jeden Zylinder in einem Mehrzylindermotor betreiben. Der Motor kann
aber lediglich einen einzigen Motorkühlmitteltemperatursensor 20 umfassen.
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Das
Steuergerät 22,
das manchmal als Motorsteuermodul (ECM), Antriebsstrangsteuermodul (PCM)
oder Fahrzeugsteuermodul (VCM) bezeichnet wird, weist einen Mikroprozessor 24 auf,
der Teil einer Zentraleinheit (CPU) in Verbindung mit einer Speicherverwaltungseinheit
(MMU) 25 ist. Die MMU 25 steuert die Bewegung
von Daten unter verschiedenen maschinell lesbaren Speichermedien
und übermittelt
Daten zu und von der CPU 24. Die maschinell lesbaren Speichermedien
umfassen bevorzugt flüchtige
und nicht flüchtige
Speicherung zum Beispiel in einem Festspeicher (ROM) 26,
einem Arbeitsspeicher (RAM) 28 und einem batteriestromgestützten Speicher
(KAM) 30. Der KAM 30 kann zum Speichern verschiedener
Betriebsvariablen verwendet werden, beispielsweise der hierin beschriebenen Kraftstoffanpassung
oder Korrekturwerte, während die
CPU 24 abgeschaltet ist. Die maschinell lesbaren Speichermedien
können
unter Verwendung einer beliebigen Anzahl an bekannten Speichervorrichtungen,
beispielsweise PROMs (programmierbarer Festspeicher), EPROMs (elektrischer
PROM), EEPROM (elektrisch löschbarer
PROM), Flash-Speicher, oder anderer elektrischer, magnetischer,
optischer oder kombinierter Speichervorrichtungen implementiert
sein, die Daten speichern können,
wovon einige ausführbare
Befehle darstellen, die von der CPU 24 beim Steuern des
Motors oder Fahrzeugs verwendet werden, in das der Motor eingebaut
ist. Die maschinell lesbaren Speichermedien können auch Disketten, CD-ROMs,
Festplatten und dergleichen umfassen. Manche Steuergerätarchitekturen enthalten
keine MMU 25. Wird keine MMU 25 verwendet, verwaltet
die CPU 24 Daten und bindet direkt an den ROM 26,
den RAM 28 und den KAM 30 an. Natürlich könnte mehr
als eine CPU 24 zum Vorsehen von Motorsteuerung verwendet
werden, und das Steuergerät 22 kann
mehrere ROM 26, RAM 28 und KAM 30 enthalten,
die abhängig
von der jeweiligen Anwendung mit der MMU 25 oder CPU 24 verbunden sind.
Analog können
verschiedene Motor- und/oder Fahrzeugsteuerfunktionen
durch ein integriertes Steuergerät,
beispielsweise Steuergerät 22,
ausgeführt
werden oder können
kombiniert mit oder separat zu einem oder mehreren zweckgebundenen
Steuergeräten
gesteuert werden.
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In
einer Ausführungsform
umfassen die maschinell lesbaren Speichermedien gespeicherte Daten
oder Code, die Befehle darstellen, die von dem Steuergerät 22 ausführbar sind,
um einen Mehrzylinder-Verbrennungsmotor zu steuern, der mindestens eine
Zündkerze
pro Zylinder aufweist. Der Code umfasst Befehle, die den dem mindestens
einen Zylinder während
eines transienten Vorgangs gelieferten Kraftstoff um eine Menge
anpassen, die nach Anzahl von Verbrennungsvorgängen indiziert ist, die nach Start
des transienten Vorgangs auftreten, um in dem mindestens einen Zylinder
während
des transienten Vorgangs ein erwünschtes
Luft/Kraftstoff-Verhältnis vorzusehen,
wie hierin näher
beschrieben wird. Der Code kann auch Befehle umfassen, die gespeicherte Kraftstoffzufuhr-Korrekturwerte
als Reaktion auf einen Fahrzeugtankvorgang anpassen, so dass die Korrekturwerte
die aktuelle Kraftstoffart und/oder die Eigenschaften des aktuellen
Kraftstoffgemisches präziser
wiedergeben.
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Das
System 10 umfasst ein elektrisches System, das zumindest
teilweise durch eine Batterie 116 betrieben wird, die eine
Nennspannung VBAT liefert, die typischerweise entweder 12 V oder
24 V beträgt, um
das Steuergerät 22 zu
betreiben. Wie der Durchschnittsfachmann erkennen wird, ist die
Nennspannung eine mittlere ausgelegte Spannung, wobei die tatsächliche
statische und transiente Spannung, die von der Batterie geliefert
wird, als Reaktion auf verschiedene Umgebungs- und Betriebsbedingungen schwankt,
die zum Beispiel Alter, Temperatur, Ladezustand und Last an der
Batterie umfassen können. Strom
für verschiedene
Motor/Fahrzeugnebenaggregate kann durch eine Lichtmaschine/Generator
während
des Motorbetriebs ergänzt
werden, wie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Eine Hochspannungsstromversorgung 120 kann
bei Anwendungen vorgesehen werden, die Direkteinspritzung nutzen, und/oder
um die Vorspannung für
Ionenstromerfassung vorzusehen. Alternativ kann eine Ionenerfassungsschaltung verwendet
werden, um die Vorspannung wie bekannt unter Verwenden der Zündspule und/oder
einer kapazitiven Entladungsschaltung zu erzeugen.
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Bei
Anwendungen, die eine separate Hochspannungsstromversorgung aufweisen,
erzeugt die Stromversorgung 120 eine verstärkte Nennspannung VBOOST
im Verhältnis
zur Nennbatteriespannung und kann abhängig von der bestimmten Anwendung und
Implementierung in dem Bereich von zum Beispiel 85 V–100 V liegen.
Die Stromversorgung 120 kann zum Betreiben von Kraftstoffeinspritzventilen 80 und
eines oder mehrerer Ionisierungssensoren, die durch mindestens eine
Zündkerze 86, 88 umgesetzt sein
können,
oder durch einen dedizierten Ionisierungssensor verwendet werden.
Während 1 eine
Anwendung mit zwei Zündkerzen 86, 88 pro
Zylinder zeigt, sind die Steuersysteme und Verfahren der vorliegenden
Offenbarung auf Anwendungen anwendbar, die nur eine einzige Zündkerze
pro Zylinder aufweisen, sowie auf Anwendungen, die ein oder mehrere
alternative Sensoren umfassen können,
um eine Anzeige von Verbrennungsbeschaffenheit und Luft/Kraftstoff-Verhältnis während eines
transienten Vorgangs vorzusehen.
