DE102010056403A1

DE102010056403A1 - Systeme und Verfahren zur Steuerung eines variablen Ventilhubs

Info

Publication number: DE102010056403A1
Application number: DE102010056403A
Authority: DE
Inventors: Stuart R. Mich. Smith
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-01-05
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2011-07-21
Anticipated expiration: 2030-12-29
Also published as: CN102116204A; US8251043B2; US20110162602A1; DE102010056403B4; CN102116204B

Abstract

Ein Einlassventil-Steuersystem umfasst ein Drehmomentsteuermodul und ein Öffnungssteuermodul. Das Drehmomentsteuermodul steuert ein durch einen Motor ausgegebenes Drehmoment basierend auf einem Drehmoment-Ausgabezielwert. Das Öffnungssteuermodul öffnet Einlassventile von M Zylindern des Motors bis zu einer ersten Hubposition, wenn der Drehmoment-Ausgabezielwert kleiner als ein Drehmomentschwellenwert ist, und es leitet die Einlassventile von N der M Zylinder selektiv in eine zweite Hubposition über. N und M sind ganze Zahlen größer als Null, und N ist kleiner als M. Die zweite Hubposition ist weiter offen als die erste Hubposition.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Verbrennungsmotoren und insbesondere Systeme und Verfahren zur Steuerung eines variablen Ventilhubs.
HINTERGRUND
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.
Ein Fahrzeug weist einen Verbrennungsmotor auf, der ein Antriebsdrehmoment erzeugt. Ein Einlassventil, das einem Zylinder des Motors zugeordnet ist, wird selektiv geöffnet, um Luft in den Zylinder einzulassen. Die Luft vermischt sich mit Kraftstoff, um ein Luft/Kraftstoffgemisch zu bilden, das in dem Zylinder verbrannt wird. Ein Auslassventil, das dem Zylinder zugeordnet ist, öffnet selektiv, um zu ermöglichen, dass durch die Verbrennung entstehendes Abgas aus dem Zylinder austritt.
Eine rotierende Nockenwelle regelt das Öffnen und Schließen des Einlassventils und/oder des Auslassventils. Die Nockenwelle umfasst Nocken, die an der Nockenwelle fixiert sind und mit dieser rotieren. Das geometrische Profil eines Nockens bestimmt einen Ventilhub-Zeitplan. Spezieller steuert das geometrische Profil eines Nockens eine Zeitdauer, während der ein Ventil offen ist (d. h. eine Dauer), und das Ausmaß oder den Grad, bis zu dem das Ventil öffnet (d. h. einen Hub).
Eine Technologie zur variablen Ventilbetätigung (VVA-Technologie) verbessert die Kraftstoffwirtschaftlichkeit, die Motoreffizienz und die Leistung, indem der Ventilhub und die Dauer als eine Funktion von Motorbetriebsbedingungen modifiziert werden. Zweistufige VVA-Systeme umfassen variable Ventilhubmechanismen, wie beispielsweise hydraulisch gesteuerte, umschaltbare Rollenschlepphebel (SRFFs). Ein SRFF, der einem Ventil zugeordnet ist (z. B. dem Einlass- oder dem Auslassventil), ermöglicht dem Ventil, in zwei diskreten Hubzuständen geöffnet zu werden: in einem Zustand mit niedrigem Hub und einem Zustand mit hohem Hub. Der Ventilhub ist während des Betriebs in dem Zustand mit hohem Hub erhöht.
Ein Steuermodul schaltet den SRFF-Mechanismus selektiv zwischen dem Zustand mit hohem Hub und dem Zustand mit niedrigem Hub um. Mit anderen Worten steuert das Steuermodul, welcher Nocken verwendet wird, um das Öffnen und Schließen des zugeordneten Ventils zu steuern. Beispielsweise kann das Steuermodul alle SRFF-Mechanismen des Motors in den Zustand mit hohem Hub überleiten, wenn die Motordrehzahl größer als eine vorbestimmte Drehzahl ist, wie beispielsweise ungefähr 4.000 Umdrehungen pro Minute (U/min).
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Einlassventil-Steuersystem umfasst ein Drehmomentsteuermodul und ein Öffnungssteuermodul. Das Drehmomentsteuermodul steuert ein durch einen Motor ausgegebenes Drehmoment basierend auf einem Drehmoment-Ausgabezielwert. Das Öffnungssteuermodul öffnet Einlassventile von M Zylindern des Motors bis zu einer ersten Hubposition, wenn der Drehmoment-Ausgabezielwert kleiner als ein Drehmomentschwellenwert ist, und es leitet die Einlassventile von N der M Zylinder selektiv in eine zweite Hubposition über. N und M sind ganze Zahlen größer als Null, und N ist kleiner als M. Die zweite Hubposition ist weiter offen als die erste Hubposition.
Ein Einlassventil-Steuerverfahren umfasst, dass ein durch einen Motor ausgegebenes Drehmoment basierend auf einem Drehmoment-Ausgabezielwert gesteuert wird, dass Einlassventile von M Zylindern des Motors bis zu einer ersten Hubposition geöffnet werden, wenn der Drehmoment-Ausgabezielwert kleiner als ein Drehmomentschwellenwert ist, und dass die Einlassventile von N der M Zylinder selektiv in eine zweite Hubposition übergeleitet werden. N und M sind ganze Zahlen größer als Null, und N ist kleiner als M. Die zweite Hubposition ist weiter offen als die erste Hubposition.
Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Offenbarung werden anhand der nachstehend vorgesehenen ausführlichen Beschreibung offensichtlich werden. Es versteht sich, dass die Beschreibung und die speziellen Beispiele nur zu Darstellungszwecken gedacht sind und den Umfang der Offenbarung nicht einschränken sollen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsteuersystems gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
2 ist eine Querschnittsansicht eines Einlassventilsystems und ein Flussdiagramm, die ein beispielhaftes Hubsteuersystem gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung darstellen;
3 ist ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Hubsteuermoduls gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung; und
4A und 4B sind Flussdiagramme, die beispielhafte Schritte darstellen, die durch Verfahren gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ausgeführt werden.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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.
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.
Ein Hubsteuermodul wechselt den Betrieb eines variablen Ventilhubmechanismus selektiv zwischen einem Zustand mit niedrigem Hub und einem Zustand mit hohem Hub. Während des Betriebs mit niedrigen Hub steuert der variable Ventilhubmechanismus das Öffnen und Schließen eines zugeordneten Einlassventils basierend auf einem geometrischen Profil eines Nockens mit niedrigem Hub, der mit einer Nockenwelle rotiert. Der variable Ventilhubmechanismus steuert das Öffnen und Schließen des Einlassventils während des Betriebs mit hohem Hub basierend auf einem geometrischen Profil eines Nockens mit hohem Hub, der mit der Nockenwelle rotiert.
Im Allgemeinen hält das Hubsteuermodul die variablen Ventilhubmechanismus jedes Zylinders eines Motors in dem Betrieb mit niedrigem Hub. Das Hubsteuermodul leitet alle variablen Ventilhubmechanismen der Zylinder in den Betrieb mit dem hohen Hub über, wenn ein Zielwert für die Drehmomentausgabe des Motors während des Betriebs mit niedrigem Hub größer als eine maximale Drehmomentausgabe des Motors ist.
Das Hubsteuermodul der vorliegenden Offenbarung leitet einige, aber weniger als alle variablen Ventilhubmechanismen der Zylinder selektiv in den Betrieb mit hohem Hub über, wenn der Zielwert für die Motordrehmomentausgabe größer als ein Drehmomentschwellenwert ist. Lediglich beispielhaft kann das Hubsteuermodul die Hälfte der variablen Ventilhubmechanismen der Zylinder in den Betrieb mit hohem Hub überleiten, wenn der Zielwert größer als der Drehmomentschwellenwert ist. Das Überleiten einiger von den Einlassventilen der Zylinder in den Betrieb mit hohem Hub ermöglicht dem Motor, die angestrebte Motordrehmomentausgabe zu erreichen. Das Überleiten von weniger als allen Einlassventilen der Zylinder in den Betrieb mit hohem Hub minimiert den Kraftstoffverbrauch des Motors.
Nun auf 1 Bezug nehmend, ist ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsystems 10 dargestellt. Das Motorsystem 10 umfasst einen Motor 11, der ein Luft/Kraftstoff-Gemisch verbrennt, um ein Antriebsdrehmoment für ein Fahrzeug zu erzeugen. Luft wird durch eine Drossel 14 in einen Einlasskrümmer 12 eingelassen. Die Drossel 14 regelt eine Luftströmung in den Einlasskrümmer 12. Die Luft in dem Einlasskrümmer 12 wird in Zylinder des Motors 11 eingelassen, wie beispielsweise in einem Zylinder 16. Während der Motor 11 derart gezeigt ist, dass er sechs Zylinder aufweist, kann der Motor 11 eine größere oder kleinere Anzahl von Zylindern aufweisen, einschließlich von 1, 2, 3, 4, 5, 8, 10, 12 oder 16 Zylindern, ohne darauf beschränkt zu sein. Die Zylinder können in einer oder mehreren Zylinderreihen gruppiert sein, wie beispielsweise in Zylinderreihen 17-1 und 17-2.
Kraftstoffeinspritzeinrichtungen, wie beispielsweise eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung 18, spritzen Kraftstoff ein, der sich mit Luft vermischt, um ein Luft/Kraftstoff-Gemisch zu bilden. Bei verschiedenen Implementierungen kann eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für jeden der Zylinder des Motors 11 vorgesehen sein. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen können mit einem elektronischen oder mechanischen Kraftstoffeinspritzungssystem, einer Düse oder Öffnung eines Vergasers oder einem anderem System zum Liefern von Kraftstoff verbunden sein. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen werden gesteuert, um ein gewünschtes Luft/Kraftstoff-Gemisch für die Verbrennung zu schaffen, wie beispielsweise ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Gemisch.
