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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Offenbarung betrifft periodisch arbeitende Controller, die in Verbrennungsmotoren verwendet werden.
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HINTERGRUND
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Die Angaben in diesem Abschnitt liefern nur auf die vorliegende Offenbarung bezogene Hintergrundinformation und stellen möglicherweise keinen Stand der Technik dar.
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Verbrennungsmotoren können nockenlose Systeme zur variablen Ventilbetätigung verwenden, die Systeme zur vollständig flexiblen Ventilbetätigung (FFVA-Systeme) umfassen. Ein Ventiltriebsystem, das eine vollständig flexible Ventilbetätigung umfasst, liefert eine Vollbereichssteuerung einer Motorventil-Öffnungsdauer, einer Motorventil-Öffnungsphaseneinstellung relativ zu einer Kurbelwellendrehung und einer Größe eines Motorventilhubs von vollständig geschlossen bis vollständig offen, ohne von den Konturen einer Nockenoberfläche abhängig zu sein. Elektrisch oder hydraulisch gesteuerte Systeme zur vollständig flexiblen Ventilbetätigung können Ventilen ermöglichen, mehrere Male oder überhaupt nicht, wie beispielsweise während Zylinder-Deaktivierungsereignissen, während eines Motorzyklus zu öffnen.
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Verbrennungsmotorsteuerungen umfassen auf einer Zeitdomäne basierte Elemente und auf einer Kurbelwinkeldomäne basierte Elemente, die mit der Motordynamik verbunden sind. Die auf der Zeitdomäne basierte Motordynamik kann unter Verwendung von Differentialgleichungen beschrieben werden (linear oder nicht linear), während die auf dem Kurbelwinkel basierte Dynamik unter Verwendung von Änderungsraten relativ zu einem Kurbelwinkel beschrieben werden kann. Daher entspricht die auf dem Kurbelwinkel basierte Dynamik der Kurbelwinkeldrehung und nicht der Zeit. Wenn die Motordrehzahl konstant ist, ist die auf der Zeitdomäne basierte Motordynamik mit der auf der Kurbelwinkeldomäne basierten Motordynamik synchronisiert. Steuermodule und Controller führen Steuerungsaufgaben sowohl in festen Zeitintervallen (d. h. zeitbasierte Steuerungen) als auch in festen Kurbelwinkelintervallen (d. h. ereignisbasierte Steuerungen) aus, um verschiedene Motorbetriebsweisen gemeinsam zu steuern und zu überwachen. Sensoren und Aktuatoren, die in Motoranwendungen verwendet werden, sind beispielsweise meistens auf der Zeitdomäne basierte Systeme. Motorströmungs- und Verbrennungswechselwirkungen mit den Sensoren und Aktuatoren sind jedoch kurbelwinkelbasiert.
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Die Steuerung von Systemen zur variablen Ventilbetätigung, die Systeme zur vollständig flexiblen Ventilbetätigung umfassen, hat ein Öffnen und Schließen von Einlass- und Auslass-Motorventilen bei vorbestimmten Profilen als eine Funktion des Kurbelwinkels zur Folge, die vorzugsweise mit Kurbelwinkeliterationen von 720 Grad wiederholbar ist. Aufgrund dieser periodischen Natur kann ein periodisch arbeitender Controller verwendet werden, um das System zur vollständig flexiblen Ventilbetätigung mit hoher Präzision zu steuern. Darüber hinaus ist die Steuerung des Systems zur vollständig flexiblen Ventilbetätigung aufgrund der zeitbasierten Natur seiner Dynamik auf der Zeitdomäne basiert. Während des Betriebs eines Antriebsstrangs ist es jedoch bevorzugt, dass die Ventilbetätigung mit speziellen Kurbelwinkeln zusammenfällt, um mit dem Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung, des Zündfunkens und der Verbrennung synchronisiert zu werden. Daher ist eine Umwandlung zwischen der Steuerung in der Zeitdomäne und in der Kurbelwinkeldomäne wünschenswert. Die Ventilbetätigung kann nicht periodisch bezüglich der Zeit werden, z. B. wenn die Motordrehzahl schwankt. Eine ungenaue Umwandlung von einer auf der Zeitdomäne basierten Steuerung in eine auf der Kurbelwinkeldomäne basierten Steuerung kann eine unerwünschte Motorventilbewegung verursachen, die zu einer schlechten Verbrennung führt. Daher wäre es vorteilhaft, die nicht periodischen Störungen in dem Ventiltrieb-Steuersystem bei periodischen Aufgaben, wie beispielsweise dem Öffnen und Schließen von Einlass- und Auslass-Motorventilen, bei einem konstanten Profil als eine Funktion des Kurbelwinkels zu kompensieren, die sich für jede 720 Grad des Kurbelwinkels wiederholt.