DE102010043037A1

DE102010043037A1 - Verfahren zur Steuerung der Motortemperatur eines Motors

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Publication number: DE102010043037A1
Application number: DE102010043037A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Carl Ann Arbor Mukkala; Nathanael David Brighton Shaw; Jason Eugene Belleville Devries; Brian Michael Ann Arbor O'Neil; Michael Joseph Livonia Giunta
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2010-10-28
Publication date: 2011-05-05
Anticipated expiration: 2030-10-29
Also published as: US20110100340A1; US8505296B2; DE102010043037B4; US20130006487A1; CN102052168B; US8303465B2; CN102052168A

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Steuerung der Motortemperatur eines Motors mit einem weiten dynamischen Bereich offenbart. In einem Beispiel wird die Änderung einer Motortemperatur durch eine Steuerung bewertet. Die Steuerung kann Motoraktuatoren einstellen, um die Motortemperatur als Reaktion auf die Änderung zu begrenzen.

Description

Die vorliegende Anmeldung betrifft das Gebiet der Temperatursteuersysteme und -verfahren von Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen.
In jüngerer Zeit sind die Kraftstoffverbräuche von Verbrennungsmotoren durch Verkleinern des Motorhubraums und Vergrößern des dynamischen Bereichs von Motoren verbessert worden. Insbesondere sind kleinere Motoren aufgeladen worden, um die Leistung von größeren, weniger effizienten Motoren unter Vergrößerung des Kraftstoffverbrauchs mittels geringerer Motorpumpverluste bereitzustellen. Des Weiteren kann Motorleistung durch direktes Einspritzen von Kraftstoff in einen aufgeladenen Motor weiter verbessert werden, da Direkteinspritzung von Kraftstoff Kühlung der ankommenden Ladung unterstützt, wodurch zusätzliche Luft in Motorzylinder gelassen wird. Aufladen und Direkteinspritzung von Kraftstoff in Zylinder kann des Weiteren bewirken, dass die Motortemperatur mit einer Rate ansteigt, die größer ist als die von herkömmlichen Saugmotoren. Insbesondere können Zylindertemperaturen schnell ansteigen und das Fahrzeugkühlsystem mit zusätzlicher Hitze beaufschlagen, da mehr Ladung in die Zylinder eingelassen wird und da verkleinerte Motoren weniger Zylinder aufweisen können. Und da die Motortemperatur eine Anstiegsrate aufweisen kann, die größer ist als die von normalen Motoren mit Saugkanaleinspritzung, kann es schwieriger sein, die Motortemperaturen unter einer Sollhöhe zu halten, wenn eine Drehmomentanforderung gestellt ist. Somit können erhöhte Motorleistung und geringerer Kraftstoffverbrauch erreicht werden, aber die erhöhte Motorleistung kann der Anlass dafür sein, dass der Motor möglicherweise über einer Solltemperatur arbeitet.
Die Erfinder haben hier ein Verfahren zur Bereitstellung von erhöhter Motorleistung und verringertem Kraftstoffverbrauch unter gleichzeitiger Reduzierung der Möglichkeit eines Aufheizens eines Motors auf eine Temperatur, die größer ist als eine Solltemperatur, entwickelt. Insbesondere haben die Erfinder ein Verfahren zur Steuerung eines Motors entwickelt, das Folgendes umfasst: wenn die Motortemperatur geringer als ein erster Schwellwert ist, Begrenzen einer Motortemperaturänderungsrate, so dass sie kleiner als eine erste Größe ist; und wenn die Motortemperatur den ersten Schwellwert übersteigt, Begrenzen der Motortemperaturänderungsrate derart, dass sie kleiner als eine zweite Größe ist, wobei die zweite Größe kleiner als die erste Größe ist.
Die Leistung eines Motors mit einem weiten dynamischen Betriebsbereich kann erhalten werden, während die Möglichkeit des Betriebs des Motors über einer Solltemperatur reduziert wird, indem der Motor in Bezug auf die Motortemperatur und die Motortemperaturänderungsrate gesteuert wird. Wenn zum Beispiel ein Motor mit einer geringen Last arbeitet und das Motorkühlsystem eine übermäßige Kühlleistung hat, kann der Motor in Intervallen mit voller Last betrieben werden, ohne die Motorlastkapazität oder -leistungsabgabe zu begrenzen. Wenn der Motor andererseits über einen längeren Zeitraum mit höheren Lasten arbeitet, kann die Motorlastkapazität oder -leistungsabgabe während Zeiträumen, in denen volle Motorleistung angefordert ist, auf eine Höhe gesenkt werden, die geringer ist als die volle Motorleistung. Zur weiteren Verbesserung der Motortemperatursteuerung kann darüber hinaus die Verringerung von Motorleistungsabgabe unter Bedingungen höherer Motortemperatur in Beziehung zu (zum Beispiel proportional zu) der Änderungsrate der Motortemperatur gesetzt werden. Auf diese Weise kann Motorleistungsabgabe so gesteuert werden, dass die Möglichkeit eines Betriebs des Motors über einer Solltemperatur, wenn Motordrehmoment angefordert wird, verringert ist.
Die vorliegende Beschreibung kann mehrere Vorteile bieten. Zum Beispiel kann der Lösungsansatz die Möglichkeit einer Beeinträchtigung des Motors reduzieren, während der Motor eine gewünschte Leistungshöhe bereitstellt. Des Weiteren kann der Lösungsansatz gestatten, dass ein Motorhersteller adäquate Motorkühlung bereitstellt, ohne dass er das Motorkühlsystem überdimensionieren muss. Darüber hinaus kann der Lösungsansatz eine volle Leistungsabgabe bereitstellen, wenn das Kühlsystem eine überschüssige Kühlleistung aufweist. Des Weiteren kann der Lösungsansatz auch Motorleistungsabgabe begrenzen, wenn das Motorkühlsystem auf einem höheren Auslastungsausmaß arbeitet.
Die obigen Vorteile und andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Beschreibung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, alleine oder in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet, leicht hervor.
Es versteht sich, dass die obige Kurzdarstellung dazu vorgesehen ist, in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben werden. Sie soll keine Schlüssel- oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Erfindungsgegenstands aufzeigen, dessen Schutzbereich einzig durch die der ausführlichen Beschreibung folgenden Ansprüche definiert wird. Des Weiteren ist der beanspruchte Erfindungsgegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die irgendwelche oben oder in irgendeinem anderen Teil dieser Offenbarung angeführten Nachteile lösen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt eine schematische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Benzin-Direkteinspritzmotors mit Turbolader;
2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung der Motortemperatur;
3 zeigt ein Flussdiagramm einer Durchflusssteuerroutine zur Einstellung von Zylinderluftstrom; und
4 zeigt ein Diagramm von Beispielsignalen, wenn das Verfahren von 2 auf einen Motor angewandt wird.
Kurze Beschreibung der gezeigten Ausführungsformen
1 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften Motorsystems 100, das einen Mehrzylinder-Verbrennungsmotor 110 und Doppel-Turbolader 120 und 130 enthält. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann das Motorsystem 100 als Teil eines Antriebssystems für einen Personenkraftwagen enthalten sein. Das Motorsystem 100 kann Einlassluft über den Einlasskanal 140 erhalten. Der Einlasskanal 140 kann einen Luftfilter 156 enthalten. Mindestens ein Teil der Einlassluft (MAF_1) kann über einen ersten Zweig des Einlasskanals 140, wie bei 142 gezeigt, zu einem Verdichter 122 des Turboladers 120 geleitet werden, und mindestens ein Teil der Einlassluft (MAF_2) kann über einen zweiten Zweig des Einlasskanals 140, wie bei 144 gezeigt, zu einem Verdichter 132 des Turboladers 130 geleitet werden.