Ein Einlassventil 20 öffnet und schließt, um Luft in den Zylinder 16 einzuleiten. Das Öffnen und Schließen des Einlassventils 20 wird durch eine Einlassnockenwelle 22 geregelt. Ein Kolben (nicht gezeigt) komprimiert das Luft/Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder 16. Eine Zündkerze 26 löst die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemischs in dem Zylinder 16 aus. Bei einigen Motorsystemen, wie beispielsweise bei Dieselmotorsystemen, kann die Verbrennung ohne die Zündkerze 26 ausgelöst werden. Die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemischs übt eine Kraft auf den Kolben aus, die eine Kurbelwelle (nicht gezeigt) rotierbar antreibt.
Abgas, das durch die Verbrennung erzeugt wird, wird mittels eines Auslassventils 28 aus dem Zylinder 16 ausgestoßen. Das Öffnen und Schließen des Auslassventils 28 wird durch eine Auslassnockenwelle 30 gesteuert. Das Abgas wird aus den Zylindern in ein Abgassystem 32 ausgestoßen. Das Abgassystem 32 behandelt das Abgas, bevor das Abgas aus dem Fahrzeug ausgestoßen wird. Obwohl beschrieben ist, dass nur ein Einlass- und ein Auslassventil dem Zylinder 16 zugeordnet sind, kann jedem Zylinder mehr als ein Einlass- und/oder Auslassventil zugeordnet sein.
Ein Einlass-Nockenphasensteller 34 und ein Auslass-Nockenphasensteller 36 regeln die Drehung der Einlass- und der Auslassnockenwelle 22 bzw. 30. Spezieller steuern der Einlass- und der Auslass-Nockenphasensteller 34 und 36 den Zeitpunkt oder Phasenwinkel der Einlass- und der Auslassnockenwelle 22 bzw. 30. Lediglich beispielhaft können der Einlass- und der Auslass-Nockenphasensteller 34 und 36 die Drehung der Einlass- und der Auslassnockenwelle 22 bzw. 30 bezogen aufeinander, auf eine Position des Kolbens in dem Zylinder 16 oder auf einen anderen geeigneten Referenzpunkt nach spät oder nach früh verstellen.
Auf diese Weise steuern der Einlass- und der Auslass-Nockenphasensteller 34 und 36 die Position der Einlass- und der Auslassventile 20 bzw. 28. Indem die Position des Einlassventils 20 und/oder des Auslassventils 28 geregelt wird, steuern der Einlass und der Auslass-Nockenphasensteller 34 und 36 die Luftmenge, die in dem Zylinder 16 eingelassen wird. Die Kraftstoffmenge, die für die Verbrennung eingespritzt wird, wird basierend auf der Luftmenge in dem Zylinder 16 gesteuert. Lediglich beispielhaft kann Kraftstoff vorgesehen sein, um ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Gemisch zu erzielen.
2 ist eine Querschnittsansicht eines beispielhaften Einlassventilsystems 100, das dem Zylinder 16 zugeordnet ist. 2 umfasst auch ein Blockdiagramm, das ein beispielhaftes Hubsteuersystem 106 für das Einlassventilsystem 100 darstellt. Das Einlassventilsystem 100 umfasst einen variablen Ventilhubmechanismus 110, wie beispielsweise einen umschaltenden Rollenschlepphebel (SRFF) oder einen anderen geeigneten Typ eines Ventilhubmechanismus, der einem zugeordneten Ventil ermöglicht, in mehr als eine Hubposition angehoben zu werden. Der variable Ventilhubmechanismus 110 ist dem Einlassventil 20 zugeordnet und ermöglicht, dass das Einlassventil 20 in zwei verschiedene Hubpositionen geöffnet wird: in eine Position mit hohem Hub und in eine Position mit niedrigem Hub.
Der variable Ventilhubmechanismus 110 ist verschwenkbar an einer hydraulischen Spielausgleichseinrichtung 112 angebracht, und der variable Ventilhubmechanismus 110 berührt einen Ventilschaft 114 des Einlassventils 20. Ein Fluidsteuerventil 115 liefert ein Fluid an die Spielausgleichseinrichtung 112, um die Höhe der Spielausgleichseinrichtung 112 zu steuern. Lediglich beispielhaft kann das Fluidsteuerventil 115 ein Ölsteuerventil (OCV) umfassen, das den Druck eines Öls steuert, das an die Spielausgleichseinrichtung 112 geliefert wird. Ein Fluiddrucksensor 117 misst den Druck des Fluids, das durch das Fluidsteuerventil 115 geliefert wird, und erzeugt dementsprechend ein Fluiddrucksignal.
Bei einigen Implementierungen kann das Fluidsteuerventil 115 das Fluid auch an andere Spielausgleichseinrichtungen liefern. Lediglich beispielhaft kann das Fluidsteuerventil 115 das Fluid an Spielausgleichseinrichtungen liefern, die den anderen Zylindern der Zylinderreihe 17-2 zugeordnet sind, der Zylinderreihe, die den Zylinder 16 umfasst. Bei solchen Implementierungen kann ein anderes Fluidsteuerventil (nicht gezeigt) das Fluid an Spielausgleichseinrichtungen liefern, die den Zylindern in der anderen Zylinderreihe 17-1 zugeordnet sind. Bei anderen Implementierungen kann ein Fluidsteuerventil für jede Spielausgleichseinrichtung vorgesehen sein.