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Die
CPU 24 steht mit verschiedenen Sensoren und Aktoren, die
die Verbrennung in Zylinder 14 beeinflussen, mittels einer
Eingabe/Ausgabeschnittstelle (I/O) 32 in Verbindung. Die
Schnittstelle 32 kann als einzelne integrierte Schnittstelle
implementiert sein, die verschiedene Rohdaten oder Signalaufbereitung,
-verarbeitung und/oder -umwandlung, Kurzschlussschutz und dergleichen
vorsieht. Alternativ können
ein oder mehrere dedizierte Hardware- oder Firmwarechips verwendet
werden, um bestimmte Signale aufzubereiten und zu verarbeiten, bevor sie
zur CPU 24 geliefert werden. Beispiele für Elemente,
die unter der Steuerung der CPU 24 durch die I/O-Schnittstelle 32 betätigt werden
können,
sind Kraftstoffeinspritzsteuerzeiten, Kraftstoffeinspritzrate, Kraftstoffeinspritzdauer,
Drosselklappenstellung, Zündkerzen-Zündsteuerzeiten, Ionisierungsstromerfassung
und -aufbereitung, Ladungsbewegungssteuerung, Ventilsteuerzeiten,
Abgasrückführung usw. Sensoren,
die Eingabe durch die I/O-Schnittstelle 32 vermitteln,
können
zum Beispiel Kolbenstellung, Motordrehzahl, Fahrzeuggeschwindigkeit,
Kühlmitteltemperatur,
Ansaugkrümmerdruck,
Gaspedalstellung, Drosselklappenstellung, Lufttemperatur, Abgastemperatur,
Kraftstoff/Luftverhältnis
des Abgases, Abgasbestandteilkonzentration und Luftstrom umfassen.
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Bei
Betrieb strömt
Luft durch den Einlass 34 und wird mittels eines Ansaugkrümmers, der
allgemein durch das Bezugszeichen 36 bezeichnet ist, zu den
mehreren Zylindern verteilt. Das System 10 umfasst bevorzugt
einen Luftmassenstromsensor 38, der dem Steuergerät 22 ein
entsprechendes Signal (MAF) liefert, das den Luftmassenstrom anzeigt.
Eine Drosselklappe 40 kann zum Modulieren des Luftstroms
durch den Einlass 34 verwendet werden. Die Drosselklappe 40 wird
bevorzugt durch einen geeigneten Aktor 42 beruhend auf
einem entsprechenden Drosselstellungssignal, das vom Steuergerät 22 erzeugt
wird, elektronisch gesteuert. Das Drosselstellungssignal kann als
Reaktion auf eine entsprechende Motorleistung oder ein gefordertes
Drehmoment, das durch einen Fahrer mittels eines Gaspedals 46 angezeigt
wird, erzeugt werden. Ein Drosselstellungssensor 48 liefert
ein Rückmeldungssignal
(TP) zum Steuergerät 22,
das die tatsächliche
Stellung der Drosselklappe 40 anzeigt, um eine Regelung
der Drosselklappe 40 zu implementieren.
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Ein
Krümmerunterdrucksensor 50 wird
zum Liefern eines Signals (MAP) verwendet, das dem Steuergerät 22 den
Krümmerdruck
anzeigt. Durch den Ansaugkrümmer 36 strömende Luft
dringt durch eine geeignete Steuerung eines oder mehrerer Einlassventile 16 in
den Brennraum 14 ein. Die Einlassventile 16 und/oder
die Auslassventile 18 können
unter Verwendung elektromagnetischer Ventilaktoren, um veränderliche
Ventilsteuerzeiten (VVT) vorzusehen, unter Verwendung einer Vorrichtung
für veränderliche
Nockensteuerung (VCT), um die Einlass- und/oder Auslassventilsteuerzeiten
zu steuern, oder unter Verwendung einer herkömmlichen Nockenwellenanordnung,
die allgemein durch das Bezugszeichen 52 angezeigt wird,
gesteuert werden. Abhängig von
der jeweils eingesetzten Technologie kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in
einem Zylinder oder einer Gruppe von Zylindern durch Steuern der
Einlass- und/oder Auslassventilsteuerzeiten angepasst werden, um
zum Beispiel innere und/oder äußere AGR zu
steuern oder den Ansaugluft zu steuern. Bei manchen Anwendungen
kann das Mischen von Ansaugluft und Kraftstoff durch Steuerung einer
Ansaugkrümmerkanal-Steuervorrichtung
oder eines Ladungsbewegungssteuerventils 76 verbessert
werden. In der in 1 gezeigten Ausführungsform
umfasst die Nockenwellenanordnung 52 eine Nockenwelle 54,
die eine Umdrehung pro Verbrennung oder Motorzyklus ausführt, was
bei einem Viertaktmotor zwei Umdrehungen der Kurbelwelle 56 erfordert,
so dass die Nockenwelle 54 bei der halben Drehzahl der Kurbelwelle 56 dreht.
Die Drehung der Nockenwelle 54 (oder das Steuergerät 22 bei
verstellbaren Nockenwellensteuerzeiten oder nockenloser VVT-Motoranwendung)
steuert ein oder mehrere Auslassventile 18, um das verbrannte
Kraftstoff/Luft-Gemisch durch einen Abgaskrümmer abzulassen. Ein Teil des
Abgases kann durch ein Ventil für
Abgasrückführung (AGR)
(72) durch einen AGR-Kreislauf 74 zum Einlass 36 umgeleitet
werden. Abhängig
von der jeweiligen Anwendung und Umsetzung kann außen zurückgeführtes Abgas
durch einen (nicht gezeigten) AGR-Kühler strömen und bei Ladedruck-Anwendungen
als Hochdruck- und/oder Niederdruck-AGR implementiert sein. Das
AGR-Ventil 72 kann durch das Steuergerät 22 gesteuert werden,
um die AGR-Menge beruhend auf aktuellen Betriebs- und Umgebungsbedingungen
zu steuern.
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Ein
Sensor 58 liefert ein Signal, aus dem die Drehstellung
der Nockenwelle ermittelt werden kann. Der Zylinderfeststellungssensor 58 kann
ein Sensorrad mit einem Zahn oder mehreren Zähnen, das mit der Nockenwelle 54 dreht
und dessen Drehung durch einen Hall-Effekt-Sensor oder Sensor veränderlicher Reluktanz
detektiert wird, umfassen. Der Zylinderfeststellungssensor 58 kann
zum zuverlässigen
Feststellen der Stellung eines bestimmten Kolbens 64 im Zylinder 12 zur
Verwendung bei der Ermittlung zum Beispiel von Kraftstoffzufuhr,
Zündsteuerzeiten und/oder
Ionenerfassung verwendet werden. Zusätzliche Drehstellungsinformationen
zum Steuern des Motors werden durch einen Kurbelwellenstellungssensor 66 vorgesehen,
der ein Zahnrad 68 und einen zugeordneten Sensor 70 umfasst.