Der erste Teil der Gesamteinlassluft (MAF_1) kann über den Verdichter 122 komprimiert werden, wo er dem Einlasskrümmer 160 über den Einlassluftkanal 146 zugeführt werden kann. Somit bilden die Einlasskanäle 142 und 146 einen ersten Zweig des Lufteinlasssystems des Motors. Ebenso kann ein zweiter Teil der Gesamteinlassluft (MAF_2) über den Verdichter 132 komprimiert werden, wo er dem Einlasskrümmer 160 über den Einlassluftkanal 148 zugeführt werden kann. Somit bilden die Einlasskanäle 144 und 148 einen zweiten Zweig des Lufteinlasssystems des Motors. Wie in 1 gezeigt, kann Einlassluft von den Einlasskanälen 146 und 158 über einen gemeinsamen Einlasskanal 149 rekombiniert werden, bevor sie den Einlasskrümmer 160 erreicht, wo die Einlassluft dem Motor zugeführt werden kann. In einigen Beispielen kann der Einlasskrümmer 160 einen Einlasskrümmerdrucksensor 182 und/oder einen Einlasskrümmertemperatursensor 183 enthalten, die jeweils mit einem Steuersystem 190 in Verbindung stehen. Der Einlasskanal 149 kann einen Luftkühler 154 und/oder eine Drosselklappe 158 enthalten. Die Stellung der Drosselklappe kann durch das Steuersystem über einen Drosselklappenbetätiger 157 verstellt werden, der mit dem Steuersystem 190 kommunikativ verbunden ist. Wie in 1 gezeigt, kann ein Ventil 152 zur Verhinderung von Pumpen vorgesehen sein, um die Verdichterstufen der Turbolader 120 und 130 über einen Bypasskanal 150 gezielt zu umgehen. Als Beispiel kann sich das Ventil 152 zur Verhinderung von Pumpen öffnen, damit Strömung durch den Bypasskanal 150 strömen kann, wenn der Einlassluftdruck stromaufwärts der Verdichter einen Schwellwert erreicht.
Der Motor 110 kann mehrere Zylinder enthalten, von denen zwei in 1 als 20A und 20B gezeigt werden. Es sei darauf hingewiesen, dass der Motor 110 in einigen Beispielen mehr als zwei Zylinder, wie zum Beispiel 4, 5, 6, 8, 10 oder mehr Zylinder, enthalten kann. Diese verschiedenen Zylinder können gleichmäßig verteilt und in einer V-Konfiguration in einer Linie mit einem der Zylinder 20A und 20B angeordnet sein. Die Zylinder 20A und 20B können unter anderen Zylindern des Motors in einigen Beispielen identisch sein und identische Komponenten enthalten. Somit wird nur Zylinder 20A ausführlich beschrieben. Der Zylinder 20A enthält eine Brennkammer 22A, die durch die Brennkammerwände 24A definiert wird. Ein Kolben 30A ist in der Brennkammer 22A angeordnet und über einen Kurbelarm 32A mit einer Kurbelwelle 34 verbunden. Die Kurbelwelle 34 kann einen Motordrehzahlsensor 181 enthalten, der die Drehzahl der Kurbelwelle 34 identifizieren kann. Der Motordrehzahlsensor 181 kann mit dem Steuersystem 190 in Verbindung stehen, um eine Bestimmung der Motordrehzahl zu ermöglichen. Der Zylinder 20A kann eine Zündkerze 70A zur Zuführung eines Zündfunkens zur Brennkammer 22A enthalten. In einigen Beispielen kann die Zündkerze 70A jedoch weggelassen werden, zum Beispiel, wenn der Motor 110 zur Bereitstellung von Verbrennung über Kompressionszündung konfiguriert ist. Die Brennkammer 22A kann ein Kraftstoffeinspritzventil 60A enthalten, das in diesem Beispiel als Kraftstoffeinspritzventil auf Kanalbasis konfiguriert ist. In anderen Beispielen kann das Kraftstoffeinspritzventil 60A jedoch als ein Direkteinspritzventil im Zylinder konfiguriert sein.
Des Weiteren kann der Zylinder 20A mindestens ein Einlassventil 40A, das über einen Einlassventilaktuator 42A betätigt wird, und mindestens ein Auslassventil 50A, das über einen Auslassventilaktuator 52A betätigt wird, enthalten. Der Zylinder 20A kann zwei oder mehr Einlassventile und/oder zwei oder mehr Auslassventile zusammen mit zugehörigen Ventilaktuatoren enthalten. In diesem bestimmten Beispiel sind die Aktuatoren 42A und 52A als Nockenaktuatoren konfiguriert, in anderen Beispielen können jedoch auch elektromagnetische Ventilaktuatoren (EVA – electromagnetic valve actuators) verwendet werden. Der Einlassventilaktuator 42A kann zum Öffnen und Schließen des Einlassventils 40A zum Einlassen von Einlassluft in die Brennkammer 22A über den mit dem Einlasskrümmer 160 in Verbindung stehenden Einlasskanal 162 betätigt werden. Ebenso kann der Auslassventilaktuator 52A zum Öffnen und Schließen des Auslassventils 50A zum Ablassen von Verbrennungsprodukten aus der Brennkammer 22A in den Auslasskanal 166 betätigt werden. Auf diese Weise kann der Brennkammer 22A Einlassluft über den Einlasskanal 162 zugeführt werden, und Verbrennungsprodukte können über den Auslasskanal aus der Brennkammer 22A abgelassen werden.
Es versteht sich, dass der Zylinder 20B oder andere Zylinder des Motors 110 die gleichen oder ähnliche Komponenten des Zylinders 20A, wie oben beschrieben, enthalten können. Somit kann Einlassluft der Brennkammer 22B über den Einlasskanal 164 zugeführt werden, und Verbrennungsprodukte können über den Auslasskanal 168 aus der Brennkammer 22B abgelassen werden. Es sei darauf hingewiesen, dass in einigen Beispielen eine erste Zylinderbank des Motors 110, die den Zylinder 20A sowie andere Zylinder enthält, Verbrennungsprodukte über einen gemeinsamen Auslasskanal 166 ablassen kann, und eine zweite Zylinderbank, die den Zylinder 20B sowie andere Zylinder enthält, Verbrennungsprodukte über einen gemeinsamen Auslasskanal 168 ablassen kann.
Verbrennungsprodukte, die durch den Motor 110 über den Auslasskanal 166 abgelassen werden, können durch die Abgasturbine 124 des Turboladers 120 geleitet werden, die wiederum dem Verdichter 122 über die Welle 126 mechanische Arbeit zuführen kann, um die Einlassluft, wie oben beschrieben, zu komprimieren. Als Alternative dazu, können ein Teil der oder sämtliche Abgase, die durch den Auslasskanal 166 strömen, die Turbine 124 über den Turbinenbypasskanal 123, wie durch das Wastegate 128 gesteuert, umgehen. Die Stellung des Wastegates 128 kann durch einen Aktuator 129, wie durch das Steuersystem 190 geleitet, gesteuert werden. Als nicht einschränkendes Beispiel kann das Steuersystem 190 die Stellung des Aktuators 120 über ein Magnetventil 121 einstellen. In diesem bestimmten Beispiel erhält das Magnetventil 121 eine Druckdifferenz zur Erleichterung der Betätigung des Wastegates 128 über den Aktuator 129 aus der Differenz der Luftdrücke zwischen dem stromaufwärts des Verdichters 122 angeordneten Einlasskanal 142 und dem stromabwärts des Verdichters 122 angeordneten Einlasskanal 149. Wie durch 1 gezeigt, steht das Steuersystem 190 über das Magnetventil 121 mit dem Aktuator 129 in Verbindung. Es versteht sich jedoch, dass in anderen Beispielen andere geeignete Lösungsansätze zur Betätigung des Wastegates 128 verwendet werden können.