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein Verfahren zum Steuern eines Motorventils eines Verbrennungsmotors umfasst, dass ein Motorventilhub und ein entsprechender Motorkurbelwinkel periodisch überwacht werden, dass ein bevorzugtes Motorventilhubprofil in einer Kurbelwinkeldomäne ermittelt wird, dass eine bevorzugte Motorventilposition in der Kurbelwinkeldomäne ermittelt wird, die dem bevorzugten Motorventilhubprofil, dem überwachten Motorventilhub und dem Motorkurbelwinkel zugeordnet ist. Die bevorzugte Motorventilposition in der Kurbelwinkeldomäne wird interpoliert, um eine bevorzugte Motorventilposition in der Zeitdomäne zu ermitteln. Das Verfahren umfasst ferner, dass ein Steuerkreis betätigt wird, der ausgebildet ist, um eine Position des Motorventils in der Zeitdomäne zu der bevorzugten Motorventilposition zu steuern.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Eine oder mehrere Ausführungsformen werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, von denen:
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1 ein schematisches Diagramm eines Steuerkreises zum Betätigen eines einzelnen Motorventils eines Verbrennungsmotors gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
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2 ein Steuerflussdiagramm gemäß der vorliegenden Offenbarung ist, das ein Steuerschema zum Steuern des Steuerkreises verkörpert, um ein einzelnes Motorventil periodisch zu betätigen;
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3–5 einen überwachten Motorventilhub LM in der Zeitdomäne, einen überwachten Motorkurbelwinkel θM und einen nominellen nachgebildeten Motorkurbelwinkel θG in der Zeitdomäne sowie einen überwachten Motorventilhub LM(θM) und einen interpolierten Motorventilhub LI(θG) in der Kurbelwinkeldomäne gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch darstellen;
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6–8 eine Ventilsteuerposition P, die als eine Funktion des nachgebildeten Motorkurbelwinkels θG, eines überwachten Motorkurbelwinkels θM und eines nominellen nachgebildeten Motorkurbelwinkels θG in der Zeitdomäne aufgetragen ist, und eine Steuerposition P(θG) sowie eine entsprechende interpolierte Steuerposition PM(θG) in der Zeitdomäne gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch darstellen; und
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9 Daten gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch darstellt, die einen Motorventilhub zeigen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Nun auf die Zeichnungen Bezug nehmend, wobei das Gezeigte nur zu dem Zweck dient, bestimmte beispielhafte Ausführungsformen darzustellen, und nicht zu dem Zweck, selbige einzuschränken, stellt 1 einen beispielhaften Steuerkreis zum Betätigen eines einzelnen Steuerventils 9 eines Verbrennungsmotors schematisch dar. Der beispielhafte Steuerkreis umfasst ein vollständig flexibles elektrohydraulisches Ventilbetätigungssystem, das einen Motorventilaktuator 10 aufweist, der an einem Mehrzylinder-Verbrennungsmotor implementiert sein kann. Der beispielhafte Steuerkreis kann verwendet werden, um ein Motorventil 9 zu betätigen, das entweder ein Einlass- oder ein Auslassventil umfasst. Es ist einzusehen, dass die Offenbarung hierin auf verschiedene Verbrennungsmotorsysteme und Verbrennungsmodi angewendet werden kann, die z. B. Motoren mit Funkenzündung und Motoren mit Kompressionszündung umfassen und wobei die Verbrennungsmodi eine homogene Verbrennung mit Funkenzündung, eine Verbrennung mit gesteuerter Selbstzündung, einen Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung und Funkenzündung, eine Kompressionszündung und eine Kompressionszündung mit vorgemischter Ladung umfassen. Es ist auch einzusehen, dass die Offenbarung hierin auf verschiedene Verbrennungsmotorsysteme angewendet werden kann, die bei einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis, einem mageren Luft/Kraftstoffverhältnis und einem fetten Luft/Kraftstoffverhältnis arbeiten.
