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GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft Zündungs- und Kraftstoffsteuersysteme und insbesondere den Zündfunken während eines aktiven Kraftstoffmanagements.
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HINTERGRUND
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Die hierin vorgesehene Hintergrundbeschreibung dient zu dem Zweck, den Kontext der Offenbarung allgemein darzustellen. Sowohl die Arbeit der derzeit genannten Erfinder, in dem Maß, in dem sie in diesem Hintergrundabschnitt beschrieben ist, als auch Aspekte der Beschreibung, die zum Zeitpunkt der Einreichung nicht auf andere Weise als Stand der Technik gelten, sind weder ausdrücklich noch implizit als Stand der Technik gegen die vorliegende Offenbarung zugelassen.
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Ein aktives KraftstoffmanagementTM (AFM) oder ein variabler Hubraum ermöglicht, den Hubraum eines Verbrennungsmotors (ICE) durch eine Deaktivierung eines oder mehrerer Zylinder zu verändern. Die Deaktivierung des bzw. der Zylinder verbessert die Kraftstoffwirtschaftlichkeit eines Fahrzeugs. Während Bedingungen mit leichter Last kann ein AFM-Modus eingeschaltet werden, um Zylinder eines Motors zu deaktivieren. Die deaktivierten Zylinder können während Bedingungen mit schwerer Last wieder aktiviert werden. Als ein Beispiel können die aktivierten Zylinder in einem V8-Motors während eines AFM-Modus auf 4 verringert werden. Als ein anderes Beispiel können die aktivierten Zylinder in einem V6-Motor während eines AFM-Modus auf 3 verringert werden.
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Während eines AFM-Modus wird kein Kraftstoff an die deaktivierten Zylinder geliefert. Ebenso werden Einlass- und Auslassventile der deaktivierten Zylinder in einem geschlossenen Zustand gehalten. Dies verhindert, dass Luft und Kraftstoff in die Verbrennungskammern der deaktivierten Zylinder eintreten, und es verhindert, dass Inhalte der Verbrennungskammern die deaktivierten Zylinder verlassen. Die deaktivierten Zylinder wirken während des AFM-Modus als Luftstoßdämpfer.
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Da sich die Auslassventile der deaktivierten Zylinder während des AFM-Modus nicht öffnen, kann sich Öl an den Zylinderwänden in den Verbrennungskammern ansammeln. Obwohl Kolben in den Zylindern Ölabstreifringe aufweisen, die verwendet werden, um zu verhindern, dass Öl in die Verbrennungskammern eintritt, entfernen die Ölabstreifringe nicht das gesamte Öl vollständig von den Zylinderwänden. Dieses Öl kann einen Nebel in den Verbrennungskammern bilden und sich über mehrere Verbrennungszyklen ansammeln.
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Das Öl kann sich beispielsweise zwischen Elektroden von Zündkerzen ansammeln. Da das Öl als ein Isolator wirkt, kann ein Zündfunken, der durch eine Zündkerze erzeugt wird, zwischen einer ersten Elektrode (z. B. einer Seitenelektrode) und einem Isolator (z. B. einem Keramikmaterial) überspringen, das eine zweite Elektrode (z. B. eine zentrale Elektrode) der Zündkerze umgibt. Dies verursacht Löcher in dem Isolator an der zweiten Elektrode und führt zu abgeriebenem Schmutz in einer Verbrennungskammer, der die Zylinderwände ankratzen kann. Der Schmutz kann eine vorzeitige Abnutzung des Kolbenrings und der Zylinderbohrung verursachen, was zu einem erhöhten Ölverbrauch führen kann.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es wird ein Motorsteuersystem für ein Fahrzeug geschaffen, das ein Modul für variablen Hubraum umfasst, das N von M Zylindern eines Motors während eines Kraftstoffmanagementmodus deaktiviert. N ist eine ganze Zahl, und Mist eine ganze Zahl größer als 1. Ein Zündfunkensteuermodul erzeugt während des Kraftstoffmanagementmodus ein Zündfunkenzeitpunktsignal für die N Zylinder basierend auf einer Vorverweilzeit und einem Kraftstoffmanagement-Verweilzeitmodifikator. Das Zündfunkensteuermodul verringert eine Verweilzeit der N Zylinder während des Kraftstoffmanagementmodus basierend auf dem Kraftstoffmanagement-Verweilzeitmodifikator.
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Gemäß anderen Merkmalen wird ein Motorsteuersystem für ein Fahrzeug geschaffen, und es umfasst ein Modul für variablen Hubraum, das N von M Zylindern eines Motors während eines Kraftstoffmanagementmodus deaktiviert. Ein Zündfunkensteuermodul erzeugt ein Zündfunkenzeitpunktsignal für die N Zylinder. Eine Zündspulenschaltung begrenzt während des Kraftstoffmanagementmodus ein Stromniveau einer Spule einer Zündkerze der N Zylinder auf ein vorbestimmtes Stromniveau und/oder eine sekundäre Spannung der Zündkerze auf ein vorbestimmtes Spannungsniveau.