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Ein
Abgassauerstoffsensor 62 liefert dem Steuergerät 22 ein
Signal (EGO), das anzeigt, ob die Abgase über- oder unterstöchiometrisch
sind. Abhängig
von der jeweiligen Anwendung kann der Sensor 62 durch einen
HEGO-Sensor oder eine ähnliche Vorrichtung
implementiert sein, die ein Zweizustandssignal vorsieht, das einer
fetten oder einer mageren Bedingung entspricht. Alternativ kann
der Sensor 62 durch einen UEGO-Sensor oder eine andere Vorrichtung
implementiert sein, die ein Signal proportional zur Stöchiometrie
des Abgases vorsieht. Dieses Signal kann zum Anpassen des Kraftstoff/Luft-Verhältnisses
kombiniert mit Informationen verwendet werden, die von dem Ionisierungssensor/den
Ionisierungssensoren wie hierin beschrieben geliefert werden. Ferner
kann das EGO-Signal zum Steuern des Betriebsmodus zum Beispiel eines
oder mehrerer Zylinder verwendet werden. Wie auch bekannt ist, arbeiten
EGO-Sensoren im Allgemeinen erst nach Erreichen einer Mindestbetriebstemperatur,
was abhängig
von den Motor- und Umgebungsbetriebsbedingungen beliebig zwischen
ein paar Sekunden bis zu ein paar Minuten dauern kann. Wie vorstehend
beschrieben erforderten vorbekannte transiente Steuerstrategien
erhebliche Entwicklungsressourcen, um eine Motorkraftstoffzufuhrkompensation
während
des Aufwärmzeitraums
oder anderer Bedingungen, bei denen das EGO-Sensorsignal nicht verfügbar ist,
zu kalibrieren. Somit können
die Ionisierungssignalinformationen verwendet werden, um die Kraftstoffzufuhr-Korrekturwerte
gemäß der vorliegenden
Offenbarung zu ermitteln und ständig zu
aktualisieren, so dass während
transienter Bedingungen, beispielsweise während Motoraufwärmen, präzisere Kraftstoffzufuhranpassungen
vorgenommen werden können.
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Das
Abgas wird durch den Abgaskrümmer und
eine oder mehrere Schadstoffbegrenzungs- oder behandlungsvorrichtungen 90 geleitet,
bevor es an die Atmosphäre
abgelassen wird.
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Ein
Kraftstoffzufuhrsystem umfasst einen Kraftstofftank 100 mit
einer Kraftstoffpumpe 110 zum Zuführen von Kraftstoff zu einem
Common-Rail 112, das die Einspritzventile 80 mit
druckbeaufschlagtem Kraftstoff versorgt. Bei manchen Direkteinspritzanwendungen
kann eine nockenwellenbetriebene Hochdruckkraftstoffpumpe (nicht
gezeigt) kombiniert mit einer Niederdruckkraftstoffpumpe 110 verwendet werden,
um einen Sollkraftstoffdruck in dem Kraftstoffverteilerrohr 112 vorzusehen.
Der Kraftstoffdruck kann innerhalb eines vorbestimmten Betriebsbereichs
durch ein entsprechendes Signal von dem Steuergerät 22 gesteuert
werden. Der Kraftstofftank 100 kann ein oder mehrere zugeordnete
Sensoren (nicht gezeigt) für
das Ermitteln von Kraftstofffüllstand
und/oder -druck in dem Kraftstofftank 100 umfassen. Eine Änderung
des Kraftstofffüllstands,
die einen zugeordneten Schwellenwert übersteigt, kann verwendet werden,
um einen Fahrzeugtankvorgang zu detektieren, was zu einem Zurücksetzen
oder einer Abwandlung transienter Kraftstoffzufuhr-Anpassungswerte
führt,
wie hierin beschrieben ist. Alternativ oder kombiniert kann eine Änderung
von Kraftstofftankdruck oder -unterdruck verwendet werden, um ein Öffnen der
Tankklappe anzuzeigen, was auf einen Tankvorgang hinweist. Natürlich können verschiedene
andere Strategien verwendet werden, um einen Tankvorgang zu ermitteln
und um optional die während
eines Tankvorgangs zugegebene Kraftstoffmenge im Verhältnis zur
vor dem Tankvorgang vorhandenen Kraftstoffmenge zu ermitteln. Die
Lehren der vorliegenden Offenbarung sind unabhängig von dem jeweiligen Verfahren,
das zum Detektieren oder Ermitteln eines Tankvorgangs und/oder der
dem Tank während
eines Tankvorgangs zugegebenen Kraftstoffmenge verwendet wird.
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In
einer Ausführungsform
werden transiente Tankanpassungs- oder Tankkorrekturwerte als Reaktion
auf die Detektion eines Fahrzeugtankvorgangs abgewandelt. Die Anpassungswerte
können
auf einen Nominalwert oder Null zurückgesetzt werden oder können als
Funktion der zugegebenen Kraftstoffmenge und/oder des vorhandenen
Kraftstoffs abgewandelt werden. Zum Beispiel kann ein linearer oder
komplexerer Gewichtungsfaktor verwendet werden, um zuvor gespeicherte
Werte nach einem Tankvorgang zurückzusetzen.
Die Anpassungswerte können
beruhend auf der neuen Kraftstoffmenge, die im Verhältnis zum
vorhandenen Kraftstoff im Tank 100 zugegeben wurde, abgewandelt
werden, so dass die Anpassungswerte die dem aktuellen Kraftstoffgemisch
in dem Tank zugeordneten Eigenschaften präziser wiedergeben.
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In
der repräsentativen
Ausführungsform,
die in 1 gezeigt wird, ist das Kraftstoffeinspritzventil 80 an
der Einlassseite des Brennraums 14, typischerweise zwischen
Einlassventilen 16, seitlich angebracht und spritzt als
Reaktion auf ein Befehlssignal von dem Steuergerät 22, das von einem
Treiber 82 verarbeitet wird, Kraftstoff direkt in den Brennraum 14 ein.
Natürlich
können
die Lehren der vorliegenden Offenbarung auch auf Anwendungen angewendet werden,
bei denen zum Beispiel das Kraftstoffeinspritzventil 80 durch
die Oberseite oder das Dach des Zylinders 14 mittig eingebaut
ist, oder bei einer kanaleingespritzten Konfiguration. Analog können manchen
Anwendungen eine kombinierte Anordnung aus Kanal- /Direkteinspritzung umfassen. Die Motorsteuerung
während
transienter Vorgänge
gemäß der vorliegenden
Offenbarung kann insbesondere bei kanaleingespritzten Anwendungen
brauchbar sein, um Ansaugkrümmerfüllungswirkungen
sowie die Wirkung von Druckdynamik auf Kraftstoffpfützen-Verdunstung besser
zu handhaben, die bei Direkteinspritzung oder kombinierten Kanal-/Direkteinspritzungsanwendungen
weniger signifikant sein kann.