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Der beispielhafte Motor umfasst einen Mehrzylinder-Viertaktverbrennungsmotor mit Direkteinspritzung, der Hubkolben aufweist, die in Zylindern verschiebbar sind, die Verbrennungskammern mit variablem Volumen definieren. Jeder Kolben ist mit einer rotierenden Kurbelwelle verbunden, durch welche die lineare Hubbewegung in eine Drehbewegung übersetzt wird. Ein Lufteinlasssystem liefert Einlassluft an einen Einlasskrümmer, der die Luft in Einlasskanäle zu jeder Verbrennungskammer leitet und verteilt. Das Lufteinlasssystem umfasst ein Luftströmungs-Kanalsystem und Einrichtungen, um die Luftströmung zu überwachen und zu steuern. Die Lufteinlasseinrichtungen umfassen vorzugsweise einen Luftmassenströmungssensor, um die Luftmassenströmung und die Einlasslufttemperatur zu überwachen. Ein Drosselventil umfasst vorzugsweise eine elektronisch gesteuerte Einrichtung, welche die Luftströmung zu dem Motor in Ansprechen auf ein Steuersignal von einem Motorsteuermodul steuert. Ein Drucksensor in dem Krümmer ist ausgebildet, um den Krümmerabsolutdruck und den barometrischen Druck zu überwachen. Ein äußerer Strömungsdurchgang führt Abgase von einem Motorauslass zu dem Einlasskrümmer zurück und weist ein Strömungssteuerventil auf, das als ein Abgasrückführungsventil bezeichnet wird. Das Steuermodul dient dazu, die Massenströmung des Abgases zu dem Einlasskrümmer zu steuern, indem das Öffnen des Abgasrückführungsventils gesteuert wird.
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Ein Zylinderkopf 44 umfasst vorzugsweise eine Gussmetalleinrichtung, die eine Befestigungsstruktur für Einlass- und Auslassventile des Motors, die das Motorventil 9 umfassen, und für den zugeordneten Motorventilaktuator 10 liefert. Zumindest ein Einlassventil und zumindest ein Auslassventil entsprechen jedem Zylinder und jeder Verbrennungskammer. Es gibt vorzugsweise einen Motorventilaktuator 10 für jedes Motorventil 9. Jedes Einlassventil kann eine Einlassströmung von Luft und Kraftstoff in die entsprechende Verbrennungskammer ermöglichen, wenn es offen ist. Jedes Auslassventil kann eine Strömung von Verbrennungsprodukten aus der entsprechenden Verbrennungskammer in ein Abgassystem ermöglichen, wenn es offen ist.
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Der Motor kann ein Kraftstoffeinspritzungssystem aufweisen, das mehrere Hochdruck-Kraftstoffeinspritzeinrichtungen umfasst, die jeweils ausgebildet sind, um eine Kraftstoffmasse in Ansprechen auf ein Signal von dem Motorsteuermodul direkt in die Verbrennungskammer einzuspritzen. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen werden von einem Kraftstoffverteilsystem mit unter Druck stehendem Kraftstoff versorgt. Der Motor kann ein Funkenzündungssystem aufweisen, durch das Zündfunkenenergie an eine Zündkerze geliefert wird, um Zylinderladungen in jeder der Verbrennungskammern in Ansprechen auf ein Signal von dem Motorsteuermodul zu zünden oder bei dem Zünden zu unterstützen.
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Der Motor ist mit verschiedenen Detektionseinrichtungen zum Überwachen des Motorbetriebs ausgestattet, die einen Kurbelsensor 22 umfassen, der eine Ausgabe θM aufweist, die der Kurbelwellen-Drehposition eines Kurbelrades 23 entspricht, d. h. dem Kurbelwinkel, und er kann zum Überwachen die Kurbelwellendrehzahl verwendet werden. Ein Abgassensor überwacht den Abgaszustrom und kann bei einer Ausführungsform einen Sensor für das Luft/Kraftstoffverhältnis umfassen.
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Das Steuermodul führt einen darin gespeicherten algorithmischen Code aus, um die zuvor erwähnten Aktuatoren zum Steuern des Motorbetriebs zu steuern, was die Drosselventilposition, den Zündfunkenzeitpunkt, die Masse und den Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung, den Zeitpunkt und die Phaseneinstellung des Einlass- und/oder Auslassventils sowie die Position des Abgasrückführungsventils umfasst, um die Strömung zurückgeführter Abgase zu steuern. Der Zeitpunkt und die Phaseneinstellung des Ventils können eine Dauer mit negativer Ventilüberlappung und bei einer Abgas-Rückatmungsstrategie die Verwendung eines mehrstufigen Ventilhubs umfassen. Das Steuermodul ist ausgebildet, um Eingabesignale von einem Betreiber (z. B. eine Gaspedalposition und eine Bremspedalposition) zum Ermitteln einer Drehmomentanforderung eines Betreibers sowie von Sensoren zu empfangen, welche die Motordrehzahl und die Einlasslufttemperatur sowie die Kühlmitteltemperatur und andere Umgebungsbedingungen angeben.