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Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Offenbarung werden anhand der nachstehend vorgesehenen ausführlichen Beschreibung offensichtlich werden. Es versteht sich, dass die ausführliche Beschreibung und die speziellen Beispiele nur zu Darstellungszwecken gedacht sind und den Umfang der Offenbarung nicht einschränken sollen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Offenbarung wird anhand der ausführlichen Beschreibung und der begleitenden Zeichnungen verständlicher werden, wobei:
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1 eine beispielhafte Graphik eines elektronischen Zündfunkenzeitpunktsignals und eines entsprechenden Spulenstromsignals ist;
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2 ein Funktionsblockdiagramm eines Teils eines Motorsteuersystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist;
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3 ein Funktionsblockdiagramm eines anderen Teils des Motorsteuersystems von 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist;
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4A ein Logikflussdiagramm ist, das ein Verfahren zum Betreiben eines Motorsteuersystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt;
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4B eine Fortsetzung des Logikflussdiagramms von 4A ist; und
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5 eine beispielhafte Graphik von Spulenstromsignalen mit jeweiligen Verweilzeitmodifikatoren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die folgende Beschreibung ist nur beispielhafter Natur und ist in keiner Weise dazu gedacht, die Offenbarung, ihre Anwendungsmöglichkeit oder Verwendungen einzuschränken. Zu Zwecken der Klarheit werden die gleichen Bezugszeichen in den Zeichnungen verwendet, um ähnliche Elemente zu identifizieren. Wie hierin verwendet, sollte die Formulierung A, B und/oder C derart ausgelegt werden, dass sie ein logisches (A oder B oder C) unter Verwendung eines nicht exklusiven logischen Oders bedeutet. Es versteht sich, dass Schritte innerhalb eines Verfahrens in unterschiedlicher Reihenfolge ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu verändern.
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Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck Modul auf einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC), einen elektronischen Schaltkreis, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, fest zugeordnet oder als Gruppe) und einen Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, einen Schaltkreis der Schaltungslogik und/oder andere geeignete Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
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In der nachfolgenden Beschreibung können sich die Ausdrücke Haltezeit, Verweilzeit und Verweildauer auf die Zeitspanne beziehen, während der ein Strom einer Spule einer Zündkerze bzw. Spulen von Zündkerzen eines Motors zugeführt wird. In 1 ist eine Grafik eines elektronischen Zündfunkenzeitpunktsignals (EST-Signals) 2 und eines entsprechenden Spulenstromsignals 4 gezeigt. Das EST-Signal 2 umfasst, wie es gezeigt ist, Stromzufuhrpulse 6 mit entsprechenden Verweildauern (die Verweildauer D1 und D2 sind bezeichnet), während derer sich das EST-Signal 2 in einem eingeschalteten Zustand befindet. Eine Verweildauer bezieht sich auf die Breite eines Stromzufuhrpulses oder auf die Zeitspanne, während derer eine Spulenschaltung einer Spule einer Zündkerze einen Strom zuführt.
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Der Strom für die Spulenschaltung kann basierend auf der steigenden Flanke des Stromzufuhrpulses aktiviert und zugeführt werden. Der Strom für die Spulenschaltung kann basierend auf der fallenden Flanke des Stromzufuhrpulses und/oder basierend auf einer Zündfunkenzeit deaktiviert und nicht mehr zugeführt werden. Eine sekundäre Spannung einer Spulenschaltung kann zunehmen, bis ein Zündfunken über die Elektroden der Zündkerze auftritt. Dies ist durch die Stromrampen 7 des Spulenstromsignals 4 gezeigt. Der Strom in der Spulenschaltung wird verwendet, um den Zündfunken zu erzeugen. Die Zündfunkenzeit kann zu derselben Zeit auftreten wie die fallende Flanke des Stromzufuhrpulses, beispielsweise bei der fallenden Flanke 8.
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Die Amplitude oder das Stromniveau des Spulenstromsignals nimmt mit einer Zunahme der Verweildauer zu, wenn eine Versorgungsspannung konstant ist. Ein Beispiel dafür ist in 1 gezeigt, in der das Stromniveau C2 größer als das Stromniveau C1 ist, da die Verweildauer D2 größer als die Verweildauer D1 ist. Die Stromniveaus C2 und C1 entsprechen jeweils den Verweildauern D2 und D1.
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In 2 ist ein erster Teil 10 eines Motorsteuersystems gezeigt. Das Motorsteuersystem umfasst einen Motor 12 und ein Motorsteuermodul (ECM) 16. Das ECM 16 umfasst ein Zündfunkensteuermodul 18 und ein Modul 19 für variablen Hubraum, die in einem Kraftstoffmanagementmodus (FM-Modus) und in einem Modus mit aktiven Zylindern arbeiten. Ein oder mehrere Zylinder des Motors 12 sind während des FM-Modus deaktiviert. Die Deaktivierung eines Zylinders kann die Deaktivierung des Kraftstoffs für diesen Zylinder und das Halten von Einlass- und Auslassventilen dieses Zylinders in einem geschlossenen Zustand umfassen. Der Modus mit aktiven Zylindern bezieht sich darauf, dass der FM-Modus deaktiviert ist. Die Module 18, 19 für die Zündfunkensteuerung und für variablen Hubraum begrenzen die Verweilzeit, um die sekundäre Spannung über die Elektroden der Zündkerzen während des FM-Modus zu begrenzen.
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Der Motor 12 verbrennt ein Luft/Kraftstoffgemisch, um ein Antriebsdrehmoment für ein Fahrzeug basierend auf einem Fahrereingabemodul 20 zu erzeugen. Luft wird durch ein Drosselventil 26 in einen Einlasskrümmer 22 eines Drosselsteuersystems 24 des Motors 12 eingelassen. Das ECM 16 befiehlt einem Drosselaktuatormodul 28, das Öffnen des Drosselventils 26 zu regeln, um die Luftmenge zu steuern, die in den Einlasskrümmer 22 eingelassen wird. Die Luft aus dem Einlasskrümmer 22 wird in die Zylinder des Motors 12 eingelassen. Obgleich der Motor 12 mehrere Zylinder aufweisen kann, ist zu Darstellungszwecken ein einzelner repräsentativer Zylinder 30 gezeigt.
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Das ECM 16 kann ein Zylinderaktuatormodul 32 mittels des Moduls für variablen Hubraum anweisen, einige der Zylinder selektiv zu deaktivieren, um die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern. Die Zylinder können während Bedingungen mit leichter Last deaktiviert werden. Die Bedingungen mit leichter Last können umfassen, dass sich das Fahrerpedal in einem vorbestimmten Bereich und/oder bei einer Position befindet, die kleiner als eine vorbestimmte Position ist, dass sich die Drossel in einem vorbestimmten Bereich und/oder bei einer Position befindet, die kleiner als eine vorbestimmte Position ist, dass sich die Luft pro Zylinder in einem vorbestimmten Bereich befindet, dass sich die Drehmomentabgabe des Motors 12 in einem vorbestimmten Bereich befindet und/oder kleiner als ein vorbestimmtes Ausgangsdrehmoment ist, usw.