Die Einlassnockenwelle 22 rotiert um eine Nockenwellenachse 122. Nocken mit niedrigem Hub (z. B. ein Nocken 124 mit niedrigem Hub) und Nocken mit hohem Hub (z. B. ein Nocken 126 mit hohem Hub) sind an der Einlassnockenwelle 22 angebracht. Es können ein Nocken mit niedrigem Hub und ein Nocken mit hohem Hub für jedes Einlassventil an der Einlassnockenwelle 22 vorgesehen sein. Lediglich beispielhaft sind der Nocken 124 mit niedrigem Hub und der Nocken 126 mit hohem Hub für das Einlassventil 20 des Zylinders 16 vorgesehen.
Der Nocken mit niedrigem Hub und der Nocken mit hohem Hub rotieren mit der Einlassnockenwelle 22. Das Einlassventil 20 öffnet und schließt einen Einlassdurchgang 116 selektiv. Luft strömt in den Zylinder 16, wenn der Einlassdurchgang 116 offen ist. Das Einlassventil 20 wird durch den Nocken 124 mit niedrigem Hub oder den Nocken 126 mit hohem Hub selektiv geöffnet und geschlossen. Der variable Ventilhubmechanismus 110 ermöglicht, dass das Einlassventil 20 in die Position mit niedrigem Hub oder in die Position mit hohem Hub angehoben wird (d. h. geöffnet wird).
Während des Betriebs mit niedrigen Hub bewirkt der Nocken 124 mit niedrigem Hub, dass der variable Ventilhubmechanismus 110 gemäß der Geometrie des Nockens 124 mit niedrigem Hub verschwenkt. Das Verschwenken des variablen Ventilhubmechanismus 110, das durch den Nocken 124 mit niedrigem Hub bewirkt wird, öffnet das Einlassventil 20 bis zu der Position mit niedrigem Hub.
Während des Betriebs mit hohem Hub bewirkt der Nocken 126 mit hohem Hub, dass der variable Ventilhubmechanismus 110 gemäß der Geometrie des Nockens 126 mit hohem Hub in eine Position mit hohem Hub verschwenkt. Das Verschwenken des variablen Ventilhubmechanismus 110, das durch den Nocken 126 mit hohem Hub bewirkt wird, öffnet das Einlassventil 20 bis zu der Position mit hohem Hub. Wenn es bis zu der Position mit hohem Hub geöffnet ist, ist das Einlassventil 20 weiter offen, als wenn es bis zu der Position mit niedrigem Hub geöffnet wird.
Der Druck des durch das Fluidsteuerventil 115 gelieferten Fluids steuert, welcher von dem Nocken 124 mit niedrigem Hub und dem Nocken 126 mit hohem Hub das Einlassventil 20 öffnet und schließt. Spezieller steuert der Druck des Fluids die Höhe der Spielausgleichseinrichtung 112. Auf diese Weise steuert das Fluidsteuerventil 115 den Betrieb des Einlassventils 20. Lediglich beispielhaft kann das Fluidstuerventil 115 Fluid bei einem niedrigeren vorbestimmten Druck (z. B. ungefähr 10 psi (68,95 kPa)) und bei einem höheren vorbestimmten Druck (z. B. ungefähr 25 psi (172,37 kPa)) liefern, um den Betrieb mit niedrigem Hub bzw. den Betrieb mit hohem Hub zu erreichen.
Das Fluidsteuerventil 115 steuert den Fluiddruck basierend auf Signalen von einem Motorsteuermodul (ECM) 60. Auf diese Weise das ECM 60 den Fluiddruck und somit den Hub. Das ECM 60 steuert auch Motorparameter, wie beispielsweise Einlass- und Auslass-Nockenphasenstellerwinkel, die Öffnung der Drossel 14, die eingespritzte Kraftstoffmenge, den Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung, den Zündfunkenzeitpunkt und/oder andere geeignete Motorparameter.
Das ECM 60 trifft selektiv Steuerentscheidungen für das Motorsystem 10 basierend auf verschiedenen Eingaben und gemessenen Parametern. Die Eingaben können beispielsweise Fahrereingaben und Eingaben von verschiedenen Fahrzeugsystemen umfassen. Ein Fahrereingabemodul 61 liefert die Fahrereingaben an das ECM 60. Das Fahrereingabemodul 61 kann die Fahrereingabe beispielsweise basierend auf einer Gaspedalposition (APP), einer Tempomateingabe und/oder anderen geeigneten Fahrereingaben erzeugen. Die Fahrzeugsysteme können beispielsweise ein Getriebesystem, ein Hybridsteuersystem (z. B. zum Steuern eines oder mehrerer Elektromotoren), ein Stabilitätskontrollsystem, ein Chassiskontrollsystem und/oder andere geeignete Fahrzeugsysteme umfassen.