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Der
Treiber 82 kann verschiedene Schaltungselemente und/oder
Elektronik enthalten, um von der Hochspannungsstromversorgung 120 selektiv
Strom zum Betätigen
eines dem Kraftstoffeinspritzventil 80 zugeordneten Solenoids
zu liefern, und kann abhängig
von der jeweiligen Anwendung und Implementierung einem einzelnen
Kraftstoffeinspritzventil 80 oder mehreren Kraftstoffeinspritzventilen
zugeordnet sein. Auch wenn dies bezüglich einer Direkteinspritzanwendung
veranschaulicht und beschrieben wird, bei der Kraftstoffeinspritzventile
häufig
eine Hochspannungsbetätigung
erfordern, wird der Durchschnittsfachmann erkennen, dass die Lehren
der vorliegenden Offenbarung auch auf Anwendungen übertragen
werden können,
die Kanaleinspritzung oder kombinierte Strategien mit mehreren Einspritzventilen
pro Zylinder und/oder mehreren Kraftstoffeinspritzungen pro Zyklus
verwenden, wie vorstehend beschrieben wurde.
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In
der Ausführungsform
von 1 spritzt das Kraftstoffeinspritzventil 80 eine
Kraftstoffmenge in einem oder mehreren Einspritzvorgängen pro
einzelnem Motorzyklus basierend auf dem aktuellen Betriebsmodus
als Reaktion auf ein Signal (fpw), das von dem Steuergerät 22 erzeugt
und von dem Treiber 82 verarbeitet und betrieben wird,
direkt in den Brennraum 14. Wie vorstehend beschrieben
kann das Kraftstoffeinspritzventil 80 als Aktor zum Steuern des
Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
während
eines transienten Vorgangs verwendet werden, indem die Pulsweite
des an dem Kraftstoffeinspritzventil 80 angelegten Signals
angepasst wird, um die dem Brennraum gelieferte Kraftstoffmenge
abzuwandeln, um für einen
ausgewählten
Zylinder ein erwünschtes Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu
erreichen. Die Kraftstoffpulsweite kann durch Anlegen eines adaptiven
Kraftstoffzufuhr- oder Anpassungswerts an einen Basiswert oder planmäßigen Wert,
der einer Anzahl von Verbrennungsvorgängen nach dem Detektieren der Auslösung eines
transienten Vorgangs entspricht, angepasst werden. Vorbekannte transiente Kraftstoffzufuhrstrategien
nutzen eine empirisch kalibrierte Kraftstoffsteigerung und Zeitkonstante,
die einer Abklingfunktion zugeordnet war, um den zugegebenen Kraftstoff
als Funktion von Zeit nach einem transienten Vorgang zu verringern.
Die adaptive transiente Kraftstoffzufuhrstrategie der vorliegenden
Offenbarung erlernt geeignete Werte automatisch beruhend auf der
Anzahl von Verbrennungsvorgängen nach
dem Auslösen
des transienten Vorgangs und dem erwünschten Luft/Kraftstoff-Verhältnis im
Verhältnis
zu dem erfassten oder tatsächlichen Luft/Kraftstoff-Verhältnis, um
die Kraftstoffzufuhr während
des transienten Vorgangs ohne empirische Kalibrierung präziser zu
steuern. Somit werden die Kraftstoffsteigerungsmenge und die Abklingfunktion automatisch
in die adaptiven Kraftstoffzufuhrwerte eingebettet, die ebenfalls
als Reaktion auf einen Fahrzeugtankvorgang angepasst werden können, um
die Eigenschaften des aktuellen Kraftstoffgemisches präziser wiederzugeben.
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Zu
dem geeigneten Zeitpunkt während
des Verbrennungszyklus erzeugt das Steuergerät 22 Signale (SA),
die von der Zündanlage 84 verarbeitet werden,
um mindestens eine Zündkerze 86, 88,
die einem einzelnen Zylinder 12 zugeordnet ist, während des
Arbeitstakts des Zylinders zu steuern, um Verbrennung in dem Brennraum 14 auszulösen. Anschließend legt
das Steuergerät 22 eine
Hochspannungsvorspannung über
mindestens einer Zündkerze 86, 88 an,
um die Ionisierungssignalfassung zu ermöglichen, um eine Rückmeldung
der Verbrennungsbeschaffenheit vorzusehen. Abhängig von der jeweiligen Anwendung
kann die Hochspannungsvorspannung über der Funkenstrecke (dem
Luftspalt) oder zwischen der Mittelelektrode der Zündkerze 86, 88 und
der Wand des Zylinders 12 angelegt werden.
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Wie
zuvor beschrieben versucht das Steuergerät 22, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis während eines transienten
Vorgangs zu steuern, um ein erwünschtes
oder planmäßiges Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu
erreichen, indem es die Kraftstoffpulsweite beruhend auf der Indexzahl
des aktuellen Verbrennungsvorgangs im Verhältnis zum Beginn des transienten
Vorgangs anpasst. Die Zündanlage 84 kann,
wie in 1 gezeigt, eine Ionenerfassungsschaltung 94 umfassen,
die einer oder beiden Zündkerzen 86, 88 in
einem oder mehreren Zylindern 12 zugeordnet ist. Die Ionenerfassungsschaltung 94 dient
zum selektiven Anlegen einer Vorspannung an mindestens einer der
Zündkerzen 86, 88 nach
einer Funkenentladung zum Erzeugen eines entsprechenden Ionenerfassungssignals,
wie durch die repräsentativen
Ionisierungserfassungssignale von 2 gezeigt,
zur Analyse durch das Steuergerät 22,
um Verbrennungsbeschaffenheit und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Verbrennungsvorgangs
zu ermitteln. Das Ionenerfassungssignal kann von dem Steuergerät 22 für verschiedene
Diagnose- und Verbrennungssteuerungszwecke verwendet werden, wobei
das erfasste Luft/Kraftstoff-Verhältnis durch Verarbeiten mindestens
einer Eigenschaft des Ionenerfassungssignals, beispielsweise des
Spitzenwerts, der Dauer, des Integrals, der Steuerzeiten, etc.,
ermittelt wird. In einer Ausführungsform
wird das Ionenerfassungssignal verwendet, um einen Hinweis auf Verbrennungsbeschaffenheit
und das tatsächliche
oder erfasste Luft/Kraftstoff-Verhältnis vorzusehen.
Das tatsächliche
Luft/Kraftstoff-Verhältnis
wird mit einem erwünschten
oder planmäßigen Luft/Kraftstoff-Verhältnis verglichen,
wobei die Differenz kombiniert mit dem Basiskraftstoffplanungsparameter
verwendet wird, um einen adaptiven Kraftstoffanpassungsparameter
zu ermitteln. Der adaptive Kraftstoffanpassungsparameter, der nach
Verbrennungsvorganganzahl indiziert ist, kann während anschließender transienter
Vorgänge
verwendet werden, um den während
eines bestimmten Verbrennungsvorgangs zugeführten Kraftstoff nach Beginn
des transienten Vorgangs anzupassen, so dass das tatsächliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis während des
transienten Vorgangs dem erwünschten
Luft/Kraftstoff-Verhältnis nahe
kommt.