Ebenso können über den Auslasskanal 168 durch den Motor 110 abgelassene Verbrennungsprodukte durch die Abgasturbine 134 des Turboladers 130 geleitet werden, die wiederum dem Verdichter 132 über die Welle 136 mechanische Arbeit zuführen kann, um die durch den zweiten Zweig des Motoreinlasssystems strömende Einlassluft zu komprimieren. Als Alternative dazu können ein Teil oder sämtliche der durch den Auslasskanal 168 strömenden Abgase die Turbine 134 über den Turbinenbypasskanal 133, wie durch das Wastegate 138 gesteuert, umgehen. Die Stellung des Wastegates 138 kann durch den Aktuator 139, wie durch das Steuersystem 190 geleitet, gesteuert werden. Als nicht einschränkendes Beispiel kann das Steuersystem 190 die Stellung des Aktuators 139 über ein Magnetventil 131 einstellen. In diesem bestimmten Beispiel erhält das Magnetventil 131 eine Druckdifferenz zur Erleichterung der Betätigung des Wastegates 138 über den Aktuator 139 aus der Differenz der Luftdrücke zwischen dem stromaufwärts des Verdichters 132 angeordneten Einlasskanal 144 und dem stromabwärts des Verdichters 132 angeordneten Einlasskanal 149. Wie durch 1 gezeigt, steht das Steuersystem 190 über das Magnetventil 131 mit dem Aktuator 139 in Verbindung. Es versteht sich jedoch, dass in anderen Beispielen andere geeignete Lösungsansätze zur Betätigung des Wastegates 138 verwendet werden können.
In einigen Beispielen können die Abgasturbinen 124 und 134 als Turbinen mit verstellbarer Geometrie konfiguriert sein, wodurch zugehörige Aktuatoren 125 und 135 zur Einstellung der Stellung der Turbinenverdichterradschaufeln verwendet werden können, um die Höhe der Energie, die aus dem Abgasstrom erhalten und ihrem jeweiligen Verdichter zugeführt wird, zu ändern. Zum Beispiel kann das Steuersystem dazu konfiguriert sein, die Geometrie der Abgasturbinen 124 und 134 über ihre jeweiligen Aktuatoren 125 und 135 zu ändern.
Durch einen oder mehrere Zylinder über den Auslasskanal 166 abgelassene Verbrennungsprodukte können über den Auslasskanal 170 an die Umgebung geleitet werden. Der Auslasskanal 170 kann eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung, wie zum Beispiel einen Katalysator 174, und einen oder mehrere Abgassensoren, die zum Beispiel bei 184 und 185 gezeigt werden, enthalten. Ebenso können durch einen oder mehrere Zylinder über den Auslasskanal 168 abgelassene Verbrennungsprodukte über den Auslasskanal 172 an die Umgebung geleitet werden. Der Auslasskanal 172 kann eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung, wie zum Beispiel einen Katalysator 176, und einen oder mehrere Abgassensoren, wie zum Beispiel bei 186 und 187 gezeigt, enthalten. Die Abgassensoren 184, 185, 186 und/oder 187 können mit dem Steuersystem 190 in Verbindung stehen.
Eine Kühlmittelpumpe 59 beaufschlagt Motorkühlmittel von dem Motorsystem 100 zum Kühler 55 mit Druck. Die Kühlmittelpumpe 59 kann mechanisch oder elektrisch angetrieben sein. Bei einer Ausführungsform wird eine elektrisch angetriebene Kühlmittelpumpe durch das Steuersystem 190 als Reaktion auf Motorbetriebsbedingungen aktiviert und deaktiviert. Durch das Motorsystem 100 erwärmtes Kühlmittel wird bei seinem Durchströmen des Kühlers 55 gekühlt. Ein Thermostat 57 regelt den Kühlmittelstrom vom Kühler 55 zum Motorsystem 100. Der Thermostat 57 kann durch eine Wachskugel oder elektronisch durch die Steuerung 190 gesteuert werden. Der Thermostat 57 öffnet, um gekühltes Motorkühlmittel in das Motorsystem 100 zu lassen. Die Motorkühlmitteltemperatur kann von dem Motorkühlmitteltemperatursensor 112 ermittelt werden.
Das Motorsystem 100 kann verschiedene andere Sensoren enthalten. Zum Beispiel kann mindestens einer der Einlasskanäle 142 und 144 einen Luftmassensensor 180 enthalten. In einigen Beispielen kann nur einer der Einlasskanäle 142 und 144 einen Luftmassensensor enthalten. In noch anderen Beispielen können beide Einlasskanäle 142 und 144 einen Luftmassensensor enthalten. Ein Luftmassensensor kann beispielsweise ein Hitzedraht-Anemometer oder eine andere geeignete Vorrichtung zur Messung des Massendurchflusses der Einlassluft enthalten. Der Luftmassensensor 180 kann mit dem Steuersystem 190 in Verbindung stehen, wie in 1 gezeigt.
Das Steuersystem 190 kann eine oder mehrere Steuerungen enthalten, die dazu konfiguriert sind, mit den hier beschriebenen verschiedenen Sensoren und Aktuatoren zu kommunizieren. Als ein Beispiel kann das Steuersystem 190 mindestens eine elektronische Steuerung enthalten, die eine(n) oder mehrere von Folgendem umfasst: eine Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle zum Senden und Empfangen von elektronischen Signalen mit den verschiedenen Sensoren und Aktuatoren, eine zentrale Steuereinheit, einen Speicher, wie zum Beispiel einen Direktzugriffsspeicher (RAM – random accessible memory), einen Nurlesespeicher (ROM – read-only memory), einen Erhaltungsspeicher (KAM – keep alive memory), die jeweils über einen Datenbus kommunizieren können. Das Steuersystem 190 kann in einigen Beispielen einen PID-Regler (PID – proportional-integral-derivative/Proportional-Integral-Differenzial) enthalten. Es versteht sich jedoch, dass auch andere geeignete Regler verwendet werden können, wie für einen Fachmann angesichts der vorliegenden Offenbarung auf der Hand liegt.
Das Steuersystem 190 kann dazu konfiguriert sein, einen oder mehrere Betriebsparameter des Motors auf Einzelzylinderbasis zu ändern. Zum Beispiel kann das Steuersystem durch Verwendung eines VCT-Aktuators (VCT – variable cam timing/variable Nockensteuerung) die Ventilsteuerzeit verstellen, durch Ändern des Zeitpunkts, zu dem das Zündsignal der Zündkerze zugeführt wird, den Zündzeitpunkt verstellen, und/oder durch Ändern der Impulsbreite des Kraftstoffeinspritzsignals, das dem Kraftstoffeinspritzventil durch das Steuersystem zugeführt wird, den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt verstellen. Somit können mindestens die Zündzeitpunktverstellung, der Drosselklappenwinkel, die Ventilsteuerzeit und der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt durch das Steuersystem betätigt werden.
Nunmehr auf 2 Bezug nehmend, wird ein Flussdiagramm der Routine 200 zur Steuerung der Motortemperatur gezeigt. Bei 202 wird die Sollmotorleistung bestimmt. Bei einer Ausführungsform werden die Ist- oder die aktuelle Motordrehzahl und das Solldrehmoment multipliziert, um eine Sollmotorleistung zu ergeben. Das Sollmotordrehmoment kann aus Summieren geschätzter Motorreibverluste, Motorpumpverluste und Motorbremsmoment ermittelt werden. Die Motordrehzahl kann von dem Motordrehzahlsensor 181 von 1 ermittelt werden. Nach Bestimmung der Sollmotorleistung geht die Routine 200 zu 204 über.