Ein Kurbelwellensensor 62 misst die Position der Kurbelwelle und gibt dementsprechend ein Kurbelwellen-Positionssignal aus. Lediglich beispielhaft kann der Kurbelwellensensor 62 einen Sensor mit variabler Reluktanz (VR-Sensor) oder einen anderen geeigneten Typ eines Kurbelwellensensors umfassen. Das Kurbelwellen-Positionssignal kann eine Pulsfolge umfassen. Jeder Puls der Pulsfolge kann erzeugt werden, wenn ein Zahn eines Rades mit N Zähnen (nicht gezeigt), das mit der Kurbelwelle rotiert, an dem VR-System vorbeiläuft. Somit entspricht jeder Puls einer Winkeldrehung der Kurbelwelle um einen Betrag gleich 360° dividiert durch N Zähne. Das Rad mit N Zähnen kann auch eine Lücke von einem oder mehreren fehlenden Zähnen aufweisen, und die Lücke kann als ein Indikator einer vollständigen Drehung der Kurbelwelle verwendet werden.
Das ECM 60 empfängt die Kurbelwellenposition, die durch den Kurbelwellensensor 62 gemessen wird. Das ECM 60 kann auch Parameter empfangen, die durch andere Sensoren 64 gemessen werden, wie beispielsweise den Sauerstoff in dem Abgassystem 32, eine Motor-Kühlmitteltemperatur, eine Einlasslufttemperatur, eine Luftmassenströmung, eine Öltemperatur, einen Krümmerabsolutdruck und/oder andere geeignete Motorparameter. Das ECM 60 ermittelt eine Drehmomentausgabeanforderung für den Motor 11 (d. h. einen Zielwert für die Motordrehmomentausgabe) basierend auf den Fahrereingaben und den Eingaben von anderen Fahrzeugsystemen. Das ECM 60 steuert die Drehmomentausgabe des Motors 11 basierend auf der Drehmomentausgabeanforderung. Das ECM 60 steuert auch den Betrieb der Einlassventile der Zylinder. Das ECM 60 hält im Allgemeinen die Einlassventile aller Zylinder in dem Betrieb mit niedrigem Hub, wenn die Motordrehmomentanforderung gering ist. Das ECM 60 leitet alle Einlassventile in den Betrieb mit hohem Hub über, wenn eine zusätzliche Motordrehmomentausgabe erforderlich ist, um die Drehmomentausgabeanforderung zu erfüllen.
Das ECM 60 der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Hubsteuermodul 210 (siehe 3), das einige, aber weniger als alle von den Einlassventilen der Zylinder selektiv in den Betrieb mit hohem Hub überleitet. Spezieller leitet das Hubsteuermodul 210 einige der Einlassventile der Zylinder in den Betrieb mit hohem Hub über, wenn die Drehmomentausgabeanforderung während des Betriebs mit niedrigem Hub größer als ein Drehmomentschwellenwert ist. Bei einigen Implementierungen kann das Hubsteuermodul 210 die Hälfte der Einlassventile der Zylinder in den Betrieb mit hohem Hub überleiten. Das Überleiten einiger der Einlassventile der Zylinder in den Betrieb mit hohem Hub ermöglicht dem Motor 11, die Drehmomentausgabeanforderung zu erfüllen. Das Überleiten von weniger als allen der Einlassventile der Zylinder in den Betrieb mit hohem Hub minimiert den Kraftstoffverbrauch des Motors 11.
Nun auf 3 Bezug nehmend, ist ein Funktionsblockdiagramm einer beispielhaften Implementierung des Hubsteuermoduls 210 dargestellt. Das Hubsteuermodul 210 umfasst ein Fahrer-Drehmomentanforderungsmodul 212, ein Drehmomentanforderungs-Ermittlungsmodul 214 und ein Drehmomentsteuermodul 216. Das Hubsteuermodul 210 umfasst auch ein Öffnungssteuermodul 218, ein Hubzustands-Ermittlungsmodul 220, ein Motordrehzahlmodul 222 und ein Schwellenwert-Ermittlungsmodul 224.
Das Fahrer-Drehmomentanforderungsmodul 212 ermittelt eine Fahrerdrehmomentanforderung basierend auf den Fahrereingaben. Die Fahrerdrehmomentanforderung entspricht einem Betrag einer Motordrehmomentausgabe, die durch einen Fahrer des Fahrzeugs angefordert wird. Die Fahrerdrehmomentanforderung kann auch basierend auf anderen Parameter ermittelt werden, wie beispielsweise Tempomateingaben, der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Motordrehzahl, dem momentanen Übersetzungsverhältnis, das in einem Getriebe (nicht gezeigt) ausgewählt ist, und/oder anderen geeigneten Parametern.
Das Drehmomentanforderungs-Ermittlungsmodul 214 ermittelt die Drehmomentausgabeanforderung (d. h. den Zielwert für die Motordrehmomentausgabe) für den Motor 11 basierend auf der Fahrerdrehmomentanforderung und anderen Drehmomentanforderungen. Das Drehmomentsteuermodul 216 steuert die Drehmomentausgabe des Motors 11 gemäß der Drehmomentausgabeanforderung. Lediglich beispielhaft kann das Drehmomentsteuermodul 216 die Motorbetriebsparameter steuern, um die Drehmomentausgabeanforderung zu erreichen.