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Luft aus dem Einlasskrümmer 22 wird durch ein Einlassventil 34 in den Zylinder 30 eingelassen. Das ECM 16 steuert die Kraftstoffmenge, die durch ein Kraftstoffeinspritzungssystem 36 eingespritzt wird. Das Kraftstoffeinspritzungssystem 36 kann Kraftstoff an einem zentralen Ort in den Einlasskrümmer 22 einspritzen, oder es kann Kraftstoff an mehreren Orten, wie z. B. in der Nähe des Einlassventils jedes der Zylinder, in den Einlasskrümmer 22 einspritzen. Alternativ kann das Kraftstoffeinspritzungssystem 36 Kraftstoff direkt in die Zylinder einspritzen.
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Der eingespritzte Kraftstoff vermischt sich mit der Luft und erzeugt das Luft/Kraftstoffgemisch in dem Zylinder 30. Ein Kolben (nicht gezeigt) in dem Zylinder 30 komprimiert das Luft/Kraftstoffgemisch. Basierend auf einem Signal von dem ECM 16 aktiviert ein Zündfunken-Aktuatormodul 40 eines Zündungssystems 42 eine Zündkerze 44 in dem Zylinder 30, welche das Luft/Kraftstoffgemisch zündet. Das Zündfunken-Aktuatormodul 40 kann, wie in 3, als ein Zündungssteuermodul bezeichnet werden. Der Zeitpunkt des Zündfunkens kann relativ zu der Zeit spezifiziert werden, zu der sich der Kolben an seiner obersten Position befindet, die als oberer Totpunkt (TDC) bezeichnet wird, der Punkt, an dem das Luft/Kraftstoffgemisch am stärksten komprimiert ist.
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Die Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemischs treibt den Kolben abwärts, wodurch eine rotierende Kurbelwelle (nicht gezeigt) angetrieben wird. Der Kolben beginnt danach, sich wieder aufwärts zu bewegen, und treibt die Nebenprodukte der Verbrennung durch ein Auslassventil 48 heraus. Die Nebenprodukte der Verbrennung werden mittels eines Abgassystems 48 aus dem Fahrzeug ausgestoßen.
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Das Abgassystem 48 umfasst einen katalytischen Wandler 50, einen (primären) O2-Sensor 52 vor dem Wandler und einen (sekundären) O2-Sensor 54 nach dem Wandler. Der O2-Sensor 52 vor dem Wandler ist stromaufwärts (bezogen auf das Abgas) des katalytischen Wandlers 50 zwischen dem Auslasskrümmer und dem katalytischen Wandler angeordnet. Der O2-Sensor 54 nach dem Wandler ist stromabwärts des katalytischen Wandlers 50 angeordnet.
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Der katalytische Wandler 50 steuert Emissionen, indem die Oxidationsrate von Kohlenwasserstoffen (HC) und Kohlenmonoxid (CO) sowie die Reduktionsrate von Stickstoffoxiden (NOx) erhöht werden. Um eine Oxidation zu ermöglichen, benötigt der katalytische Wandler 50 O2. Die O2-Speicherkapazität des katalytischen Wandlers 50 gibt die Effizienz des katalytischen Wandlers bei dem Oxidieren des HC und des CO sowie die Fähigkeit des katalytischen Wandlers bei dem Reduzieren von NOx an.
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Der O2-Sensor 52 vor dem Wandler steht mit dem ECM 16 in Verbindung und misst den O2-Gehalt des Abgasstroms, der in den katalytischen Wandler 50 eintritt. Der O2-Sensor 54 nach dem Wandler steht mit dem ECM 16 in Verbindung und misst den O2-Gehalt des Abgasstroms, der aus dem katalytischen Wandler 50 austritt. Die primären und sekundären O2-Signale geben O2-Niveaus in dem Abgassystem 48 vor und nach dem katalytischen Wandler 50 an. Die O2-Sensoren 52, 54 erzeugen jeweilige primäre und sekundäre O2-Signale, die für eine Regelung des Luft/Kraftstoffverhältnisses bzw. von Luft/Kraftstoffverhältnissen an das ECM 16 zurückgeführt werden.
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Die Einlass- und Auslassventile 34, 48 können mittels eines Ventilsteuersystems 58 gesteuert werden, das Einlass- und Auslassnockenwellen 60, 62 umfassen kann. Bei verschiedenen Implementierungen können mehrere Einlassnockenwellen mehrere Einlassventile pro Zylinder und/oder die Einlassventile mehrerer Reihen von Zylindern steuern. Auf ähnliche Weise können mehrere Auslassnockenwellen mehrere Auslassventile pro Zylinder und die Auslassventile für mehrere Reihen von Zylindern steuern. Bei einer alternativen Ausführungsform kann das Positionieren der Einlass- und Auslassventile jedes Zylinders mittels einzeln zugeordneter Ventilaktuatoren (nicht gezeigt) einzeln und unabhängig gesteuert werden. Das Zylinderaktuatormodul 32 kann Zylinder deaktivieren, indem die Zufuhr von Kraftstoff gestoppt wird und indem die jeweiligen Auslass- und/oder Einlassventile abgeschaltet werden.
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Die Zeit, zu der das Einlassventil 34 geöffnet wird, kann durch einen Einlass-Nockenphasensteller 64 bezogen auf den Kolben-TDC variiert werden. Die Zeit, zu der das Auslassventil 48 geöffnet wird, kann durch einen Auslass-Nockenphasensteller 66 bezogen auf den Kolben-TDC variiert werden. Ein Phasensteller-Aktuatormodul 68 steuert die Phasensteller 64, 66 basierend auf Signalen von dem ECM 16.