Bei 204 wählt die Routine den höheren Wert von entweder der Sollmotorleistung oder einer vorbestimmten Leistungshöhe P_{START_MIN} und platziert das Ergebnis in der Variablen P_INIT(K). Durch Wahl des höheren der beiden Termen kann die unten beschriebene Steuerung die Motorleistung auf eine Höhe begrenzen, obgleich die Sollleistung weniger als P_{START_MIN} sein kann.
Dann geht die Routine 200 zu 206 über. Bei 206 berechnet die Routine 200, ob die abgetastete aktuelle Sollmotorleistung größer ist als die zuvor abgetastete Sollmotorleistung. Insbesondere, wenn P_INIT(K) > P_INIT(K – 1)_, dann geht die Routine 200 zu 208 über, ansonsten geht die Routine 200 zu 218 über. Wenn die aktuelle abgetastete Sollmotorleistung größer ist als die zuvor abgetastete Sollmotorleistung, geht die Routine 200 zu 208 über, wo eine gefilterte Motorleistungsvariable P_FILT mit der aktuellen abgetasteten Sollmotorleistung gefüllt wird. Ansonsten wird die Sollmotorleistung bei 218 durch einen Tiefpassfilter verarbeitet, der die gefilterte Motorleistungsvariable P_FILT aktualisiert, und dann geht die Routine 200 zu 210 über.
Bei 210 vergleicht die Routine 200 eine aktuelle abgetastete Motortemperatur (T_EB) mit einer Schwelltemperatur, bei der die Motortemperatur als Reaktion auf eine Motortemperaturrate (T_ON) gesteuert wird. Bei einer Ausführungsform kann die Motortemperatur eine Temperatur eines Motorblocks, eine Temperatur eines Zylinderkopfs oder eine Temperatur einer anderen Motorkomponente sein. Die Routine 200 ermittelt, ob eine Abtastung der aktuellen Motortemperatur größer gleich einer Schwelltemperatur ist, bei der es wünschenswert ist, die Motortemperatur als Reaktion auf eine Motortemperaturänderungsrate zu steuern. Des Weiteren ermittelt die Routine 200 bei 210, ob eine vorherige Motortemperaturabtastung (zum Beispiel eine Motortemperaturabtastung vor der aktuellen Motortemperaturabtastung) kleiner ist als eine Temperaturschwelle, bei der es wünschenswert ist, die Motortemperatur als Reaktion auf eine Motortemperaturänderungsrate zu steuern. Wenn die aktuelle Motortemperaturabtastung größer gleich der Schwelltemperatur ist und wenn die vorherige Motortemperaturabtastung kleiner als die Schwelltemperatur ist, geht die Routine 200 zu 212 über. Ansonsten geht die Routine 200 zu 220 über. Bei 220 stellt die Routine 200 die Steuervariable P_START auf einen Wert ein, der volle Motorleistung (P_FULL) darstellt. Bei 212 stellt die Routine 200 die Steuervariable P_START gleich P_FILT ein. P_START stellt die Motorleistung dar, die zu Beginn der Motortemperaturregelung zur Verfügung steht. Somit kann die Routine 200 P_START zwischen einer Leistungshöhe, bei der eine Motortemperatur eine Schwelltemperatur überstieg, bei der die Motortemperatur als Reaktion auf eine Motortemperaturrate (T_ON) gesteuert wird, und einer vorbestimmten Schwellleistungshöhe, die das Ausmaß darstellt, auf das die Motorleistung begrenzt werden kann (P_MINLMT), ändern.
Bei 214 stellt die Routine 200 eine Steuerung bereit, die den Fehler zwischen einer begrenzten Motortemperaturanstiegsrate (T'_LMT) und der Istmotortemperaturanstiegsrate (T'_EB) integriert, um Motorleistung einzustellen, wodurch die Motortemperatur begrenzt wird. Die begrenzte Motortemperaturanstiegsrate kann aus einer Funktion oder Tabelle bestimmt werden, die durch die aktuelle Istmotortemperatur indiziert wird. Bei einer Ausführungsform gibt die Funktion der begrenzten Motortemperaturanstiegsrate eine Motortemperaturänderungsratengrenze aus, die bei der aktuellen Motortemperatur erwünscht ist. Zum Beispiel kann bei einer Motortemperatur von 50°C die Rate des zugelassenen Motortemperaturanstiegs 15°C/min betragen, während die Rate des zugelassenen Motortemperaturanstiegs bei einer Motortemperatur von 100°C auf 2°C/min begrenzt ist.
Die Ausgabe der Tabelle, die die Motortemperaturanstiegsrate (T'_LMT) begrenzt, kann eine Hysterese zur Bestimmung der begrenzten Motortemperaturanstiegsrate enthalten. Wenn der Motor zum Beispiel auf einer ersten Motortemperatur (T_EB) betrieben wird, die unter der Schwelltemperatur liegt, bei der die Motortemperatur als Reaktion auf eine Motortemperaturrate (T_ON) gesteuert wird, kann die begrenzte Motortemperaturanstiegsrate ein erster Wert sein, der größer ist als andere Werte, so dass die Motortemperatur relativ schnell ansteigen kann (T'_LMT). Wenn die Motortemperatur (T_EB) auf eine zweite Motortemperatur ansteigt, die höher ist als die erste Motortemperatur, eine Temperatur, die über der Schwelltemperatur liegt, bei der die Motortemperatur als Reaktion auf eine Motortemperaturrate (T_ON) gesteuert wird, kann die begrenzte Motortemperaturanstiegsrate (T'_LMT) auf einen zweiten Wert eingestellt werden, der kleiner ist als der erste Wert. Die begrenzte Motortemperaturanstiegsrate kann gehalten oder etwas reduziert werden, ist aber immer noch beim zweiten Wert aktiv, bis die Motortemperatur auf einen Wert fällt, der kleiner ist als eine Schwelltemperatur, bei der die Motortemperatur als Reaktion auf eine Motortemperaturanstiegsrate gesteuert wird. Auf diese Weise ist es möglich, dass die Motortemperatur um die Schwelltemperatur variiert, bei der die Motortemperatur als Reaktion auf eine Motortemperaturanstiegsrate gesteuert wird, ohne die Steuerung wiederholt zu aktivieren und zu deaktivieren.
Die Ausgabe der Tabelle, die die Motortemperaturanstiegsrate (T'_LMT) begrenzt, kann auch so kalibriert werden, dass, wenn die abgetastete Istmotortemperatur (T_EB) geringer ist als eine Schwelltemperatur, bei der die Motortemperatur als Reaktion auf eine Motortemperaturrate (T_ON) gesteuert wird, die begrenzte Motortemperaturanstiegsrate (T'_LMT) dann höher sein kann als die Istmotortemperaturanstiegsrate (T'_EB).
Die Ausgabe der Tabelle, die die Motortemperaturanstiegsrate (T'_LMT) begrenzt, kann auch so kalibriert werden, dass, wenn die abgetastete Istmotortemperatur (T_EB) gleich einer Schwelltemperatur ist, bei der die Motortemperatur als Reaktion auf eine Motortemperaturrate (T_ON) gesteuert wird, die Motortemperaturanstiegsrate (T'_LMT) dann null sein kann.
Die Ausgabe der Tabelle, die die Motortemperaturanstiegsrate (T'_LMT) begrenzt, kann auch so kalibriert werden, dass, wenn die abgetastete Istmotortemperatur (T_EB) höher als eine Schwelltemperatur ist, bei der die Motortemperatur als Reaktion auf eine Motortemperaturrate (T_ON) gesteuert wird, die Motortemperaturanstiegsratengrenze (T'_LMT) geringer sein kann als die Istmotortemperaturanstiegsrate (T'_EB). Auf diese Weise kann die Steuerung zur Verfügung stehendes Motordrehmoment bis auf einen Schwellwert zur Steuerung der Motortemperatur verringern.