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Wie hierin verwendet, können Steuermodul, Controller, Modul und ähnlich Ausdrücke eine beliebige geeignete Form annehmen, einschließlich verschiedener Kombinationen eines anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreises (ASIC) oder mehrerer anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreise, eines elektronischen Schaltkreises oder mehrerer elektronischer Schaltkreise, einer zentrale Verarbeitungseinheit oder mehrerer zentraler Verarbeitungseinheiten (vorzugsweise ein Mikroprozessor bzw. Mikroprozessoren) und eines zugeordneten Speichers und einer zugeordneten Archivierung (Festwertspeicher, programmierbarer Festwertspeicher, Arbeitsspeicher, Festplatte usw.), die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, eines Schaltkreises der Schaltungslogik oder mehrerer Schaltkreise der Schaltungslogik, einer oder mehrerer Eingabe/Ausgabe-Schaltung(en) und -Einrichtungen, geeigneter Signalkonditionierungs- und Pufferschaltungen sowie anderer geeigneter Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Das Steuermodul weist einen Satz von Steueralgorithmen auf, die residente Software-Programmanweisungen und Kalibrierungen umfassen, die in dem Speicher gespeichert sind und ausgeführt werden, um die gewünschten Funktionen zu schaffen. Die Algorithmen werden vorzugsweise während voreingestellter Schleifenzyklen ausgeführt. Die Algorithmen werden beispielsweise von einer zentralen Verarbeitungseinheit ausgeführt und dienen dazu, Eingaben von den Detektionseinrichtungen und anderen Steuermodulen im Netzwerk zu überwachen sowie Steuer- und Diagnoseroutinen auszuführen, um den Betrieb von Aktuatoren zu steuern. Die Schleifenzyklen können während des laufenden Motor- und Fahrzeugbetriebs in regelmäßigen Intervallen ausgeführt werden, beispielsweise jede 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden. Alternativ können die Algorithmen in Ansprechen auf ein Auftreten eines Ereignisses ausgeführt werden.
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Ein Steuermodul 5 (E–H CONTROLLER) steuert den Betrieb des beispielhaften Steuerkreises, um eine Position des Motorventils 9 zu steuern, was die Größe eines Ventilhubs L, die Dauer einer Ventilöffnung D, vorzugsweise in Kurbelwinkelgraden gemessen, und einen Zeitpunkt der Ventilöffnung umfasst, der vorzugsweise in Kurbelwinkelgraden relativ zu dem oberen Totpunkt der Kolbenbewegung gemessen wird. Es ist einzusehen, dass die Phaseneinstellung der Ventilöffnung in dem Zeitpunkt der Ventilöffnung und der Dauer der Ventilöffnung umfasst ist. Die Position des Motorventils 9 wird in Ansprechen auf ein Steuersignal PD(θM), das von dem Steuermodul 5 ausgegeben wird, gemäß bevorzugten Steuerschemata und basierend auf vorbestimmten Ventilprofilen gesteuert, die hierin beschrieben sind.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Steuerkreis einen geschlossenen Hochdruckfluidkreis, der jedem Motorventilaktuator 10 zugeordnet und mit dem Steuermodul 5 funktional verbunden ist, das signaltechnisch mit dem Motorsteuermodul verbunden ist. Obwohl das Steuermodul 5 in 1 als ein diskretes Element gezeigt ist, dient eine solche Darstellung der Einfachheit der Beschreibung, und es ist einzusehen, dass das Steuermodul 5 eine beliebige geeignete Form annehmen kann, wie hierin vorstehend beschrieben ist. Das Steuermodul 5 führt Algorithmen während voreingestellter Schleifenzyklen in der Zeitdomäne aus. Der Motorventilaktuator 10 weist einen Ventilaktuator-Positionssensor 42 auf, der den Motorventilhub überwacht, und erzeugt eine Signalausgabe LM, die dem Motorventilhub entspricht, der durch das Steuermodul 5 überwacht wird. Der beispielhafte geschlossene Hochdruckfluidkreis umfasst eine Hydraulikpumpe 70, die mittels einer Leitung 80 mit einem ersten Strömungssteuerventil 82 fluidisch verbunden ist, das mittels einer Leitung 84 mit einem Hochdruckfluideinlass 40 des Motorventilaktuators 10 fluidisch verbunden ist. Ein Fluidauslass 68 des Motorventilaktuators 10 ist mittels der Leitung 86 mit einem zweiten Strömungssteuerventil 88 fluidisch verbunden, das zu einem Fluidsumpf 90 entlüftet. Die Hydraulikpumpe 70 sowie das erste und das zweite Fluid-Strömungssteuerventil 82 und 88 sind mit dem Steuermodul 5 funktional verbunden. Bei einer Ausführungsform erzeugt das Steuermodul 5 ein Steuersignal PD(θM), um das erste und das zweite Fluid-Strömungssteuerventil 82 und 88 zu steuern, um eine Strömung des Hydraulikfluids zu dem Motorventilaktuator 10 zu steuern und dadurch die Position des Motorventils 9 zu steuern.