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Das
Steuergerät 22 umfasst
Code, der durch Software und/oder Hardware implementiert ist, um das
System 10 zu steuern. Das Steuergerät 22 erzeugt Signale,
um Spulenladen und eine anschließende Funkenentladung für mindestens
eine Zündkerze 86, 88 auszulösen, und überwacht
das Ionisierungserfassungssignal während des Zeitraums nach der
angenommenen oder erwarteten Funkenentladung der mindestens einen
Zündkerze 86, 88,
wie unter Bezug auf 2–4 gezeigt
und beschrieben ist. Das Ionisierungserfassungssignal kann verwendet
werden, um Informationen bezüglich
Verbrennungsbeschaffenheit zum Steuern von Kraftstoffwirtschaftlichkeit,
Emissionen und Leistung neben dem Detektieren verschiedener Bedingungen vorzusehen,
die Motorklopfen, Fehlzündung,
Vorzündung
etc. umfassen können.
Dann steuert das Steuergerät 22 die Kraftstoffzufuhr
als Reaktion auf den Verbrennungsvorgangsindex, um den während des transienten
Vorgangs gelieferten Kraftstoff anzupassen, so dass sich das tatsächliche
Luft/Kraftstoff-Verhältnis
dem erwünschten
oder planmäßigen Luft/Kraftstoff-Verhältnis nähert.
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2 veranschaulicht
Signale, die zum Steuern des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
während
repräsentativer
transienter Vorgänge
der Beschleunigung und Abbremsung bei einem Sechszylinder-Verbrennungsmotor
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. Die repräsentativen
Signale können
durch einen zugeordneten Sensor vorgesehen werden, von einem oder mehreren
Sensoren gefolgert werden oder durch das Steuergerät 22 (1)
ermittelt werden. In der in 2 gezeigten
Ausführungsform
umfassen repräsentative
Signale ein Motordrehzahlsignal (RPM) 210, ein Gaspedal/Drossel-Signal 212,
ein Motorlast-/Luftladungssignal 214,
ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis(A/F)-Signal 216,
ein Ionenerfassungssignal 218, ein Verbrennungsvorgangssignal 220 und
einen Verbrennungsvorgangsindex 222. Der Durchschnittsfachmann
wird erkennen, dass verschiedene andere gemessene oder gefolgerte
Indikatoren verwendet werden können,
um einen transienten Vorgang zu detektieren und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis während des
transienten Vorgangs im Einklang mit den Lehren der vorliegenden
Offenbarung zu steuern. Abhängig
von der jeweiligen Anwendung und Implementierung können alternative
Signale/Indikatoren oder mehrere Signale/Indikatoren verwendet werden,
um verschiedene Vorgänge
zu detektieren oder besser zu unterscheiden, um die Robustheit des Systems
zu verbessern. Zum Beispiel kann ein transienter Vorgang durch eine Änderung
des RPM-Signals 210, durch das Pedal-/Drosselsignal 212 und/oder
das Last/Luftladungssignal 214 angezeigt werden. Manche
Signale/Indikatoren können
zugeordnete Eigenschaften aufweisen, die für bestimmte Anwendungen oder
Vorgänge
vorteilhaft oder nachteilig sind. Wie zum Beispiel in 2 gezeigt,
hinkt das Last-/Luftladungssignal 214 bei einem Beschleunigungsvorgang 230 im
Allgemeinen hinter dem Pedal-/Drosselsignal 212 und
dem RPM-Signal 210 her. Somit können die jeweiligen Kraftstoffzufuhr-Kompensationswerte
und/oder der Verbrennungsvorgangindex abhängig von dem jeweiligen Signal/Indikator bzw.
den jeweiligen Signalen/Indikatoren, die zum Detektieren eines transienten
Vorgangs verwendet werden, variieren. Zum Detektieren oder Anzeigen eines
Beschleunigungsvorgangs im Verhältnis
zu dem Signal/Indikator bzw. den Signalen/Indikatoren, die zum Detektieren
eines Abbremsungsvorgangs verwendet werden, kann ein anderes Signal/ein
anderer Indikator bzw. andere Signale/Indikatoren verwendet werden.
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Wie
in 2 veranschaulicht erfolgt während des eingeschwungenen
Betriebs, wie allgemein durch die Signale 210, 212 und 214 dargestellt,
ein Verbrennungsvorgang des ersten Zylinders (CYL1) bei 232,
wie durch Vorgangssignal 220 angezeigt. Es können ein
oder mehrere Signale verwendet werden, um einen Verbrennungsvorgang
anzuzeigen, beispielsweise ein Zündsignal,
das zu einer oder mehreren Zündkerzen 86, 88 gesendet
wird, ein Kurbelwellen- oder Nockenwellenstellungssignal, ein Zylinderdrucksignal,
etc. Das Ionenerfassungssignal 218 ist für normale
Verbrennung in dem entsprechenden Zylinder (CYL1) repräsentativ,
mit einem stöchiometrischen
Luft/Kraftstoff-Verhältnis,
das durch das A/F-Signal 216 angezeigt wird, das von einem
Abgassauerstoffsensor vorgesehen wird. Während des eingeschwungenen
Betriebs wird kein Indexsignal 222 für transienten Vorgang erzeugt.
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Das
Ionenerfassungssignal 218 veranschaulicht ein repräsentatives
Ionisierungserfassungssignal, das von dem Steuergerät 22 (1)
analysiert wird, um Verbrennungsbeschaffenheit (gute Verbrennung,
teilweise Verbrennung, Fehlzündung,
etc.) zu ermitteln und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis (im Verhältnis zum
stöchiometrischen
Verhältnis
oder zum absoluten Verhältnis)
zu folgern. In Echtzeit erfasste Ionenerfassungssignale für jeden
Motorzylinder für jede
Zündkerze
oder einen anderen Ionisierungssensor werden von dem Steuergerät 22 gesammelt
und gespeichert (1). Für jeden Verbrennungsvorgang
können
an jeder Zündkerze
die Informationen für
das letzte Motorzylinderfehlzünden
verarbeitet werden, um verschiedene Signaleigenschaften oder Merkmale
festzustellen, die Verbrennungsbeschaffenheit und/oder Luft/Kraftstoff-Verhältnis anzeigen, beispielsweise
Spitzenwerte, Signalintegralbereiche, abgeleitete Werte oder Steigungswerte,
auf diesen Werten beruhende Statistiken (beispielsweise Maximum,
Minimum, Mittel oder Variabilität)
oder Kurbelwellenpositionen (Steuerzeitwerte) für jeden der Werte oder Statistiken,
um Verbrennungsbeschaffenheit und Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu
ermitteln und/oder verschiedene Bedingungen wie zum Beispiel Fehlzündung zu
detektieren. Das jeweilige Merkmal oder die jeweilige(n) Eigenschaft(en)
des Ionisierungserfassungssignals, das zum Ermitteln von Verbrennungsbeschaffenheit
und Luft/Kraftstoff-Verhältnis verwendet
wird, kann/können
je nach Anwendung und Implementierung variieren. Die Ionensignale
für jede
Zündspule
in einem gemeinsamen Zylinder werden bei einer vorgegebenen Zeit
oder vorgegebenen Kurbelwellengradintervallen im Verhältnis zu
erwarteten Zündzeiten
abgetastet. Diese zeitbasierten Kurvenmerkmale und/oder winkelbasierten
Messungen können
gemittelt werden, um statistisch zufällige Komponenten des Ionenverbrennungssignals
zu entfernen.