Bei 214 subtrahiert die Routine 200 des Weiteren die Istmotortemperaturanstiegsrate (T'_EB) von der Motortemperaturanstiegsratengrenze (T'_LMT), um einen Fehlerterm T'_ERROR zu erzeugen. Weiterhin integriert die Routine 200 T'_ERROR und addiert ihn zu P_START, um eine Motorleistungsgrenze P_LIMIT bereitzustellen, auf die die Motorleistung als Reaktion auf die Motortemperaturanstiegsrate und eine aktuelle Motortemperatur beschränkt ist.
Wenn die Motortemperatur geringer ist als eine Schwelltemperatur, bei der die Motortemperatur als Reaktion auf eine Motortemperaturrate (T_ON) gesteuert wird, dann steuert die Routine 200 somit die Motorleistung zur Begrenzung auf eine Höhe von P_START oder darüber, da Addieren von P_START zu dem integrierten Wert von T'_ERROR, wenn der Motor auf einer Temperatur, die kleiner ist als T_ON, betrieben wird, dahingehend wirken kann, P_LIMIT auf einen Wert zu erhöhen, der größer ist als P_START. Wenn andererseits die Motortemperatur größer ist als eine Schwelltemperatur, bei der die Motortemperatur als Reaktion auf eine Motortemperaturrate (T_ON) gesteuert wird, dann steuert die Routine 200 die Motorleistungsgrenze auf eine Höhe von P_START oder darunter, da Addieren von P_START zu dem integrierten Wert von T'_ERROR, wenn der Motor auf einer Temperatur betrieben wird, die größer ist als T_ON dahingehend wirken kann, P_LIMIT auf einen Wert zu verringern, der kleiner ist als P_START.
Als Nächstes wird bei 214 die Motorleistungsgrenze P_LIMIT durch die aktuelle Motordrehzahl geteilt, um ein begrenztes Drehmoment (T_LIMIT) zu erzeugen. Dann vergleicht die Routine 200 das Solldrehmoment T_DESIRED mit dem Grenzdrehmoment T_LIMIT und wählt den kleineren der beiden Werte aus. Durch Auswahl des kleineren Wertes gestattet die Routine 200, dass das Sollmotordrehmoment durch den Motor abgegeben wird, es sei denn, das Solldrehmoment übersteigt eine Höhe, die die Motortemperatur auf eine Höhe erhöht, die größer als erwünscht ist.
Somit kann die Steuerung der Routine 200 einen Motor so betreiben, dass während eines ersten Betriebszustands eine Temperaturänderungsrate des Motors geringer ist als eine erste Größe, und während eines zweiten Betriebszustands den Motor so betreiben, dass die Temperaturänderungsrate des Motors kleiner gleich einer zweiten Größe ist, wenn eine Motortemperatur einen ersten Schwellwert übersteigt, wobei die zweite Größe kleiner als die erste Größe ist. Weiterhin kann die Routine 200 die Motortemperaturanstiegsrate einstellen, indem sie das Motor-Luft-Kraftstoff-Gemisch fett einstellt, die Motoraufladung durch eine Wastegate- oder Schaufelstellung einstellt, den Zündzeitpunkt durch Steuerung des Zündwinkels einstellt, wobei der Funke mindestens einem Zylinder des Motors zugeführt wird, die Stellung einer Drosselklappenplatte einstellt oder die Ventilsteuerzeit (zum Beispiel durch Spätverstellen oder Frühverstellen der Ventilsteuerzeit oder durch Verringern des Ventilhubs) einstellt.
Darüber hinaus kann die Routine 200 ein Herunterschalten eines Automatikgetriebes begrenzen, wenn die berechnete resultierende Motordrehzahl nach dem Herunterschalten über einer Schwelldrehzahl liegen würde. Zum Beispiel kann ein Herunterschalten vom dritten Gang zum zweiten Gang gesperrt werden, wenn die Motorlast von einer ersten Motorlast auf eine zweite Motorlast ansteigt, wobei die zweite Motorlast größer ist als die erste Motorlast und die Motordrehzahl über 2400 U/min liegt. Andererseits kann die Routine 200 ein Herunterschalten eines Automatikgetriebes gestatten, wenn die Motorlast von einer ersten Motorlast auf eine zweite Motorlast verringert wird, wobei die zweite Motorlast geringer ist als die erste Motorlast, wenn die Motordrehzahl zum Beispiel geringer ist als 1200 U/min. Auf diese Weise kann die Routine 200 die Motortemperatur durch Sperren des Herunterschaltens des Getriebes, so dass die Motordrehzahl gesteuert wird, steuern.
Des Weiteren kann die Routine 200 Motortemperatur durch solches Einstellen eines Motorsteuerparameters regeln, dass eine Temperaturänderungsrate des Motors geringer ist als eine erste Größe, wenn eine Temperatur des Motors geringer ist als eine erste Schwelltemperatur. Des Weiteren kann die Routine 200 einen Motorsteuerparameter so einstellen, dass die Temperaturänderungsrate des Motors geringer ist als eine zweite Größe, wobei die zweite Größe geringer ist als die erste Größe, wenn eine Temperatur des Motors höher ist als eine zweite Schwelltemperatur.
Bei einer alternativen Ausführungsform kann ein Proportional-Integral-Differenzial-Regler bereitgestellt werden, der Motorleistung begrenzt, wenn sich die Motortemperatur einem Schwellwert nähert. Zum Beispiel kann die Istmotortemperatur von der Sollmotortemperatur subtrahiert werden, um einen Temperaturfehlerwert zu erzeugen. Der Temperaturfehlerwert kann integriert und mit einem Integralverstärkungsterm K_I multipliziert und zu einem Proportionalterm addiert werden, der mit einem Verstärkungsterm K_P multipliziert und zu einem Differenzialterm addiert wird, der mit einem Verstärkungsterm K_D multipliziert wird. Des Weiteren können die Verstärkungsterme K_P, K_I und K_D Funktionen sein, die mit Betriebsbedingungen variieren. Zum Beispiel kann die Proportionalverstärkung K_P eine erste Verstärkung aufweisen, wenn der Motortemperaturfehler geringer ist als ein Schwellwert, und K_P kann eine zweite, größere Verstärkung aufweisen, wenn die Motortemperatur höher ist als ein Schwellwert. Auf diese Weise kann die Proportionalverstärkung nichtlinear sein, so dass die Motorleistung stärker reduziert wird, wenn die Motortemperatur einen Schwellwert um ein vorbestimmtes oder kalibrierbares Ausmaß übersteigt. Ebenso können Integral- und Differenzialverstärkungen analog definiert werden. Die Ausgabe der PID-Steuerung kann dann zu der Sollmotorleistung addiert oder davon subtrahiert werden, wodurch die Motorleistung begrenzt wird, wenn sich die Motortemperatur einem Schwellwert (P_LIMIT) nähert. Die modifizierte Motorleistungsanforderung kann durch die aktuelle Motordrehzahl dividiert werden, um ein begrenztes Drehmoment (T_LIMIT) zu erzeugen. Dann kann das Solldrehmoment T_DESIRED mit T_LIMIT verglichen werden, und der niedrigere der beiden Werte kann gewählt werden. Die Routine 200 geht nach Bereitstellung einer Motordrehmomentanforderung T_REQUEST von 214 zu 216 über.