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Bei einer Ausführungsform umfassen das erste und das zweite Fluid-Strömungssteuerventil 82 und 88 jeweils ein Fluid-Schiebesteuerventil mit zwei Zuständen, das zur Verwendung in einem Hochdruckfluid-Steuersystem ausgestaltet ist. Der erste Zustand jedes von dem ersten und dem zweiten Fluidsteuerventil 82 und 88 umfasst einen offenen Strömungszustand, und der zweite Zustand umfasst einen fluidisch abgedichteten Zustand ohne Strömung. Der Motorventilaktuator 10 ist physikalisch an dem Zylinderkopf 44 angebracht, wobei ein distales Ende eines Kolbens 30 des Motorventilaktuators 10 mit einem Ende eines Schafts des Motorventils 9 in physikalischem Kontakt steht und dazu dient, eine Öffnungskraft auf dieses auszuüben. Das Motorventil 9 ist vorzugsweise mit einer Feder ausgebildet, die angeordnet ist, um eine Schließkraft zu liefern. Das Motorventil 9 ist normalerweise geschlossen, und der Motorventilaktuator 10 muss eine ausreichende Kraft durch den Kolben 30 erzeugen, um die Federschließkraft zum Öffnen des Motorventils 9 zu überwinden. Das Öffnen des Motorventils 9 umfasst eine lineare Verschiebung des Ventilschafts und des Ventils. Bei einer Ausführungsform ist das Motorventil 9 ausgebildet, um die Motorventilposition auf eine von zwei diskreten Stufen zu steuern, z. B. eine Motorventilposition mit niedrigem Hub (ungefähr 4–6 mm), vorzugsweise für einen Motorbetrieb mit niedriger Drehzahl und niedriger Last, sowie eine Motorventilposition mit hohem Hub (ungefähr 8–10 mm), vorzugsweise für einen Motorbetrieb mit hoher Drehzahl und hoher Last. Das Motorventil 9 definiert in der geschlossenen Position eine Neutralposition für den Motorventilaktuator 10, wenn es an diesem angebracht ist.
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Der Hochdruckfluidkreis, der hierin vorstehend beschrieben ist, verwendet vorzugsweise Motoröl als Hydraulikfluid. Andere Fluidtypen können jedoch auch mit diesem System verwendet werden. Die Hydraulikpumpe 70 ist derart bemessen, dass sie einen ausreichenden Hydraulikdruck liefert, um die Schließkraft der Motorventilfeder zu überwinden, die mit einer in der Verbrennungskammer erzeugten Druckkraft gekoppelt ist, die auf die Innenseite des Zylinderkopfs 44 und des Ventils 9 wirkt und bei einer Ausführungsform unter Bedingungen mit hoher Motordrehzahl in einem Druckbereich von 7–21 MPa liegen kann.
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2 zeigt ein Steuerschema 500 zum periodischen Steuern des Steuerkreises für das Motorventil 9. Das Steuerschema 500 ist der Einfachheit der Beschreibung halber unter Verwendung von diskreten Elementen dargestellt und beschrieben. Es sollte erkannt werden, dass die Funktionen, die durch diese Elemente ausgeführt werden, in einer oder mehreren Einrichtungen kombiniert werden können, z. B. implementiert in einer Software, Hardware und/oder in einem anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis. Das Steuerschema 500 wird periodisch ausgeführt, um das Motorventil 9 in Ansprechen auf ein gewünschtes Ventilhubprofil als eine Funktion des Kurbelwinkels während jedes Motorzyklus zu steuern, indem die Motorventilposition LM, die in der Zeitdomäne gemessen wird, und der Motorkurbelwinkel θM, der in der Kurbelwinkeldomäne gemessen wird, synchronisiert werden. Der Ausdruck ”Kurbelwinkeldomäne”, wie er hierin verwendet wird, bezieht sich auf einen Betrieb und eine Steuerung, die bezüglich einer in Kurbelwinkelgraden gemessenen Drehposition der Motorkurbelwelle gemessen werden und dieser entsprechen, z. B. unter Verwendung des Kurbelsensors. Der Ausdruck ”Zeitdomäne”, wie er hierin verwendet wird, bezieht sich auf einen Betrieb und eine Steuerung, die in einer verstrichenen Zeit gemessen werden und dieser entsprechen.