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Die
Ionisierungserfassungssignale, wie sie hierin verwendet werden,
können
das Signal, das einem einzelnen Verbrennungsvorgang entspricht, oder
ein statistisch gemitteltes Signal für einen bestimmten Sensor,
Zylinder, Zyklus, etc. umfassen. Im Allgemeinen wird eine ausreichende
Anzahl von Abtastungen oder Zylindervorgangsreihen von Abtastungen
verwendet, um für
alle Messungen statistische Signifikanz sicherzustellen. Diese Messungen können in
einer Gruppe oder in Form eines Gleitfensters mit einer hinein und
einer hinaus erfasst werden. Die Datenelemente, die ein oder mehrere
Messreihen darstellen, können
verarbeitet werden, um eine Regressionsgleichung zu erzeugen, sobald
die Abtastungsgröße für die erwünschte statistische
Signifikanz geeignet ist. Diese Regressionsgleichungen und/oder Übertragungsfunktionen
können
dann verwendet werden, um entweder eine historische oder vorliegende
Beschaffenheit/Stabilität
der Motorverbrennung und/oder ein historisches oder vorliegendes
Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu
schätzen.
Die Regressionsgleichung und/oder Übertragungsfunktion können für den erwünschten
Grad an Genauigkeit regelmäßig aktualisiert
werden. Ein Fachmann wird auch erkennen, dass andere Systeme, beispielsweise
neuronale Netze, verwendet werden könnten, um Verbrennungsinformationen
von den Ionisierungserfassungssignalen sicherzustellen. Wenn die
Motorbetriebsdauer ausreicht, um gültige Messungen von Verbrennungsstabilität durch
andere Mittel als Ionisierungserfassung zuzulassen, können diese
Werte verwendet werden, um die Genauigkeit der Schätzung der
Verbrennungsstabilität
beruhend auf Ionisierungserfassung zu kalibrieren.
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Die
Regressionsgleichungen, Übertragungsfunktionen,
Verbrennungsstabilitätsschätzungen
und Korrekturen beruhend auf diesen Schätzungen können allesamt für anschließende Verwendung
wie hierin beschrieben adaptiv gespeichert werden, mit Rücksetzungen
oder Abwandlungen bei geeigneten Fahrzeugvorgängen, beispielsweise Tanken,
Höhenänderungen,
etc. 2 veranschaulicht ein repräsentatives Ionisierungserfassungssignal,
das mindestens einer Zündkerze
oder einem anderen Ionisierungssensor zugeordnet ist, während eines
repräsentativen
Verbrennungszyklus. Das Ionisierungserfassungssignal 218 wird
während
eines vorbestimmten Zeitraums nach der Zündung oder dem Zündfunken
analysiert. Die Verbrennungsbeschaffenheit kann durch die Höhe und Position
einer oder mehrerer Eigenschaftsspitzen des Ionisierungssignals 218 ermittelt
werden.
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Durch
die Änderung
der Werte für
ein oder mehrere Signale 210, 212 und 214 wird
ein transienter Beschleunigungsvorgang angezeigt. Bevor eine Schwellenanzahl
von Verbrennungsvorgängen
bei jeder Motor-/Umgebungsbetriebsbedingung vorliegt, wird wenig
oder keine transiente Kraftstoffkompensation vorgesehen, und das
A/F-Signal 216 schaltet
bei 234 mager, wenn zusätzliche
Luft in den Zylinder gesaugt wird. Bei einem zweiten Zylinder (CYL2)
erfolgt ein transienter Verbrennungsvorgang, wie durch Signal 220 angezeigt,
und der Index 222 für
transienten Verbrennungsvorgang wird inkrementiert. Das magere A/F-Verhältnis kann
zu einer teilweisen Verbrennung führen, die zu einer entsprechenden
Wellenform für
das Ionenerfassungssignal 218 führt, wie bei 236 gezeigt
ist. Durch das Steuergerät 22 werden
ein oder mehrere Eigenschaften oder Merkmale des Ionensignals 218 analysiert
oder verarbeitet, um ein entsprechendes Luft/Kraftstoff-Verhältnis für den Verbrennungsvorgangsindex
(1) zu folgern, der dem ersten Verbrennungsvorgang nach
Detektieren des Starts eines transienten Vorgangs entspricht. Die
Ionensignaleigenschaft(en) kann/können mit einem erfassten oder
tatsächlichen
Luft/Kraftstoff-Verhältnis für den Verbrennungsvorgang,
der mit dem erwünschten
oder planmäßigen Luft/Kraftstoff-Verhältnis verglichen
wird, korreliert werden. Die Differenz oder der Fehler zwischen
dem tatsächlichen
und dem erwünschten
Luft/Kraftstoff-Verhältnis
wird dann verwendet, um einen adaptiven transienten Kraftstoffanpassungswert
zu ermitteln, der dann in einem temporären Speicher und/oder Dauerspeicher
gespeichert wird, wie unter Bezug auf 3 veranschaulicht
und beschrieben ist. Nachdem Ionensignale von einer vorbestimmten
Anzahl von Verbrennungsvorgängen mit
einem entsprechenden Index und ähnlichen
Betriebsbedingungen verarbeitet wurden, kann der gespeicherte adaptive
transiente Kraftstoffanpassungswert an einer Basiskraftstoffmenge
oder planmäßigen Kraftstoffmenge
angelegt werden, um die Differenz zwischen einem erwünschten
und einem tatsächlichen
Luft/Kraftstoff-Verhältnis eines
anschließenden
Verbrennungsvorgangs während
einer transienten Bedingung zu verringern. Alternativ kann zum Beispiel
beruhend auf der Anzahl verarbeiteter transienter Vorgänge ein
Vertrauens- oder Gewichtungsfaktor ermittelt werden und an dem gespeicherten
Anpassungswert angelegt werden, so dass der Anpassungswert mehr
Gewicht erhält,
wenn weitere Verbrennungsvorgänge
analysiert werden.