Bei 216 gibt die Routine 200 die Sollmotordrehmomentanforderung aus, indem sie die Motoraktuatoren einstellt. Das Verfahren von 3 ist eine Art und Weise der Ausgabe der Sollmotorleistung bei 216, obgleich andere Verfahren und Variationen erwartet werden. Nach der Ausgabe der angeforderten Leistung endet die Routine 200.
Nunmehr auf 3 Bezug nehmend, wird ein Flussdiagramm der Routine 300 zur Einstellung der Motoraktuatoren für ein Sollmotordrehmoment gezeigt.
Bei 302 bestimmt die Routine 300 die Motorbetriebsbedingungen. Die Motorbetriebsbedingungen können durch Abtasten von Daten von verschiedenen Fahrzeug- und/oder Motorsensoren, die gezeigt werden, aber nicht auf die in 1 dargestellten beschränkt sind, ermittelt und/oder überwacht werden. Zum Beispiel kann die Motortemperatur durch Abtasten der Ausgabe des in 1 gezeigten Motorkühlmitteltemperatursensors 112 ermittelt werden. Darüber hinaus können die Motorbetriebsbedingungen den Druck im Motoreinlasskrümmer, die Lufttemperatur im Motoreinlasskrümmer, den Druck in den Motorauslasskrümmern, die Temperatur in den Motorauslasskrümmern, den Zustand der Motorlambdasensoren, die Motordrehmomentanforderung, die Motordrehzahl und den Barometerdruck enthalten, sind aber nicht darauf beschränkt. Nach der Ermittlung der Motorbetriebsbedingungen geht die Routine zu 304 über.
Bei 304 wird der Sollluftmassenstrom aus der Istmotordrehzahl und einer Bedienerdrehmomentanforderung bestimmt, so dass der Motor die Motorsollleistung abgibt. Die Bedienerdrehmomentanforderung kann durch Beobachten der Stellung eines Fahrpedals, eines Hebels oder aus einem durch ein externes System (zum Beispiel einen analogen oder digitalen Befehl von einer Hybridfahrzeugsteuerung) erzeugten Signal bestimmt werden. Das Drehmomentanforderungssignal wird durch eine zweidimensionale Tabelle, die Motordrehzahldaten gegenüber der Fahrpedalstellung enthält, in eine Fahrerbremsmomentanforderung umgewandelt. Wenn abgefragt, gibt die Tabelle ein gewünschtes Fahrerbremsmoment aus. Das Sollfahrermoment kann mit der bei 214 von 2 bestimmten Motordrehmomentgrenze T_LIMIT verglichen werden. Wenn T_LIMIT größer ist als das Sollfahrermoment, ist das Sollfahrerbremsmoment auf T_LIMIT begrenzt, ansonsten bleibt das Sollfahrerbremsmoment unverändert. Das Sollfahrerbremsmoment wird mit dem zum Betrieb von Zubehör verwendeten Drehmoment und einer Schätzung des Motorpumpmoments summiert, um ein Sollmotorbremsmoment zu berechnen. Dies wird durch die folgende Gleichung dargestellt: Γ_{eng_brake_tor} = Γ_driver + Γ_acc + Γ_pump wobei Γ_{eng_brake_tor} das angeforderte Motorbremsmoment, Γ_driver die angeforderte oder die Sollfahrermomentanforderung, Γ_acc das Drehmoment zum Antrieb von Zubehör (zum Beispiel eines Klimaanlagenkompressors), und Γ_pump das Motorpumpmoment ist. Das angeforderte Motorbremsmoment und die Istmotordrehzahl werden dann dazu verwendet, eine Tabelle zu indizieren, die eine Motorlast ausgibt. Die Motorlast wird durch folgende Gleichung in Luftmassendurchsatz umgewandelt: des_am = sarchg·N· Num_cyl / 2·Load wobei des am der Sollluftmassendurchsatz des Motors, sarchg die Zylinderluftladungskapazität auf Grundlage des Zylindervolumens bei Standardtemperatur und -druck, N die Motordrehzahl, Num_cyl die Anzahl von Motorzylindern und Load eine Bruchzahl ist, die eine Motorluftkapazität darstellt. Die spezifische Luftladung in einem Zylinder kann durch folgende Gleichung bestimmt werden: Cyl_air_chg = Load·sarchg
Die Sollzylinderluftladung kann dann durch Verwendung der bekannten Beziehung zwischen Zylinderluftladung und Einlasskrümmerdruck in einen Einlasskrümmerdruck umgewandelt werden. Insbesondere besteht bei einigen variablen Nockenkonfigurationen eine nahezu lineare Beziehung zwischen Zylinderluftladung und Einlasskrümmerdruck. Eine Kurvenschar, die auf Motordrehzahl und Nockenstellungen basiert, kann gespeichert werden; sie beschreiben die Beziehung zwischen Nockenstellungen, Motordrehzahl, Zylinderluftladung und Krümmerdruck. Diese Tabellen können durch Verwendung der aktuellen Motordrehzahl, Nockenstellungen und Sollzylinderluftladung zur Bestimmung eines Solleinlasskrümmerdrucks indiziert werden. Der Solleinlasskrümmerdruck wird durch Interpolieren zwischen einer begrenzten Anzahl von empirischen Kurven bestimmt, die Zylinderladeluft in Beziehung zu Nockenstellungen und Einlasskrümmerdruck beschreiben. Bei anderen variablen Nockenkonfigurationen besteht zwischen Einlasskrümmerdruck und Zylinderluftstrom eine quadratische Beziehung. In diesen Fällen ist es möglich, die Wurzeln der Gleichung zu lösen und eine Gleichung zu erhalten, die Krümmerdruck als Funktion von Zylinderluftladung bei gegebenen Nockenstellungen ausgibt. Die US 7 380 447 beschreibt die Beziehung zwischen Zylinderluftladung und Krümmerdruck; auf sie wird hiermit für alle Absichten und Zwecke vollständig Bezug genommen.
Der Sollkrümmerdruck kann durch Einstellen der Stellung der Drosselklappenplatte zur Anpassung an den Sollzylinderluftstrom erreicht werden. Insbesondere kann die Drosselklappenstellung auf Grundlage des Solldruckverhältnisses an der Drosselklappe (zum Beispiel des Druckverhältnisses zwischen Sollkrümmerdruck und Drosselklappeneinlassdruck) und eines Drosselklappenwinkels, der den Sollmotorluftstrom bei dem Solldruckverhältnis an der Drosselklappe erzeugt, eingestellt werden. Falls gewünscht, kann die Drosselklappenplattenstellung unter Verwendung eines Proportional-Integral-Reglers, der die Drosselklappe auf Grundlage von Rückkopplung von einem Krümmerdrucksensor bewegt, weiter eingestellt werden.
Falls gewünscht, kann darüber hinaus der Motorzündzeitpunkt verstellt werden, wenn die Motorluftmenge eingestellt wird, indem einfach auf eine Tabelle von Zündwerten zugegriffen wird, die der geänderten Zylinderluftladung entsprechen. In einem Beispiel kann der Funken frühverstellt werden, wenn die Zylinderluftmenge reduziert wird.
Bei 306 wird die Turbolader-Wastegatestellung oder -Schaufelstellung eingestellt. Die Motordrehzahl und die Sollmotorlast werden zum Indizieren einer Tabelle verwendet, die eine Sollwastegatestellung ausgibt. Die Wastegatestellung kann weiterhin durch Einstellen der Wastegatestellung als Reaktion auf einen Drosselklappeneinlassdruckfehler für den Drosselklappeneinlassdruckfehler (das heißt den Solldrosselklappeneinlassdruck minus dem Istdrosselklappeneinlassdruck) eingestellt werden. In einem Beispiel kann ein Proportional-Integral-Regler verwendet werden, um Wastegate-Einstellungen auf Grundlage des Drosselklappeneinlassdruckfehlers zu bewerkstelligen. Die Routine geht zu 308 über.