Die anderen Drehmomentanforderungen können beispielsweise eine Drehmomentverringerung, die während eines Radschlupfs durch ein Traktionssteuersystem angefordert wird, eine Drehmomentanforderungserhöhung, um einem negativen Radschlupf entgegenzuwirken, und/oder eine Drehmomentverringerung umfassen, die angefordert wird, um sicherzustellen, dass die Motordrehmomentausgabe nicht die Fähigkeit der Bremsen überschreitet, das Fahrzeug zu halten, wenn das Fahrzeug gestoppt wird. Die anderen Drehmomentanforderungen können auch Drehmomentanforderungen, die durch Stabilitätssteuersysteme erzeugt werden, Drehmomentverringerungsanforderungen zum Ausgleichen von Zunahmen in dem Drehmoment, das durch Elektromotoren geliefert wird, und/oder Drehmomentzunahmen zum Verhindern eines Abwürgens umfassen. Die anderen Drehmomentanforderungen können auch Drehmomentverringerungen, die zum Aufnehmen von Gangwechseln angefordert werden, Drehmomentverringerungen, die zum Verringern der Motordrehmomentausgabe angefordert werden, wenn der Fahrer das Kupplungspedal in einem Fahrzeug mit Handschaltbetriebe niederdrückt, und/oder Drehmomentverringerungen umfassen, die angefordert werden, um zu verhindern, dass das Fahrzeug eine vorbestimmte Geschwindigkeit überschreitet.
Das Öffnungssteuermodul 218 steuert das Öffnen der Einlassventile des Motors 11 in den Betrieb mit hohem Hub oder in den Betrieb mit niedrigem Hub. Das Öffnungssteuermodul 218 steuert den Betrieb der Einlassventile, indem der Druck des Fluids gesteuert wird, das an die zugeordneten Spielausgleichseinrichtungen geliefert wird. Lediglich beispielhaft steuert das Öffnungssteuermodul 218 den Betrieb des Einlassventils 20, indem der Druck des Fluids gesteuert wird, das an die Spielausgleichseinrichtung 112 geliefert wird. Das Öffnungssteuermodul 218 wählt den Betrieb mit hohem oder niedrigem Hub basierend auf der Drehmomentausgabeanforderung aus.
Während des Betriebs mit niedrigem Hub leitet das Öffnungssteuermodul 218 gemäß der vorliegenden Offenbarung selektiv einige, aber weniger als alle von den Einlassventilen der Zylinder in den Betrieb mit hohem Hub über. Spezieller leitet das Öffnungssteuermodul 218 einige von den Einlassventilen der Zylinder in den Betrieb mit hohem Hub über, wenn die Drehmomentausgabeanforderung während des Betriebs mit niedrigem Hub größer als ein Drehmomentschwellenwert ist. Lediglich beispielhaft kann das Öffnungssteuermodul 218 die Hälfte der Gesamtanzahl von Einlassventilen der Zylinder in den Betrieb mit hohem Hub überleiten. Die Einlassventile, die in den Betrieb mit hohem Hub übergeleitet werden, können Zylinder einer vorbestimmten Zylinderreihe (z. B. der Zylinderreihe 17-1 oder 17-2) oder vorbestimmte Zylinder in einer Zündreihenfolge sein (z. B. die Zylinder 1, 3, 5 und 7 oder 2, 4, 6 und 8 bei einem Achtzylindermotor). Bei einigen Implementierungen kann das Öffnungssteuermodul 218 beispielsweise basierend auf einer Differenz zwischen der Drehmomentausgabeanforderung und dem Drehmomentschwellenwert ermitteln, bei wie vielen Zylindern die zugeordneten Einlassventile in den Betrieb mit hohem Hub übergeleitet werden sollen.
Das Hubzustands-Ermittlungsmodul 220 gibt an, ob die Einlassventile den Betrieb mit niedrigem Hub durchlaufen. Das Hubzustands-Ermittlungsmodul 220 kann beispielsweise basierend auf dem durch den Fluiddrucksensor 117 gemessenen Fluiddruck ermitteln, ob die Einlassventile den Betrieb mit niedrigem Hub durchlaufen. Lediglich beispielhaft kann das Hubzustands-Ermittlungsmodul 220 annehmen, dass die Einlassventile den Betrieb mit niedrigem Hub durchlaufen, wenn der Fluiddruck ungefähr gleich dem niedrigeren vorbestimmten Druck ist. Bei einigen Implementierungen kann eine Funktion des Fluiddrucks bei dem Ermitteln des Betriebs der Einlassventile verwendet werden, wie beispielsweise ein Mittelwert des Fluiddrucks über eine Zeitdauer.
Das Motordrehmomentmodul 222 ermittelt die Drehzahl des Motors 11 (d. h. die Motordrehzahl) in Umdrehungen pro Minute (U/min). Bei einer Implementierung ermittelt das Motordrehzahlmodul 222 die Motordrehzahl basierend auf der Kurbelwellenposition, die durch den Kurbelwellensensor 62 und/oder durch ein anderes geeignetes Maß der Motordrehzahl geliefert wird. Lediglich beispielhaft kann das Motordrehzahlmodul 222 die Motordrehzahl basierend auf der Zeitdauer zwischen den Pulsen der Pulsfolge ermitteln, die durch den Kurbelwellensensor 62 ausgegeben wird.