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Das Motorsteuersystem kann eine Ladedruckeinrichtung aufweisen, die unter Druck stehende Luft an den Einlasskrümmer 22 liefert. Beispielsweise zeigt 1 einen Turbolader 70. Der Turbolader 70 wird durch Abgase angetrieben, die durch das Abgassystem 48 strömen, und liefert eine komprimierte Luftladung an den Einlasskrümmer 22. Die Luft, die verwendet wird, um die komprimierte Luftladung zu erzeugen, kann aus dem Einlasskrümmer 22 entnommen werden.
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Ein Ladedruck-Regelventil 72 kann dem Abgas ermöglichen, an dem Turbolader 70 vorbeizuströmen, wodurch die Ausgabe des Turboladers (oder der Ladedruck) verringert wird. Das ECM 16 steuert den Turbolader 70 mittels eines Ladedruck-Aktuatormoduls 74. Das Ladedruck-Aktuatormodul 74 kann den Ladedruck des Turboladers 70 modulieren, indem die Position des Ladedruck-Regelventils 72 gesteuert wird. Die komprimierte Luftladung wird durch den Turbolader 70 an den Einlasskrümmer 22 geliefert. Ein Zwischenkühler (nicht gezeigt) kann einen Teil der Wärme der komprimierten Luftladung dissipieren, die erzeugt wird, wenn die Luft komprimiert wird, und die auch aufgrund der Nähe der Luft zu dem Abgassystem 48 erhöht sein kann. Alternative Motorsysteme können einen Turbokompressor aufweisen, der komprimierte Luft an den Einlasskrümmer 22 liefert und durch die Kurbelwelle angetrieben wird.
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Das Motorsteuersystem kann ein Abgasrückführungsventil (AGR-Ventil) 80 aufweisen, das Abgas selektiv zurück zu dem Einlasskrümmer 22 zurückleitet. Bei verschiedenen Implementierungen kann das AGR-Ventil 80 kann hinter dem Turbolader 70 angeordnet sein. Das Motorsteuersystem kann die Drehzahl der Kurbelwelle in Umdrehungen pro Minute (RPM) unter Verwendung eines RPM-Sensors 90 messen. Die Temperatur des Motorkühlmittels kann unter Verwendung eines Motorkühlmittel-Temperatursensors (ECT-Sensors) 92 gemessen werden. Der ECT-Sensor 92 kann in dem Motor 12 oder an anderen Orten angeordnet sein, an denen das Kühlmittel zirkuliert, wie z. B. einem Kühler (nicht gezeigt).
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Der Druck in dem Einlasskrümmer 22 kann unter Verwendung eines Krümmerabsolutdrucksensors (MAP-Sensors) 94 gemessen werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann ein Motorunterdruck gemessen werden, wobei der Motorunterdruck die Differenz zwischen dem Umgebungsluftdruck und dem Druck in dem Einlasskrümmer 22 ist. Die Luftmasse, die in den Einlasskrümmer 22 strömt, kann unter Verwendung eines Luftmassenströmungssensors (MAF-Sensors) 96 gemessen werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann der MAF-Sensor 96 in einem Gehäuse mit dem Drosselventil 26 angeordnet sein.
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Das Drosselaktuatormodul 28 kann die Position des Drosselventils 26 unter Verwendung eines oder mehrerer Drosselpositionssensoren (TPS) 98 überwachen. Die Umgebungstemperatur der Luft, die in das Motorsteuersystem eingelassen wird, kann unter Verwendung eines Einlassluft-Temperatursensors (IAT-Sensors) 100 gemessen werden. Das ECM 16 kann Signale von den Sensoren verwenden, um Steuerentscheidungen für das Motorsteuersystem zu treffen.
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Das ECM 16 kann mit einem Getriebesteuermodul 102 in Verbindung stehen, um ein Wechseln von Gängen in einem Getriebe (nicht gezeigt) abzustimmen. Beispielsweise kann das ECM 16 das Drehmoment während eines Gangwechsels verringern. Das ECM 16 kann mit einem Hybridsteuermodul 104 in Verbindung stehen, um den Betrieb des Motors 12 und eines Elektromotors 106 abzustimmen. Der Elektromotor 106 kann auch als ein Generator funktionieren, und er kann verwendet werden, um elektrische Energie zur Verwendung durch elektrische Systeme des Fahrzeugs und/oder zur Speicherung in einer Batterie zu erzeugen. Bei verschiedenen Implementierungen können das ECM 16, das Getriebesteuermodul 102 und das Hybridsteuermodul 104 in ein oder mehrere Module integriert werden.
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Um abstrakt auf die verschiedenen Steuermechanismen des Motors 12 Bezug zu nehmen, kann jedes System, das einen Motorparameter variiert, als ein Aktuator bezeichnet werden. Beispielsweise kann das Drosselaktuatormodul 28 die Schaufelposition und damit die Öffnungsfläche des Drosselventils 26 ändern. Das Drosselaktuatormodul 28 kann daher als ein Aktuator bezeichnet werden, und die Öffnungsfläche der Drossel kann als eine Aktuatorposition bezeichnet werden.
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Auf ähnliche Weise kann das Zündfunken-Aktuatormodul 40 als ein Aktuator bezeichnet werden, während die entsprechende Aktuatorposition der Betrag der Zündfunkenvorverstellung ist. Andere Aktuatoren umfassen das Ladedruck-Aktuatormodul 74, das AGR-Ventil 80, das Phasensteller-Aktuatormodul 68, das Kraftstoffeinspritzungssystem 36 und das Zylinderaktuatormodul 32. Der Ausdruck Aktuatorposition bezogen auf diese Aktuatoren kann dem Ladedruck, der AGR-Ventilöffnung, den Einlass- und Auslass-Nockenphasenstellerwinkeln, dem Luft/Kraftstoffverhältnis bzw. der Anzahl der aktivierten Zylinder entsprechen.