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Das Steuerschema 500 überwacht den Motorkurbelwinkel θM und den Motorventilhub LM in periodischen Zeitintervallen in der Zeitdomäne als Eingabe für ein Eingabepuffermodul 505. Ein Generatormodul 510 für ein internes Signal erzeugt einen nachgebildeten Motorkurbelwinkel θG in der Zeitdomäne. Der nachgebildete Motorkurbelwinkel θG wird durch das Eingabepuffermodul 505, einen periodisch arbeitenden Controller 515 für eine vollständig flexible Ventilbetätigung (FFVA-Controller) und ein Ausgabepuffermodul 520 verwendet. Das Eingabepuffermodul 505 ermittelt einen interpolierten Motorventilhub LI(θG) bei dem nachgebildeten Motorkurbelwinkel θG. Ein gewünschter Ventilhub LD(θG) kann basierend auf dem gewünschten Ventilhubprofil 530 und dem nachgebildeten Motorkurbelwinkel 8G ermittelt werden. Der FFVA-Controller 515 ermittelt eine Steuerposition P(θG) für das Motorventil 9 in der Kurbelwinkeldomäne, welche bei dem nachgebildeten Motorkurbelwinkel θG angegeben wird. Das Ausgabepuffermodul 520 ermittelt eine gewünschte Steuerposition PD(θM) für das Motorventil 9 in der Zeitdomäne, die verwendet werden kann, um das erste und das zweite Fluid-Strömungssteuerventil 82 und 88 in der Zeitdomäne bei dem überwachten Motorkurbelwinkel θM zu steuern, um den gewünschten Ventilhub LD(θG) zu erreichen.
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Das Überwachen des Motorkurbelwinkels θM und des Motorventilhubs LM in der Zeitdomäne umfasst, dass Signalausgaben von dem Kurbelsensor 22 und dem Ventilaktuator-Positionssensor 42 überwacht werden. Das Generatormodul 510 für das interne Signal bildet den Motorkurbelwinkel nach, indem ein Signal θG für den nachgebildeten Kurbelwinkel basierend auf einer angenommenen festen Motordrehzahl erzeugt wird, die beispielsweise durch Filtern und Mitteln der überwachten Motordrehzahl, und durch eine Drehmomentanforderung eines Betreibers erhalten werden kann.
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Eingaben für das Eingabepuffermodul 505 umfassen den überwachten Motorventilhub LM von dem Ventilaktuator-Positionssensor 42, den überwachten Motorkurbelwinkel θM von dem Kurbelsensor 22 und den nachgebildeten Motorkurbelwinkel θG von dem Generatormodul 510 für das interne Signal. Der überwachte Motorventilhub LM und der überwachte Motorkurbelwinkel θM werden vorzugsweise in vorbestimmten festen Zeitintervallen, d. h. in der Zeitdomäne, periodisch überwacht. Das Eingabepuffermodul 505 interpoliert den überwachten Motorventilhub LM zwischen aufeinander folgenden überwachten Motorkurbelwinkeln θM und in Verbindung mit dem nachgebildeten Motorkurbelwinkel θG, um den interpolierten Motorventilhub LI(θG) in der Kurbelwinkeldomäne zu ermitteln, der an den FFVA-Controller 515 übertragen wird.
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Das Signalgeneratormodul 510 erzeugt den nachgebildeten Motorkurbelwinkel θG als Ausgabe für das Eingabepuffermodul 505, das Ausgabepuffermodul 520 und den FFVA-Controller 515. Der nachgebildete Motorkurbelwinkel θG befindet sich in der Zeitdomäne und wird basierend auf einer angenommenen festen Motordrehzahl ermittelt, die beispielsweise durch Filtern der überwachten Motordrehzahl erhalten werden kann. Das Signalgeneratormodul 510 gibt den nachgebildeten Motorkurbelwinkel θG mit einer festen Rate bezüglich der Zeit aus, bis die Drehmomentanforderung des Betreibers eine andere Motordrehzahl angibt. Der nachgebildete Motorkurbelwinkel θG definiert die Kurbelwinkeldomäne für den FFVA-Controller 515 und das Ausgabepuffermodul 520.