Das Schwellenwert-Ermittlungsmodul 224 ermittelt den Drehmomentschwellenwert zum Überleiten einiger der Einlassventile in den Betrieb mit hohem Hub und liefert den Drehmomentschwellenwert an das Öffnungssteuermodul 218. Das Schwellenwert-Ermittlungsmodul 224 ermittelt den Drehmomentschwellenwert während des Betriebs mit niedrigem Hub basierend auf der Motordrehzahl. Lediglich beispielhaft kann das Schwellenwert-Ermittlungsmodul 224 den Drehmomentschwellenwert anhand einer Abbildung von Drehmomentschwellenwerten ermitteln, die durch die Motordrehzahl indiziert ist. Die Drehmomentschwellenwerte können jeweils einer maximalen Drehmomentausgabe des Motors 11 bei dieser Motordrehzahl während des Betriebs mit niedrigem Hub entsprechen.
Das Öffnungssteuermodul 218 leitet einige von den Einlassventilen der Zylinder in den Betrieb mit hohem Hub über, wenn die Drehmomentausgabeanforderung während des Betriebs mit niedrigem Hub größer als der Drehmomentschwellenwert ist. Durch das Überleiten einiger von den Einlassventilen der Zylinder in den Betrieb mit hohem Hub ermöglicht das Hubsteuermodul 210 dem Motor 11, die Drehmomentausgabeanforderung zu erreichen. Das Überleiten von weniger als allen von den Einlassventilen der Zylinder in den Betrieb mit hohem Hub minimiert gleichzeitig den Kraftstoffverbrauch, da der Rest von den Einlassventilen der Zylinder in dem Betrieb mit niedrigem Hub gehalten wird und diese weniger Kraftstoff erfordern, um ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Gemisch zu erreichen.
Nun auf 4A Bezug nehmend, ist ein Flussdiagramm dargestellt, das beispielhafte Schritte zeigt, die durch ein Verfahren 300 ausgeführt werden. Das Verfahren 300 ermittelt die Drehmomentausgabeanforderung bei Schritt 302 und ermittelt bei Schritt 304, ob alle Einlassventile der Zylinder momentan den Betrieb mit niedrigem Hub durchlaufen. Wenn ja, fährt das Verfahren 300 bei Schritt 306 fort; wenn nein, endet das Verfahren 300. Das Verfahren 300 kann beispielsweise basierend auf dem Fluiddruck des Fluids ermitteln, das an die zugeordneten Spielausgleichseinrichtungen geliefert wird, ob die Einlassventile den Betrieb mit niedrigem Hub durchlaufen.
Das Verfahren 300 ermittelt bei Schritt 306 den Drehmomentschwellenwert und fährt bei Schritt 308 fort. Das Verfahren 300 ermittelt bei Schritt 308, ob die Drehmomentausgabeanforderung größer als der Drehmomentschwellenwert ist. Wenn nein, endet das Verfahren; wenn ja, leitet das Verfahren 300 einige von den Einlassventilen der Zylinder bei Schritt 310 in den Betrieb mit hohem Hub über. Das Verfahren 300 hält auch bei Schritt 310 den Rest der Einlassventile der Zylinder in dem Betrieb mit niedrigem Hub. Lediglich beispielhaft kann das Verfahren 300 die Hälfte von den Einlassventilen der Zylinder in den Betrieb mit hohem Hub überleiten. Das Verfahren 300 endet anschließend.
Nun auf 4B Bezug nehmend, ist ein Flussdiagramm dargestellt, das beispielhafte Schritte zeigt, die durch ein Verfahren 350 ausgeführt werden. Das Verfahren 350 ermittelt bei Schritt 352 die Drehmomentausgabeanforderung und ermittelt bei Schritt 354, ob die Drehmomentausgabeanforderung erfüllt werden kann, wenn sich alle (d. h. N) von den Einlassventilen der Zylinder in dem Betrieb mit niedrigem Hub befinden. Wenn ja, leitet das Verfahren 350 alle von den N Einlassventilen der Zylinder bei Schritt 356 in den Betrieb mit niedrigem Hub über, und das Verfahren 350 endet. Wenn nein, fährt das Verfahren 350 bei Schritt 358 fort.
Bei Schritt 358 ermittelt das Verfahren 350, ob die Drehmomentausgabeanforderung erfüllt werden kann, wenn sich alle außer einem (d. h. N – 1) von den N Einlassventilen der Zylinder in dem Betrieb mit niedrigem Hub befinden. Wenn ja, leitet das Verfahren 350 die N – 1 Einlassventile der Zylinder bei Schritt 360 in den Betrieb mit niedrigem Hub über, und das Verfahren 350 endet. Wenn nein, schreitet das Verfahren 350 voran.
Spezieller ermittelt das Verfahren 350 weiterhin, ob die Drehmomentausgabeanforderung erfüllt werden kann, wenn sich eines weniger von den Einlassventilen der Zylinder in dem Betrieb mit niedrigem Hub befindet. Wenn ja, leitet das Verfahren 350 diese Anzahl von Einlassventilen der Zylinder in den Betrieb mit niedrigem Hub über. Das Verfahren 350 kann diesen Prozess iterativ fortsetzen, bis das Verfahren 350 den Schritt 380 erreicht.