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Nun auch auf 3 Bezug nehmend, ist ein zweiter Teil 10 des Motorsteuersystems gezeigt. Der zweite Teil 10 umfasst das ECM 16, das Drosselsteuersystem 24, das Kraftstoffeinspritzungssystem 36, das Zündungssystem 42 und die Ventilsteuersysteme 58. Das ECM 16 umfasst das Zündfunkensteuermodul 18 und das Modul 19 für variablen Hubraum, die mit den Systemen 24, 36, 42, 58, den Sensoren 120, dem Speicher 122 und einem FM-Timer 124 in Verbindung stehen können. Das ECM 16 umfasst auch ein Drosselsteuermodul 123, ein Kraftstoffsteuermodul 124 und ein Ventilsteuermodul 125, die jeweils mit dem Drosselsteuersystem 24, dem Kraftstoffeinspritzungssystem 36 und dem Ventilsteuersystem 58 in Verbindung stehen.
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Die Sensoren 120 können den Motordrehzahlsensor 90 und/oder einen Fahrzeugdrehzahlsensor 126 umfassen. Die Sensoren 120 können auch Temperatursensoren 128 umfassen, wie beispielsweise einen Kühlmitteltemperatursensor 130 und einen Öltemperatursensor 132. Die Sensoren 120 können ferner einen Fahrerpedalsensor (Gaspedalsensor) 134 und/oder einen Drosselpositionssensor 136 sowie andere Sensoren 138 umfassen, wie beispielsweise die Sensoren, die vorstehend unter Bezugnahme auf 2 erwähnt wurden.
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Das Zündungssystem 42 kann eine Zündspulenschaltung bzw. Zündspulenschaltungen 140 mit einem jeweiligen Zündungssteuermodul bzw. jeweiligen Zündungssteuermodulen 40', eine Spule bzw. Spulen 142 und Zündkerzen 44' umfassen. Eine Zündspulenschaltung kann für jede Zündkerze vorgesehen sein, oder es kann eine einzelne Zündungssteuerschaltung für mehrere Zündkerzen vorgesehen sein. Die Zündspulenschaltungen 140 können einen Strom von einer Stromversorgung 146 aufnehmen, wie beispielsweise einer Batterie oder einer Batteriepackung, und den Strom den Spulen 142 zuführen. Das Zündungssteuermodul bzw. die Zündungssteuermodule 40' kann bzw. können jeweils einen ASIC umfassen, der den Strom zu der Spule bzw. zu den Spulen und den Zündfunkenzeitpunkt basierend auf einem EST-Signal von dem Zündfunkensteuermodul 18 steuert.
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Nun auch auf 4A und 4B Bezug nehmend, ist ein Logikflussdiagramm gezeigt, das ein Verfahren zum Betreiben eines Motorsteuersystems darstellt, das ein Begrenzen einer Spannung über Elektroden von Zündkerzen eines Motors umfasst. Obwohl die nachfolgenden Schritte hauptsächlich unter Bezugnahme auf die Ausführungsformen von 2–3 beschrieben sind, können die Schritte leicht modifiziert werden, um für andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu gelten. Das Verfahren kann bei Schritt 200 beginnen.
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Bei Schritt 202 werden Sensorsignale erzeugt und durch das Zündfunkensteuermodul 18 sowie durch das Modul 19 für variablen Hubraum empfangen. Die Sensorsignale können beispielsweise ein Fahrzeugdrehzahlsignal, ein Motordrehzahlsignal, ein Temperatursignal und ein Fahrerpedal- und/oder ein Drosselpositionssignal umfassen, die durch die Sensoren 120 erzeugt werden. Bei Schritt 203 werden die Sensorsignale überwacht, und Schritt 204 wird ausgeführt, wenn Bedingungen für den FM-Modus erfüllt sind. Beispielsweise kann Schritt 204 ausgeführt werden, wenn die Motorlast, die Luft pro Zylinder, die Fahrerpedalposition und/oder die Drosselposition jeweils innerhalb von vorbestimmten Bereichen liegen.
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Bei Schritt 204 aktiviert das Modul 19 für variablen Hubraum den FM-Modus basierend auf den Sensorsignalen. Schritt 205 wird ausgeführt, wenn der FM-Modus aktiviert wird. Schritt 230 wird ausgeführt, wenn der FM-Modus nicht aktiviert wird.
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Bei Schritt 205 kann das Modul 19 für variablen Hubraum N von M Zylindern des Motors 12 während des FM-Modus beispielsweise basierend auf der Motorlast deaktivieren. N ist eine ganze Zahl, und M ist eine ganze Zahl größer als 1. M–N der Zylinder werden während des FM-Modus in einem aktiven Zustand gehalten. Der Kraftstoff für die N Zylinder wird deaktiviert. Die Einlass- und Auslassventile der N Zylinder werden in einem geschlossenen Zustand gehalten.
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Nach Schritt 205 können die Schritte 207–212 oder die Schritte 213–219 ausgeführt werden. Die Schritte 207–212 können einer ersten Ausführungsform zugeordnet sein. Die Schritte 213–219 können einer zweiten Ausführungsform zugeordnet sein. Die Schritte 213–219 können als eine Alternative zu den Schritten 207–212 ausgeführt werden.
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Bei Schritt 207 ermittelt das Zündfunkensteuermodul 18 eine Vorverweilzeit DwellTimePRE. Die Vorverweilzeit DwellTimePRE kann sich auf eine Verweilzeit beziehen, die mittels einer Nachschlagetabelle 248 für die Verweilzeit und basierend auf einer Systemspannung SYSVOLT, einer Fahrzeugdrehzahl RPMVEH und/oder einer Motordrehzahl RPMENG ermittelt wird. Die Systemspannung SYSVOLT kann auf einer Spannung von der Stromversorgung 146 oder einer Spannung eines Systembusses (nicht gezeigt) basieren. Die Fahrzeugdrehzahl RPMVEH und die Motordrehzahl RPMENG können basierend auf Signalen von dem Fahrzeugdrehzahlsensor 90 und dem Motordrehzahlsensor 126 ermittelt werden.