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Vorzugsweise ermittelt das Steuermodul 5 für jeden Motorzyklus den Drehzahl/Last-Betriebspunkt, und es ermittelt eine Drehzahl/Last-Betriebszone, die dem Drehzahl/Last-Betriebspunkt entspricht. Das bevorzugte oder gewünschte Motorventilhubprofil 530, das der Drehzahl/Last-Betriebszone zugeordnet ist, wird durch das Steuerschema 500 ausgewählt. Jede Drehzahl/Last-Betriebszone weist ein entsprechendes vorbestimmtes Motorventilhubprofil 530 auf. Jedes vorbestimmte Motorventilhubprofil ist ein Datenfeld von Ventilhubzuständen, die jeweils einem Kurbelwinkelzustand entsprechen und vorzugsweise als ein Kurbelwinkel (in Grad) und eine entsprechende Größe des Hubs (in mm) ausgedrückt werden. Das Datenfeld der Ventilhubzustände, die dem vorbestimmten Ventilhubprofil 530 zugeordnet sind, wird als LD(θG) ausgedrückt. Es ist einzusehen, dass vorbestimmte Motorventilhubprofile durch einen Fachmann basierend auf dem ausgewählten Verbrennungsmotorsystem, dem ausgewählten Verbrennungsmodus und dem ausgewählten Regime für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis ermittelt werden können. Das vorbestimmte Motorventilprofil 530 wird in den FFVA-Controller 515 eingegeben.
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Der FFVA-Controller 515 wählt eine Steuerposition P(θG) für das Motorventil 9 in der Kurbelwinkeldomäne basierend auf dem nachgebildeten Kurbelwinkel θG, dem interpolierten Motorventilhub LI(θG) und dem vorbestimmten Ventilhubprofil LD(θG) unter Verwendung periodischer Steuerverfahren aus. Ein Fachmann kann das vorbestimmte Ventilhubprofil LD(θG) verwenden, um die Steuerposition P(θG) für das Motorventil 9 in der Kurbelwinkeldomäne basierend auf dem nachgebildeten Kurbelwinkel θG und dem interpolierten Motorventilhub LI(θG) zu ermitteln. Der FFVA-Controller 515 ermittelt eine Steuerposition P(θG) für das Motorventil 9 in der Kurbelwinkeldomäne, die bei dem nachgebildeten Motorkurbelwinkel θG angegeben wird. Das Ausgabepuffermodul 520 ermittelt eine gewünschte Steuerposition PD(θM) für das Motorventil 9 in der Zeitdomäne.
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Der überwachte Motorkurbelwinkel θM von dem Kurbelsensor 22, die Steuerposition P(θG) und der nachgebildete Motorkurbelwinkel θG sind Eingaben für das Ausgabepuffermodul 520. Das Ausgabepuffermodul 520 interpoliert die Steuerposition P(θG) zwischen dem überwachten Motorkurbelwinkel θM und dem nachgebildeten Motorkurbelwinkel θG, um eine gewünschte Steuerposition PD(θM) für das Motorventil 9 zu ermitteln. Die gewünschte Steuerposition PD(θM) wird in der Zeitdomäne an das erste und an das zweite Fluid-Strömungssteuerventil 82 und 88 übertragen, um den Hub des Motorventils 9 zu steuern.
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Im Betrieb synchronisiert das Steuermodul 5 eine gewünschte in der Zeitdomäne gesteuerte Motorventilposition mit dem Motorkurbelwinkel θM basierend auf dem überwachten Motorkurbelwinkel θM, der Motorventilposition LM und dem nachgebildeten Motorkurbelwinkel θG, und es steuert den Motorventilaktuator 10 periodisch in der Zeitdomäne, synchronisiert mit dem überwachten Motorkurbelwinkel θM.
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3–8 zeigen Elemente, die mit der Ausführung des Steuerschemas 500 verbunden sind, um die Position des Motorventils 9 unter Verwendung einer auf der Zeitdomäne basierten Steuerung periodisch zu steuern.
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3A–3C zeigen Signale für einen Ventilbetrieb, bei dem der Motor bei einer vorbestimmten gewünschten Drehzahl (nominellen Drehzahl) arbeitet, wobei der nachgebildete Motorkurbelwinkel θG dem überwachten Motorkurbelwinkel θM in der Zeitdomäne entspricht. 3A stellt den überwachten Motorventilhub LM(θM) graphisch dar, welcher der nominelle Motorventilhub in der Zeitdomäne ist. 3B stellt den überwachten Motorkurbelwinkel θM und den nominellen nachgebildeten Motorkurbelwinkel θG in der Zeitdomäne graphisch dar. 3C stellt den überwachten Motorventilhub LM(θM) und einen interpolierten Motorventilhub LI(θG) in der Kurbelwinkeldomäne graphisch dar. Wie angegeben ist, folgt der interpolierte Motorventilhub LI(θG) bei dem nachgebildeten Motorkurbelwinkel dem überwachten Motorventilhub LM(θM) bei dem überwachten Motorkurbelwinkel in der Kurbelwinkeldomäne, wenn der Motor bei der vorbestimmten gewünschten Drehzahl (nominellen Drehzahl) arbeitet.