Bei 308 werden die gesteuerten Nockenwellenstellungen oder Ventilsteuerzeiten bestimmt. Die Nockenwellen können Einlass- und Auslassnockenwellen sein oder einfach eine einzelne Einlass- oder Auslassnockenwelle. Als Alternative dazu können in diesem Schritt auf im Wesentlichen die gleiche Weise, das heißt durch Indexieren von vorbestimmten Tabellen und/oder Funktionen, Ventilhübe bestimmt werden. Motordrehzahl und Sollmotordrehmoment werden zum Indexieren von Tabellen verwendet, die empirisch vorbestimmte Nockensellen oder Ventilsteuerzeiten für jede Zylinderbank ausgeben. Bei einer Ausführungsform können Einlassnockenwellen spätverstellt werden, wenn die Motortemperatur über einer Schwellgröße liegt, so dass die Zylinderluftmenge reduziert wird. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Einlassnockenwellensteuerzeit frühverstellt werden, wenn die Motortemperatur über einer Schwellgröße liegt, so dass die Zylinderluftmenge reduziert wird. Dann geht die Routine 300 zu 310 über.
Bei 310 werden die Sollventilbetriebsverstellungen an Aktuatoren ausgegeben. In einem Beispiel wird die Kurbelwellenwinkelstellung bezüglich der Kurbelwellensteuerzeit in Tastverhältnissignale umgewandelt, die eine Früh- oder Spätverstellung der Nockenaktuatoren durch die Steuerung von Ölfluss zum Nockenphasenaktuator bewirken. Die Nockenwellenphasenwinkelsteuerung kann einfach Befehle ausgeben, die die Nockenwelle mit offener Regelschleife positionieren, oder die Steuerung kann Nockenwellenstellungsrückkopplung und einen Proportional-Integral-Stellungsregler verwenden. Ventilhubausmaße werden auf ähnliche Weise verarbeitet. Bei Systemkonfigurationen, die andere Arten von variablen Ventilaktuatoren, zum Beispiel elektrisch oder hydraulisch gesteuerte Aktuatoren, verwenden, kann einfach eine Zeitsteuerung oder Hubeinstellung erfolgen, um den Zeitpunkt zu ändern, bei dem Treiberschaltungen bestimmte Ventilaktuatoren betätigen. Dann geht die Routine 300 zu Schritt 312 über.
Bei 312 wird die Sollkraftstoffmassenladung bestimmt. Die ausgeglichene Zylinderluftladungsmasse wird mit dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis multipliziert, um die Sollkraftstoffmasse zu bestimmen. Nach der Aktualisierung der Kraftstoffzufuhr endet die Routine 300.
Nunmehr auf 4 Bezug nehmend, wird ein Diagramm von Beispielsignalen, wenn das Verfahren von 2 auf einen Motor zur Steuerung von Motortemperatur angewandt wird, gezeigt. Jedes Diagramm beginnt auf der Seite links und bewegt sich mit zunehmender Zeit auf der Seite nach rechts. Das erste Diagramm von oben zeigt die Motorkühlmitteltemperatur während der Zeitspanne von Interesse. Die Motortemperatur steigt von unten nach oben im Diagramm. Die Kennzeichnung X₁ und die entsprechende gestrichelte Linie stellen eine Hysteresetemperatur dar, eine Temperatur, über der Einstellung von Motorleistung zur Steuerung von Motortemperatur nach der Aktivierung aktiv bleibt, bis die Motortemperatur geringer ist als die Motortemperatur. Die Kennzeichnung X₂ und die entsprechende gestrichelte Linie stellen eine Motortemperatur dar, bei der die Motortemperatur als Reaktion auf eine Motortemperaturrate (zum Beispiel T_ON von 2) gesteuert wird. Die Kennzeichnung X₃ und die entsprechende gestrichelte Linie stellen eine Motortemperatur dar, die nicht übertroffen werden soll.
Das zweite Diagramm von oben auf der Seite stellt ein Sollmotordrehmoment dar. Sollmotorleistung kann durch eine Steuerung oder eine Fahrereingabe von einem Fahrpedal und Motordrehzahl bereitgestellt werden. Die Sollmotorleistung kann einer Bahn ähnlich dem Fahreranforderungsdrehmoment, natürlich modifiziert mit Motordrehzahl, folgen.
Das dritte Diagramm von oben auf der Seite stellt das begrenzte Motorleistungsmoment (zum Beispiel P_LIMIT von 2) dar. Es ist zu sehen, dass die Motortemperatur zwischen T₀ und T₁ keine Temperatur erreicht, die dazu ausreicht, Motortemperatursteuerung als Reaktion auf eine Motortemperaturrate (T_ON) zu beginnen. Deshalb kann zwischen der begrenzten Motorleistung (P_LIMIT) und der Sollmotorleistung (dem zweiten Diagramm von oben auf der Seite) eine Eins-zu-Eins-Beziehung bestehen. Zwischen T₁ und T₂ steigt die Motortemperatur über die Temperatur, die dazu ausreicht, Motortemperatursteuerung als Reaktion auf eine Motortemperaturzunahmerate (T_ON) zu beginnen. Und insbesondere durchquert die Sollmotorleistung als erstes bei T₁ die Motortemperatur, die dazu ausreicht, Motortemperatursteuerung als Reaktion auf eine Motortemperaturzunahmerate (T_ON) zu beginnen. Zwischen T₁ und T₂ nimmt die Sollmotorleistung ab und nimmt dann vor T₂ zu. In dieser gleichen Zeitspanne nimmt die Motorkühlmitteltemperatur unter die Motortemperatur ab, die dazu ausreicht, Motortemperatursteuerung als Reaktion auf eine Motortemperaturzunahmerate (T_ON) zu beginnen, aber die Motortemperatur bleibt über der Hysteresetemperatur, die mit X₁ gekennzeichnet ist. Es sei darauf hingewiesen, dass begrenzte Motorleistung P_LIMIT abnimmt, wenn die Motorkühlmitteltemperatur die Motortemperatur durchquert, die dazu ausreicht, Motortemperatursteuerung als Reaktion auf eine Motortemperaturzunahmerate (T_ON) zu beginnen. Begrenzte Motorleistung nimmt während der gleichen Zeitspanne ab, da die Motortemperatur weiter zunimmt. Demgemäß bewirkt die in 2 beschriebene Steuerung eine Verringerung der Motorleistung, so dass die Motortemperatur einen Schwellwert nicht übersteigt. Während die Sollmotorleistung weiter abfällt, beginnt die begrenzte Motorleistung erneut, der Sollmotorleistung zu folgen. Bei T₂ wird die Sollmotorleistung jedoch erhöht, und die begrenzte Motorleistung erhöht sich mit einer langsameren Rate als zwischen der Zeitspanne T₀ und T₁. Darüber hinaus ist die begrenzte Motorleistung begrenzt, so dass die Motortemperatur reduziert werden kann. Wenn die Sollmotorleistung geringer ist als die begrenzte Motorleistung, folgt die begrenzte Motorleistung dicht der Sollmotorleistung.
Das vierte Diagramm von oben auf der Seite zeigt, wann das Herunterschalten des Getriebes für berechnete resultierende Motordrehzahlen über einer Schwellmotordrehzahl deaktiviert wird. Das Herunterschalten des Getriebes wird deaktiviert, wenn die Motortemperatur eine Motortemperatur übersteigt, die dazu ausreicht, Motortemperatursteuerung als Reaktion auf eine Motortemperaturzunahmerate (T_ON) zu beginnen. Eine Deaktivierung des Herunterschaltens des Getriebes ist dadurch gekennzeichnet, dass das Signal von einem niedrigen Pegel zu einem hohen Pegel übergeht. Das Herunterschalten des Getriebes wird reaktiviert wenn die Motortemperatur eine Motortemperatur übersteigt, die geringer als die Hysteresetemperatur ist. Eine Deaktivierung des Herunterschaltens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Signal von einem hohen Pegel zu einem niedrigen Pegel übergeht.