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Für eine gegebene Systemspannung erhöht eine Zunahme der Verweilzeit den Strom, welcher einer Zündkerzenspule zugeführt wird, und die sekundäre Spannung über die Elektroden und/oder ein Element einer Zündkerze. Für eine gegebene Verweilzeit erhöht eine Zunahme der Systemspannung den Strom, der einer Zündkerzenspule zugeführt wird, und die sekundäre Spannung über die Elektroden und/oder ein Element einer Zündkerze. Die Vorverweilzeit DwellTimePRE kann auch auf anderen Parametern basieren, wie beispielsweise der Temperatur. Siehe beispielsweise Gleichung 1, in der RPM die Motor- oder Fahrzeugdrehzahl ist und TEMP die Temperatur ist. DwellTimePRE = f{SYSVOLT, RPM, TEMP} (1)
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Bei Schritt 208 ermittelt das Zündfunkensteuermodul 18 einen aggregierten Verweilzeitmodifikator DwellModAGR, der sich auf eine Aggregation mehrerer Verweilzeitmodifikatoren 249 bezieht. Verweilzeitmodifikatoren werden verwendet, um die Länge einer Verweildauer eines EST-Signals anzupassen. In 5 ist eine Grafik von zwei Spulen-Sekundärspannungssignalen gezeigt. Das erste Spulen-Sekundärspannungssignal 250 ist dem Modus mit aktiven Zylindern zugeordnet, und das zweite Spulen-Sekundärspannungssignal 252 ist dem FM-Modus (Zylinderdeaktivierungsmodus) zugeordnet. Für dieselbe Systemspannung ist die Verweildauer, die dem zweiten Spulen-Sekundärspannungssignal 252 zugeordnet ist, kleiner als die Verweildauer, die dem ersten Spulen-Sekundärspannungssignal 250 zugeordnet ist. Die verringerte Verweildauer begrenzt den Strom, der einer Spulenschaltung zugeführt wird, und sie begrenzt dadurch die sekundäre Spannung, die über die Elektroden und/oder Elemente einer Zündkerze erzeugt werden kann.
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Der aggregierte Verweilzeitmodifikator DwellModAGR kann während des FM-Modus basierend auf einem FM-Verweilzeitmodifikator DwellModFM erzeugt werden, um die Länge der EST-Verweildauern zu verringern. Das Begrenzen der sekundären Spannung über die Elektroden und/oder Elemente einer Zündkerze verhindert eine Beschädigung an dem Elektrodenisolator bzw. den Elektrodenisolatoren der Zündkerze.
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Der aggregierte Verweilzeitmodifikator DwellModAGR kann derart ermittelt werden, dass das verfügbare Potential an den Elektroden einer Zündkerze ein Potential überschreitet, das für eine Zündkerze benötigt wird. Die sekundäre Spannung, die für eine Zündkerze benötigt wird, basiert auf dem Luft/Kraftstoffverhältnis eines Zylinders, der Lücke zwischen den Zündkerzenelektroden, dem Zündfunkenzeitpunkt, dem Motorkompressionsverhältnis usw. Die sekundäre Spannung, die erzeugt werden kann, ist mit der Verweilzeit direkt verbunden. Ein Überschwingen der erforderlichen Verweilzeit oder ein Erhöhen der Verweilzeit, um diese erhöhte sekundäre Spannung zu liefern, verhindert Fehlzündungen.
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Beispielsweise kann während eines mageren Betriebsmodus und/oder während eines Anlassens des Motors eine hohe sekundäre Spannung von 25–30 kV benötigt werden, um einen Zündfunken über die Elektroden einer Zündkerze zu liefern. Die Verweilzeit kann festgelegt werden, um 30–40 kV zuzulassen. Diese hohe sekundäre Spannung von 30–40 kV kann während des FM-Modus aufgrund des Ansammelns von Öl zwischen den Elektroden eine Beschädigung des Elektrodenisolators bzw. der Elektrodenisolatoren einer Zündkerze verursachen. Die Verweilzeit und die sekundäre Spannung werden begrenzt, um zu verhindern, dass diese Beschädigung auftritt. Bei einer Ausführungsform wird die sekundäre Spannung auf weniger als oder gleich 30 kV oder eine vorbestimmte sekundäre Spannung begrenzt, die kleiner als eine Durchschlagfestigkeitsspannung einer Zündkerze (z. B. 33 kV) ist. Bei einer anderen Ausführungsform werden die Stromniveaus der Spule bzw. der Spulen 142 auf ein vorbestimmtes Stromniveau begrenzt, das einer sekundären Spannung zugeordnet sein kann, die kleiner als eine Durchschlagfestigkeitsspannung der Zündkerze ist. Die Spulenstromniveaus können ohne eine Anpassung der Verweildauern und unabhängig von diesen mittels Strombegrenzungsschaltungen (nicht gezeigt) begrenzt werden, die in den Zündspulenschaltungen 140 eingebunden sind.
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Während des FM-Modus kann die sekundäre Spannung auf eine vorbestimmte sekundäre Spannung begrenzt werden. Da die Motorlast während des FM-Modus niedrig ist, ist die sekundäre Spannung niedrig (z. B. 6 kV–18 kV), die benötigt wird, um einen Zündfunken zu liefern. Das Begrenzen der sekundären Spannung auf eine vorbestimmte sekundäre Spannung (z. B. 30 kV), die größer als diejenige, die für einen Zündfunken benötigt wird (z. B. 6 kV–18 kV), und kleiner als eine Durchschlagfestigkeitsspannung der Zündkerze (z. B. 33 kV) ist, ermöglicht eine Zündung des Luft/Kraftstoffgemischs und verhindert eine Fehlzündung sowie eine Beschädigung der Isolationselemente der Zündkerze.