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Das
Ionensignal 218 wird für
anschließende Verbrennungsvorgänge über eine
vorbestimmte oder adaptive Anzahl von Verbrennungsvorgängen nach Detektieren
des transienten Vorgangs 230 verarbeitet. Auch wenn fünf Verbrennungsvorgänge veranschaulicht
sind, können
typische transiente Vorgänge erheblich
mehr Verbrennungsvorgänge
umfassen, die mit einer bestimmten Beschleunigung, einer bestimmten
Abbremsung oder einem transienten Vorgang einer Betriebsbedingung
verbunden sind. Wie vorstehend beschrieben können zum Beispiel transiente
Vorgänge
auch durch Änderungen
der Motor- und/oder Umgebungsbetriebsbedingungen angezeigt werden,
beispielsweise während
Motoraufwärmen,
statt durch eine Änderung
der Gaspedalstellung oder der Last/Luftladung. Transiente Betriebsbedingungsvorgänge können durch Überwachen
von Sensorsignalen, beispielsweise Motorkühlmitteltemperatur (ECT), ermittelte
werden, wobei eine transiente Bedingung zum Beispiel durch eine Änderung oder Änderungsrate
des Signals angezeigt wird. Nach Eintreten einer ausgewählten Anzahl
von Verbrennungsvorgängen
wird der Index 222 für
transienten Vorgang zurückgesetzt,
während
auf Detektion des Beginns eines anschließenden transienten Vorgangs
gewartet wird. Adaptive Kraftstoffzufuhr-Korrekturwerte können separat für verschiedene
Arten von transienten Vorgängen,
beispielsweise Beschleunigung, Abbremsen und Betriebstransienten, indiziert
und gespeichert werden.
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Ein
transienter Abbremsvorgang wird im Allgemeinen durch eine Änderung
eines oder mehrerer Signale 210, 212, 214 angezeigt,
wie allgemein in 2 bei 240 dargestellt
ist. Ein entsprechendes Abweichen 244 des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses,
das durch einen EGO-Sensor gemessen wird, zeigt ein fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis an,
das zum Beispiel verglichen mit vortransienten Werten zu einer Änderung 250 der
Ionensignaleigenschaft führen
kann. Der Verbrennungsvorgang 242, der der Verbrennung in
Zylinder Nummer 3 (CYL3) entspricht, wird als der erste transiente
Verbrennungsvorgang indiziert, nachdem der aktuelle Abbremsvorgang
detektiert ist, wie durch Index 246 angezeigt ist. Das
Ionensignal 218 kann dann verwendet werden, um ein entsprechendes
tatsächliches
oder erfasstes Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu ermitteln, wobei ein
adaptiver Kraftstoffzufuhr-Korrekturwert
wie vorstehend bezüglich
des transienten Beschleunigungsvorgangs ermittelt wird. Wenn eine
Schwellenanzahl von Vorgängen verarbeitet
wurde, kann der gespeicherte adaptive Wert an einen anschließenden transienten
Vorgang angelegt werden, um ein erwünschtes Luft/Kraftstoff-Verhältnis vorzusehen.
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3 zeigt
schematisch adaptive transiente Kraftstoffzufuhr-Anpassungswerte,
die gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung nach Verbrennungsvorgang indiziert sind.
Tabellen 300 stellen allgemein Kraftstoffzufuhr-Anpassungs- oder Korrekturwerte
dar, die während
Motorbetrieb ermittelt und für
anschließende
Verwendung in dem Steuergerät 22 gespeichert
wurden, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis durch Steuern transienter
Kraftstoffzufuhr zu steuern. Der Durchschnittsfachmann wird erkennen,
dass mehrdimensionale Tabellen als Gruppen von eindimensionalen
Anordnungen in einem temporären
Speicher und/oder Dauerspeicher gespeichert werden können. Wie
in 3 gezeigt können
anders gesagt mehrdimensionale Tabellen als eine oder mehrere Gruppen
von Tabellen mit einem unterschiedlichen Lookup-Parameter gespeichert
werden. In einer Ausführungsform
sind separate mehrdimensionale Tabellen für Beschleunigungsvorgänge und
für Abbremsvorgänge vorgesehen.
Es können
auch separate Tabellen, die einer anderen Aktorsteuerung entsprechen,
vorgesehen werden. Zum Beispiel können aufgrund der Wirkung der
veränderlichen
Nockensteuerung, der veränderlichen Ventilsteuerung
und des Betriebs des Ladungsbewegungssteuerventils auf Kraftstoffpfützenbildung
und Verdunstungsraten bei manchen Anwendungen und Implementierungen
separate Tabellen für
einen oder mehrere dieser Aktoren vorgesehen werden. Alternativ
können
abhängig
von dem Betriebszustand einer bestimmten Luftstromsteuerungsvorrichtung
Gewichtungs- oder Anpassungsfaktoren an gespeicherten Werten angelegt
werden. Auf gespeicherte Kraftstoffzufuhr-Korrekturwerte kann zum Beispiel nach MAP/Last,
Verbrennungsvorgangsindex, ECT und Zeit ab Motorstart zugegriffen
werden. Gespeicherte Werte werden aktualisiert, wenn Verbrennungsvorgänge unter ähnlichen
Betriebsbedingungen auftreten, und können als Reaktion auf einen
Fahrzeugtankvorgang wie hierin beschrieben ebenfalls angepasst,
abgewandelt oder zurückgesetzt
werden. Werte können
auch unter Verwenden gespeicherter Werte aus einer oder mehreren
Tabellen interpoliert oder extrapoliert werden.
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4 ist
ein Flussdiagramm, das das Arbeiten eines Systems oder Verfahrens
zum Steuern eines Verbrennungsmotors während eines transienten Vorgangs
zeigt, der mindestens eine Zündkerze
pro Zylinder aufweist, um während
des transienten Vorgangs gelieferten Kraftstoff um eine Menge anzupassen,
die nach Anzahl von Verbrennungsvorgängen indiziert ist, die nach
dem Start des transienten Vorgangs erfolgen, um während des
transienten Vorgangs gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Offenbarung ein erwünschtes Luft/Kraftstoff-Verhältnis vorzusehen.
Wie der Durchschnittsfachmann verstehen wird, können die durch die Flussdiagrammblöcke dargestellten
Funktionen durch Software und/oder Hardware ausgeführt werden.
Abhängig
von der jeweiligen Verarbeitungsstrategie, beispielsweise ereignisgesteuert,
unterbrechungsgesteuert, etc. können
die verschiedenen Funktionen in einer anderen Reihenfolge oder Sequenz
als in den Figuren gezeigt ausgeführt werden. Analog können einer
oder mehrere Schritte oder Funktionen wiederholt ausgeführt oder
unterlassen werden, wenngleich dies nicht ausdrücklich gezeigt ist. In einer
Ausführungsform
werden die gezeigten Funktionen vorrangig von Software, Befehlen
oder Code umgesetzt, die in einem maschinell lesbaren Speichermedium
gespeichert und von einem mikroprozessor-basierten Rechner oder
Steuergerät
ausgeführt
werden, wie es zum Beispiel von dem Steuergerät 22 dargestellt wird,
um den Betrieb des Motors während
eines transienten Vorgangs zu steuern.
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Block 400 von 4 ermittelt,
ob ein Fahrzeugtankvorgang erfolgt ist. Wird ein Tankvorgang detektiert,
können
zuvor gespeicherte adaptive transiente Kraftstoffzufuhr-Korrekturwerte
abgewandelt oder angepasst werden, wie durch Block 402 dargestellt.