Es versteht sich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen rein beispielhaft sind und dass diese bestimmten Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinne betrachtet werden sollen, weil zahlreiche Variationen möglich sind. Zum Beispiel können die obigen Lösungsansätze auf Reihenmotoren, V-Motoren und Boxermotoren mit 3 bis 12 Zylindern und anderen Motortypen angewandt werden.
Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung schließt somit alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und andere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hierin offenbart sind, ein.
Die folgenden Ansprüche weisen speziell auf bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen hin, die als neu und nicht offensichtlich betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf ”ein” Element oder ”ein erstes” Element oder das Äquivalent davon beziehen. Solche Ansprüche sollten als den Einschluss von einem oder mehreren solchen Elementen umfassend verstanden werden, wobei sie zwei oder mehr solche Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage von neuen Ansprüchen in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche werden, ob ihr Schutzbereich weiter, enger, gleich oder anders in Bezug auf die ursprünglichen Ansprüche ist, auch als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet. Zum Beispiel umfasst ein Lösungsansatz Betreiben eines Motors derart, dass eine Temperaturänderungsrate des Motors kleiner ist als eine erste Größe; und Betreiben des Motors derart, dass die Temperaturänderungsrate des Motors kleiner gleich einer zweiten Größe ist, wenn eine Motortemperatur einen ersten Schwellwert übersteigt, wobei die zweite Größer kleiner als die erste Größe ist. Der Lösungsansatz kann jedoch Einstellen oder Begrenzen von Aufladung oder Drosselklappe oder Nockensteuerung oder Kraftstofffluss oder eines anderen Parameters als Reaktion darauf, dass die Motortemperatur einen Schwellwert übersteigt, enthalten.
Bezugszeichenliste
Fig. 2

START
202: SOLLMOTORLEISTUNG BESTIMMEN
204: SOLLLEISTUNG ODER MINDESTLEISTUNG WÄHLEN
NO: NEIN
YES: JA
214: MOTORTEMPERATUR EINSTELLEN UND STEUERN
216: STEUERBEFEHLE AUSGEBEN
END: ENDE

START
302: MOTORBETRIEBSBEDINGUNGEN BESTIMMEN
304: SOLLLUFTMASSENSTROM BESTIMMEN
306: TURBOLADERSTEUERUNGEN EINSTELLEN
308: NOCKEN EINSTELLEN
310: MOTOREINSTELLUNGEN FÜR SOLLMOTORLEISTUNG AUSGEBEN
312: KRAFTSTOFF EINSTELLEN
ENDE

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 7380447 [0045]

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Motors, das Folgendes umfasst: wenn die Motortemperatur geringer als ein erster Schwellwert ist, Begrenzen einer Motortemperaturänderungsrate, so dass sie kleiner als eine erste Größe ist; und wenn die Motortemperatur den ersten Schwellwert übersteigt, Begrenzen der Motortemperaturänderungsrate derart, dass sie kleiner als eine zweite Größe ist, wobei die zweite Größe kleiner als die erste Größe ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Begrenzen der Motortemperaturänderungsrate ein Verringern eines dem Motor zugeführten Aufladungsausmaßes umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Begrenzen der Motortemperaturänderungsrate eine Begrenzen eines Zündwinkels, bei dem der Funken mindestens einem Zylinder des Motors zugeführt wird, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Aufladungsausmaß durch ein Laderegelventil begrenzt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Begrenzen der Motortemperaturänderungsrate ein Steuern einer Stellung einer Drosselklappenplatte des Motors umfasst.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Begrenzen der Motortemperaturänderungsrate Einstellen von Art und Menge von dem Motor zugeführtem Kraftstoff umfasst.
Verfahren zur Steuerung eines Motors, das Folgendes umfasst: Einstellen eines Motorsteuerparameters derart, dass eine Temperaturänderungsrate des Motors kleiner ist als eine erste Größe, wenn eine Temperatur des Motors geringer ist als eine erste Schwelltemperatur; und Einstellen eines Motorsteuerparameters derart, dass die Temperaturänderungsrate des Motors kleiner ist als eine zweite Größe, wobei die zweite Größer kleiner ist als die erste Größe, wenn eine Temperatur des Motors höher ist als eine zweite Schwelltemperatur.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Steuerparameter ein Sollaufladungsausmaß ist.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Steuerparameter eine Zylinderluftmenge ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der Steuerparameter ein Winkel einer Nockenwelle bezüglich einer Stellung einer Kurbelwelle ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, das weiterhin ein Ändern der zweiten Größe mit einer Temperatur des Motors umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, das weiterhin ein Begrenzen des Schaltens eines Getriebes, wenn die Temperatur des Motors höher ist als die zweite Schwelltemperatur, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Begrenzen ein Herunterschalten des Getriebes, wenn eine resultierende Drehzahl des Motors einen Schwellwert übersteigt, umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, das weiterhin ein Anreichern eines Luft-Kraftstoff-Gemisches mindestens eines Zylinders des Motors, wenn die Temperatur des Motors höher ist als die zweite Schwelltemperatur und eine Motorlast einen Schwellwert übersteigt, umfasst.
System zur Steuerung eines Motors, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das Folgendes umfasst: einen Turbolader, mindestens eine verstellbare Nockenwelle; ein Ventil für Direkteinspritzung zum Einspritzen von Kraftstoff zu mindestens einem Zylinder des Motors; ein Automatikgetriebe, das mit dem Motor gekoppelt ist; und eine Steuerung, die den Motor so steuert, dass eine Temperaturänderungsrate des Motors kleiner ist als eine erste Größe, wenn eine Temperatur des Motors geringer ist als eine erste Schwelltemperatur, wobei die Steuerung den Motor so betreibt, dass die Temperaturänderungsrate des Motors kleiner gleich einer zweiten Größe ist, wenn die Motortemperatur die erste Schwelltemperatur übersteigt, und die zweite Größe kleiner ist als die erste Größe, wobei die Steuerung Aufladung des Turboladers begrenzt, wenn die Motortemperatur die erste Schwelltemperatur übersteigt, wobei die Steuerung eine Stellung der mindestens einen verstellbaren Nockenwelle einstellt, wenn die Motortemperatur die erste Schwelltemperatur übersteigt, wobei die Steuerung die Menge von durch das Ventil für Direkteinspritzung eingespritztem Kraftstoff einstellt, wenn die Motortemperatur die erste Schwelltemperatur übersteigt, und wobei die Steuerung Schalten des Automatikgetriebes einstellt, wenn die Motortemperatur die erste Schwelltemperatur übersteigt.
System nach Anspruch 15, wobei das Einstellen des Schaltens des Automatikgetriebes Begrenzen des Herunterschaltens des Getriebes umfasst.
System nach Anspruch 16, wobei das Herunterschalten durch Verhindern von Herunterschalten, wenn die berechnete resultierende Motordrehzahl größer ist als ein Schwellwert, begrenzt wird.
System nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei das Einstellen der Stellung der mindestens einen verstellbaren Nockenwelle Spätverstellen der Steuerzeit der mindestens einen verstellbaren Nockenwelle umfasst.
System nach einem der Ansprüche 15 bis 18, das weiterhin Einstellen einer Stellung einer Drosselklappe, wenn der Motor den ersten Schwellwert übersteigt, umfasst.
System nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei die mindestens eine verstellbare Nockenwelle eine Einlassnockenwelle ist.