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Der aggregierte Verweilzeitmodifikator DwellModAGR kann beispielsweise unter Verwendung einer der Gleichungen 2–4 ermittelt werden. In Gleichung 2 ist R die Anzahl der Verweilzeitmodifikatoren. DwellModTEMP bezieht sich auf einen Verweilzeitmodifikator, der basierend auf der Temperatur ermittelt wird. DwellModEGR bezieht sich auf einen Verweilzeitmodifikator, der basierend auf einem Zustand eines AGR-Ventils, eines AGR-Systems und/oder einer Strömung durch ein AGR-Ventil ermittelt wird. DwellModCRANK bezieht sich auf einen Verweilzeitmodifikator, der während des Anlassens, des Startens und/oder eines Kaltstarts des Motors ermittelt wird. DwellModFM bezieht sich auf einen Verweilzeitmodifikator, der für den Kraftstoffmanagementmodus ermittelt wird. DwellModFM kann ein Wert zwischen 0 und 1 sein und wird verwendet, um die Länge einer Verweildauer eines EST-Signals zu verringern. Andere Verweilzeitmodifikatoren 256 können verwendet werden. Die Verweilzeitmodifikatoren1-R können in dem Speicher 122 gespeichert werden.
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Bei Schritt 209 ermittelt das Zündfunkensteuermodul 18 eine Nachverweilzeit DwellTimePOST, beispielsweise unter Verwendung von Gleichung 5. Das Zündfunkensteuermodul 18 verringert die Verweilzeit der N Zylinder während des FM-Modus basierend auf dem aggregierten Verweilzeitmodifikator DwellModAGR, der auf dem FM-Verweilzeitmodifikator DwellModFM basiert. DwellTimePOST = DwellTimePRE·DwellModAGR (5)
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Bei einer Ausführungsform können ein einzelner aggregierter Verweilzeitmodifikator DwellModAGR und/oder ein einzelner FM-Verweilzeitmodifikator DwellModFM für die Zylinder des Motors 12 ermittelt werden. Bei einer alternativen Ausführungsform werden ein erster aggregierter Verweilzeitmodifikator DwellModAGR und/oder ein erster FM-Verweilzeitmodifikator DwellModFM für die aktivierten Zylinder des Motors 12 ermittelt. Ein zweiter aggregierter Verweilzeitmodifikator DwellModAGR und/oder ein zweiter FM-Verweilzeitmodifikator DwellModFM werden für die deaktivierten Zylinder des Motors 12 ermittelt. Bei einer noch anderen Ausführungsform werden ein aggregierter Verweilzeitmodifikator DwellModAGR und/oder ein FM-Verweilzeitmodifikator DwellModFM für jeden der Zylinder des Motors 12 ermittelt.
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Bei Schritt 210 erzeugt das Zündfunkensteuermodul 18 EST-Signale für die jeweiligen Zündkerzen der M Zylinder. Die EST-Signale werden basierend auf den jeweiligen Nachverweilzeiten erzeugt. Die EST-Signale werden an die jeweiligen Zündspulenschaltungen geliefert, die basierend auf den Nachverweilzeiten einen Strom an die Zündkerzenspulen liefern.
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Ein EST-Signal kann für jede der Zündkerzen (aktiviert und deaktiviert) erzeugt werden. Bei einer ersten Ausführungsform werden die EST-Signale für die M Zylinder basierend auf Nachverweilzeiten erzeugt. Die Nachverweilzeiten können basierend auf jeweiligen Vorverweilzeiten und FM-Verweilzeitmodifikatoren während des FM-Modus erzeugt werden. Bei einer zweiten Ausführungsform werden die EST-Signale für die N Zylinder basierend auf den Nachverweilzeiten erzeugt. Bei der zweiten Ausführungsform werden die EST-Signale für die M–N Zylinder oder die aktiven Zylinder basierend auf den Vorverweilzeiten erzeugt, und sie werden nicht basierend auf den FM-Verweilzeitmodifikatoren erzeugt.
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Bei Schritt 211 werden die Sensorsignale überwacht, und Schritt 212 wird ausgeführt, wenn die Bedingungen für den FM-Modus nicht erfüllt sind. Bei Schritt 212 kann das Modul 219 für variablen Hubraum den FM-Modus beispielsweise basierend auf der Motorlast, der Luft pro Zylinder, der Fahrerpedalposition und/oder der Drosselposition deaktivieren. Der Kraftstoff und die Einlass- und Auslassventile werden für die N deaktivierten Zylinder aktiviert. Die Verweilzeit, der Strom für die Zündkerzenspulen und/oder die sekundäre Spannung der Zündkerzen werden nicht basierend auf einem FM-Verweilzeitmodifikator begrenzt.
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Bei Schritt 213 wird ein FM-Timer initialisiert. Der FM-Timer kann verwendet werden, um die Zeitspanne, für die das Motorsteuersystem in dem FM-Modus arbeitet, auf eine vorbestimmte Dauer oder FM-Dauer zu begrenzen. Dies minimiert das Ansammeln von Öl in den deaktivierten Zylindern. Die FM-Dauer kann einem maximalen Spulenstrom und/oder einem maximalen Potential zwischen den Zündkerzenelektroden und/oder -elementen zugeordnet sein. Wenn der FM-Timer bei Schritt 214 die FM-Dauer überschreitet, schreitet das Modul 19 für variablen Hubraum zu Schritt 215 voran, ansonsten zu Schritt 217.