Bei Schritt 380 ermittelt das Verfahren 350, ob die Drehmomentausgabeanforderung erfüllt werden kann, wenn sich eines von den N Einlassventilen der Zylinder (d. h. N – (N – 1)) in dem Betrieb mit niedrigem Hub befindet. Wenn ja, leitet das Verfahren 350 bei Schritt 382 den einen von den N Zylindern in den Betrieb mit niedrigem Hub über, und das Verfahren 350 endet. Wenn nein, hält das Verfahren 350 alle N Einlassventile der Zylinder bei Schritt 384 in dem Betrieb mit hohem Hub, und das Verfahren 350 endet.
Die breiten Lehren der vorliegenden Offenbarung können in einer Vielzahl von Formen implementiert werden. Obgleich diese Offenbarung spezielle Beispiele aufweist, soll der wahre Umfang der Erfindung 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.
Bezugszeichenliste
Fig. 3:

210: Hubsteuermodul
212: Fahrer-Drehmomentanforderungsmodul
214: Drehmomentanforderungs-Ermittlungsmodul
216: Drehmomentsteuermodul
218: Öffnungssteuermodul
220: Hubzustands-Ermittlungsmodul
222: Motordrehzahlmodul
224: Schwellenwert-Ermittlungsmodul

302: Ermittle Drehmomentausgabeanforderung
304: Alle Zylinder in Betrieb mit niedrigem Hub?
306: Ermittle Drehmomentschwellenwert
308: Drehmomentausgabeanforderung > Drehmomentschwellenwert?
310: Leite einige Zylinder zum hohen Hub über und halte die anderen Zylinder bei niedrigem Hub

352: Ermittle Drehmomentausgabeanforderung
354: Kann Anforderung erfüllt werden, wenn sich alle (N) Zylinder in niedrigem Hub befinden?
356: Niedriger Hub für alle Zylinder
358: Kann Anforderung erfüllt werden, wenn sich (N – 1) Zylinder in niedrigem Hub befinden?
360: Niedriger Hub für N – 1 Zylinder
380: Kann Anforderung erfüllt werden, wenn sich (N – (N – 1)) Zylinder in niedrigem Hub befinden?
382: Niedriger Hub für N – (N – 1) Zylinder
384: Hoher Hub für alle Zylinder

Claims

Einlassventil-Steuersystem, das umfasst: ein Drehmomentsteuermodul, das ein durch einen Motor ausgegebenes Drehmoment basierend auf einem Drehmoment-Ausgabezielwert steuert; und ein Öffnungssteuermodul, das Einlassventile von M Zylindern des Motors bis zu einer ersten Hubposition öffnet, wenn der Drehmoment-Ausgabezielwert kleiner als ein Drehmomentschwellenwert ist, und das die Einlassventile von N der M Zylinder selektiv in eine zweite Hubposition überleitet, wobei N und M ganze Zahlen größer als Null sind und N kleiner als M ist und wobei die zweite Hubposition weiter offen als die erste Hubposition ist.
Einlassventil-Steuersystem nach Anspruch 1, wobei N gleich der Hälfte von M ist.
Einlassventil-Steuersystem nach Anspruch 1, wobei N einer Reihe der M Zylinder entspricht.
Einlassventil-Steuersystem nach Anspruch 1, wobei die N Zylinder anhand einer vorbestimmten Zündreihenfolge der M Zylinder ausgewählt werden.
Einlassventil-Steuersystem nach Anspruch 1, wobei das Öffnungssteuermodul die Einlassventile der N Zylinder zu einem Öffnen bis zu der zweiten Hubposition überleitet, wenn der Drehmoment-Ausgabezielwert größer als der Drehmomentschwellenwert ist.
Einlassventil-Steuersystem nach Anspruch 1, das ferner ein Schwellenwert-Ermittlungsmodul umfasst, das den Schwellenwert basierend auf einer Drehzahl des Motors ermittelt.
Einlassventil-Steuersystem nach Anspruch 1, das ferner ein Hubzustands-Ermittlungsmodul umfasst, das basierend auf einem ersten und einem zweiten Druck eines Fluids, das durch ein erstes bzw. durch ein zweites Fluidsteuerventil geliefert wird, angibt, wann die Einlassventile der M Zylinder bis zu der ersten Hubposition geöffnet werden.
Einlassventil-Steuersystem nach Anspruch 7, wobei das Hubzustands-Ermittlungsmodul angibt, dass die Einlassventile der M Zylinder bis zu der ersten Hubposition geöffnet werden, wenn der erste und der zweite Druck einem ersten vorbestimmten Druck ungefähr gleich sind.
System, das umfasst: das Einlassventil-Steuersystem nach Anspruch 8; und das erste und das zweite Fluidsteuerventil, wobei das erste Fluidsteuerventil das Fluid an variable Ventilhubmechanismen liefert, die den N Zylindern zugeordnet sind, wobei das Öffnungssteuermodul den ersten Druck bis zu einem zweiten vorbestimmten Druck erhöht, wenn der Drehmoment-Ausgabezielwert größer als der Drehmomentschwellenwert ist, und wobei der zweite vorbestimmte Druck größer als der erste vorbestimmte Druck ist.