In einer Ausführungsform
werden zuvor gespeicherte Werte auf Null oder einen anfänglichen Nominalwert
zurückgesetzt.
In einer anderen Ausführungsform
werden die zuvor gespeicherten Werte als Reaktion auf den Tankvorgang
beruhend auf einer Menge zugegebenen Kraftstoffs im Verhältnis zu
vorhandenem Kraftstoff in einem Fahrzeugkraftstofftank abgewandelt.
Die adaptiven Werte können
proportional abgewandelt werden, oder es kann eine komplexere Gewichtungsfunktion
angelegt werden, so dass die Kraftstoffzufuhr-Korrekturwerte im
Allgemeinen die Eigenschaften des aktuellen Kraftstoffs in dem Fahrzeugkraftstofftank
widerspiegeln.
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Block 404 von 4 ermittelt,
ob ein transienter Vorgang ausgelöst wurde, indem er wie vorstehend
beschrieben ein oder mehrere Signale überwacht. Block 404 kann
auch die Art des transienten Vorgangs ermitteln, beispielsweise
Beschleunigung, Abbremsen oder Änderung
der Betriebsbedingungen (Höhe,
Temperatur, etc.). Wird kein transienter Vorgang angezeigt, fährt die
eingeschwungene Kraftstoffzufuhr- und Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung wie
durch Block 406 dargestellt fort. Wenn durch Block 404 eine
transiente Betriebsbedingung detektiert wird, ermittelt ein Sensor
ein erfasstes oder tatsächliches
Luft/Kraftstoff-Verhältnis,
das jedem Verbrennungsvorgang zugeordnet ist, nach dem transienten
Vorgang, wie durch die Blöcke 408 und 410 dargestellt
ist. In einer Ausführungsform
sieht ein Ionisierungssensor ein Signal vor, wobei mindestens eine
Eigenschaft oder ein Merkmal wie durch Block 408 dargestellt
verarbeitet wird, um ein tatsächliches Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu
folgern, wie durch Block 410 dargestellt ist. Zusätzlich zu
dem Verbrennungsvorgangsindex können
verschiedene andere aktuelle Betriebsbedingungen oder Parameter
ermittelt und dem erfassten Luft/Kraftstoff-Verhältnis
zugeordnet werden, beispielsweise ECT, MAP, Zeit seit Motorstart,
etc. Das tatsächliche
Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird
mit einem erwünschten
oder planmäßigen Luft/Kraftstoff-Verhältnis verglichen,
um eine Differenz oder einen Fehler des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
zu ermitteln, wie durch Block 412 dargestellt ist. Dann
wird ein adaptiver Kraftstoffzufuhr-Korrekturwert ermittelt, um
das erwünschte
Luft/Kraftstoff-Verhältnis
unter Verwenden des planmäßigen Basiskraftstoffwerts
und der Differenz des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses vorzusehen, wie durch
Block 414 dargestellt ist. Der adaptive Kraftstoffzufuhr-Korrekturwert
wird dann verarbeitet und in einer Speicherstelle gespeichert, die
dem aktuellen Verbrennungsvorgang und den aktuellen Betriebs-/Umgebungsparametern
entspricht, die dem Vorgang zugeordnet sind, wie allgemein unter
Bezug auf 3 gezeigt und beschrieben ist.
Der Korrekturwert kann durch Berechnen eines laufend ermittelten
Durchschnitts oder Verwenden einer anderen gewichteten Funktion verarbeitet
werden, um zum Beispiel den aktuellen Wert in einen historischen
Wert zu integrieren und den historischen Wert zu aktualisieren.
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Wie
ebenfalls in 4 gezeigt kann ein zuvor gespeicherter
transienter Kraftstoffzufuhr-Korrekturwert angelegt werden, um den
Basiskraftstoffzufuhrwert wie durch Block 420 dargestellt
anzupassen, nachdem eine Schwellenanzahl transienter Vorgänge verarbeitet
wurde, wie durch Block 418 dargestellt ist. Die Schwellenanzahl
transienter Vorgänge kann
abhängig
von den jeweiligen Umgebungs- und/oder Betriebsbedingungen variieren.
Zum Beispiel kann Betrieb bei leichter Last mehr verarbeitete Vorgänge als
Betrieb bei mittlerer Last fordern, da die Ionenerfassungssignal-Eigenschaften
unter Motorbetriebsbedingungen leichter Last mehr Variabilität aufweisen.
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Wie
unter Bezug auf 1–4 gezeigt und
beschrieben umfasst die vorliegende Offenbarung Ausführungsformen
mit verschiedenen Vorteilen. Zum Beispiel sieht die vorliegende
Offenbarung eine präzisere
Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses während transienter Vorgänge vor,
während sie
Entwicklungsressourcen senkt, die mit empirischer Kalibrierung verbunden
sind. Ausführungsformen
der vorliegenden Offenbarung können
auch eine adaptive Kraftstoffzufuhr vorsehen, um Änderungen von
Kraftstoffeigenschaften zu kompensieren, indem Fahrzeugtankvorgänge detektiert
und die adaptiven Werte entsprechend angepasst werden. Ferner können Ausführungsformen
der vorliegenden Offenbarung verwendet werden, um eine präzisere Steuerung
des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
während
Motoraufwärmen
vorzusehen, wenn ein Signal eines Abgassauerstoffsensors (HEGO/UEGO)
unter Umständen
nicht verfügbar
ist.
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Während eine
oder mehrere Ausführungsformen
gezeigt und beschrieben wurden, sollen diese Ausführungsformen
nicht alle möglichen
Ausführungsformen
innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche zeigen und beschreiben.
Vielmehr sind die in der Beschreibung verwendeten Worte Worte der
Beschreibung statt der Einschränkung, und
es können verschiedene Änderungen
vorgenommen werden, ohne vom Wesen und Schutzumfang der Offenbarung
abzuweichen. Während
verschiedene Ausführungsformen
so beschrieben worden sein können, dass
sie gegenüber
anderen Ausführungsformen oder
Umsetzungen des Stands der Technik bezüglich einer oder mehreren erwünschten
Eigenschaften Vorteile bieten oder bevorzugt sind, können, wie
einem Fachmann bekannt ist, ein oder mehrere Merkmale oder Eigenschaften
geopfert werden, um erwünschte
Eigenschaften des gesamten Systems zu erreichen, die von der spezifischen
Anwendung und Implementierung abhängen. Diese Eigenschaften umfassen,
sind aber nicht hierauf beschränkt:
Kosten, Festigkeit, Haltbarkeit, Lebensdauerkosten, Marktfähigkeit,
Erscheinungsbild, Verpackung, Größe, Zweckdienlichkeit,
Gewicht, Herstellbarkeit, einfache Montage etc. Die hierin erläuterten
Ausführungsformen,
die bezüglich
einer oder mehrerer Eigenschaften als weniger erwünscht als
andere Ausführungsformen
oder vorbekannte Implementierungen beschrieben werden, liegen nicht
außerhalb
des Schutzumfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen erwünscht sein.