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Bei Schritt 215 werden die Sensorsignale überwacht, und Schritt 217 wird ausgeführt, wenn die Bedingungen für den FM-Modus nicht erfüllt sind, ansonsten wird Schritt 214 ausgeführt. Bei Schritt 217 können die Verweilzeit, der Strom für die Zündkerzenspulen und/oder die sekundäre Spannung der Zündkerzen begrenzt werden, wie bei Schritt 207–209 beschrieben ist.
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Bei Schritt 218 werden die N deaktivierten Zylinder aktiviert, was die Aktivierung des Kraftstoffs und des Betriebs der Einlass- und Auslassventile umfasst. Der Kraftstoff wird nach einer vorbestimmten Anzahl von Verbrennungszyklen aktiviert. Bei einem 4-Takt-Motor kann ein Verbrennungszyklus einen Einlasstakt, einen Kompressionstakt, einen Zündungstakt und einen Auslasstakt umfassen. Die Auslassventile können vor der Aktivierung des Kraftstoffs geöffnet werden, um ein Spülen der Inhalte der N deaktivierten Zylinder zu ermöglichen. Dies ermöglicht, dass die Ansammlung von Öl in den deaktivierten Zylindern vor der Aktivierung des Kraftstoffs entfernt wird.
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Bei Schritt 219 kann das Zündfunkensteuermodul 18 aufhören, die Verweilzeit, den Strom für die Zündkerzenspulen und/oder die sekundäre Spannung der Zündkerzen basierend auf dem Kraftstoffmanagement-Verweilzeitmodifikator (FM-Verweilzeitmodifikator) zu begrenzen. Die Verweilzeit der M Zylinder kann ermittelt werden, und sie basiert nicht auf einem FM-Verweilzeitmodifikator. Schritt 218 kann ausgeführt werden, während Schritt 217 ausgeführt wird.
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Das Verfahren kann nach den Schritten 212, 219 und 230 bei 240 enden. Die vorstehend beschriebenen Schritte sind als darstellende Beispiele zu verstehen; die Schritte können sequentiell, synchron, gleichzeitig, kontinuierlich, während überlappender Zeitdauern oder in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden, was von der Anwendung abhängt.
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Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen schützen die strukturelle Unversehrtheit von Zündkerzen und verringern den Ölverbrauch. Indem die strukturelle Unversehrtheit der Zündkerze geschützt wird, wird die Lebensdauer der Zündkerze erhöht, und eine Beschädigung der Zylinderwände wird verhindert.
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Die breiten Lehren der Offenbarung können in einer Vielzahl von Formen implementiert werden. Während diese Offenbarung spezielle Beispiele aufweist, soll der wahre Umfang der Offenbarung daher nicht auf diese beschränkt sein, da andere Modifikationen für den erfahrenen Praktiker bei einem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der nachfolgenden Ansprüche offensichtlich werden.
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Bezugszeichenliste
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LEGENDE FÜR Fig. 2
- 16
- ECM
- 18
- Zündfunkensteuermodul
- 19
- Modul für variablen Hubraum
- 20
- Fahrereingabemodul
- 28
- Drosselaktuatormodul
- 32
- Zylinderaktuatormodul
- 40
- Zündfunkenaktuatormodul
- 50
- Katalytischer Wandler
- 68
- Phasensteller-Aktuatormodul
- 70
- Turbolader
- 74
- Ladedruck-Aktuatormodul
- 102
- Getriebesteuermodul
- 104
- Hybridsteuermodul
- 106
- Elektromotor
LEGENDE FÜR Fig. 3 - 18
- FM-Timer
- 18
- Zündfunkensteuermodul
- 19
- FM-Modul
- 24
- Drosselsteuersystem
- 36
- Kraftstoffeinspritzungssystem
- 40'
- Zündungssteuermodul(e)
- 42
- Zündungssystem
- 44'
- Zündkerzen
- 58
- Ventilsteuersystem
- 90
- Motordrehzahlsensor
- 122
- Speicher
- 123
- Drosselsteuermodul
- 124
- Kraftstoffsteuermodul
- 125
- Ventilsteuermodul
- 126
- Fahrzeugdrehzahlsensor
- 128
- Temperatursensoren
- 130
- Kühlmitteltemperatursensor
- 132
- Öltemperatursensor
- 134
- Pedalsensor
- 136
- Drosselpositionssensor
- 138
- Andere Sensoren
- 140
- Zündspulenschaltung(en)
- 142
- Spule(n)
- 146
- Stromversorgung
- 248
- Tabelle für Verweilzeit
- 249
- Verweilzeitmodifikatoren1-R
- 256
- Andere Verweilzeitmodifikatoren
LEGENDE FÜR Fig. 4A - 200
- Start
- 202
- Erzeuge Sensorsignale
- 203
- Sind Bedingungen für FM-Modus erfüllt?
- 204
- Ist FM-Modus aktiviert?
- 205
- Deaktiviere N von M Zylindern
- 207
- Ermittle eine Vorverweilzeit
- 208
- Ermittle einen aggregierten Verweilzeitmodifikator
- 209
- Ermittele eine Nachverweilzeit
- 210
- Erzeuge EST-Signale
- 211
- Sind Bedingungen für FM-Modus erfüllt?
- 212
- Deaktiviere FM-Modus
- 230
- Verweilzeit, Spulenstrom und/oder Zündkerzen-Spannungspotential werden nicht basierend auf FM-Verweilzeitmodifikator begrenzt
- 240
- Ende
LEGENDE FÜR Fig. 4B - 213
- Initialisiere FM-Dauer
- 214
- Ist FM-Dauer noch nicht vorüber?
- 215
- Sind Bedingungen für FM-Modus erfüllt?
- 217
- Begrenze Verweilzeit, Spulenstrom und/oder Zündkerzen-Spannungspotential
- 218
- Aktiviere die deaktivierten Zylinder
- 219
- Höre auf, Verweilzeit, Spulenstrom und/oder Zündkerzen-Spannungspotential basierend auf FM-Verweilzeitmodifikator zu begrenzen
- 240
- Ende