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4A–4C zeigen Signale für einen Ventilbetrieb, bei dem der Motor langsamer als bei der vorbestimmten gewünschten Motordrehzahl (nominellen Drehzahl) arbeitet, wobei der nachgebildete Motorkurbelwinkel θG langsamer als der überwachte Motorkurbelwinkel θM in der Zeitdomäne ist. 4A stellt den überwachten Motorventilhub LM(θM) graphisch dar, der langsamer als der nominelle Motorventilhub in der Zeitdomäne ist.
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4B stellt den überwachten Motorkurbelwinkel θM und den nominellen nachgebildeten Motorkurbelwinkel θG in der Zeitdomäne graphisch dar. 4C stellt den überwachten Motorventilhub LM(θM) und einen interpolierten Motorventilhub LI(θG) in der Kurbelwinkeldomäne graphisch dar. Wie angegeben ist, folgt der interpolierte Motorventilhub LI(θG) bei dem nachgebildeten Motorkurbelwinkel dem überwachten Motorventilhub LM(θM) bei dem überwachten Motorkurbelwinkel in der Kurbelwinkeldomähe, wenn der Motor langsamer als bei der vorbestimmten gewünschten Motordrehzahl (nominellen Drehzahl) arbeitet.
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5A–5C zeigen Signale für einen Ventilbetrieb, bei dem der Motor langsamer als bei der vorbestimmten gewünschten Drehzahl (nominellen Drehzahl) arbeitet, wobei der nachgebildete Motorkurbelwinkel θG schneller als der überwachte Motorkurbelwinkel θM in der Zeitdomäne ist. 5A stellt den überwachten Motorventilhub LM(θM) graphisch dar, der schneller als der nominelle Motorventilhub in der Zeitdomäne ist. 5B stellt den überwachten Motorkurbelwinkel θM und den nominellen nachgebildeten Motorkurbelwinkel θG in der Zeitdomäne graphisch dar. 5C stellt den überwachten Motorventilhub LM(θM) und einen interpolierten Motorventilhub LI(θG) in der Kurbelwinkeldomäne graphisch dar. Wie angegeben ist, folgt der interpolierte Motorventilhub LI(θG) bei dem nachgebildeten Motorkurbelwinkel dem überwachten Motorventilhub LM(θM) bei dem überwachten Motorkurbelwinkel in der Kurbelwinkeldomäne, wenn der Motor schneller als bei der vorbestimmten gewünschten Drehzahl (nominellen Drehzahl) arbeitet.
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Bei einem beliebigen Ereignis ist der interpolierte Motorventilhub LI(θG) bei dem nachgebildeten Motorkurbelwinkel eine Eingabe für den FFVA-Controller 515, um die Steuerposition P(θG) für das Motorventil 9 bei dem nachgebildeten Motorkurbelwinkel θG in Verbindung mit dem gewünschten Ventilprofil LD(θG) basierend auf dem nachgebildeten Kurbelwinkel θG, dem interpolierten Motorventilhub LI(θG) und einem vorbestimmten Ventilprofil unter Verwendung der periodischen Steuerverfahren zu ermitteln.
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6–8 zeigen den Betrieb des Ausgabepuffermoduls 520, um die Steuerposition P(θG) für das Motorventil 9 in der Kurbelwinkeldomäne unter Verwendung einer Interpolation, die auf dem nachgebildeten Motorkurbelwinkel θG und dem gemessenen Motorkurbelwinkel θM basiert, in die Steuerposition PD(θM) für das Motorventil 9 in der Zeitdomäne umzuwandein.
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6A–6C zeigen Signale für einen Ventilbetrieb, bei dem der Motor bei der vorbestimmten gewünschten Drehzahl (nominellen Drehzahl) arbeitet, wobei sich der nachgebildete Motorkurbelwinkel θG mit derselben Rate wie der überwachte Motorkurbelwinkel θM in der Zeitdomäne ändert. 6A stellt die Steuerposition P graphisch dar, die als eine Funktion des nachgebildeten Motorkurbelwinkels θG aufgetragen ist. 6B stellt den überwachten Motorkurbelwinkel θM und den nominellen nachgebildeten Motorkurbelwinkel θG in der Zeitdomäne graphisch dar. 6C stellt die Steuerposition P(θG), die von dem FFVA-Controller 515 ausgegeben wird, und die entsprechende interpolierte Steuerposition PD(θM), die von dem Ausgabepuffer 520 ausgegeben wird, graphisch dar. Wie angegeben ist, folgt die interpolierte Steuerposition PD(θM), die von dem Ausgabepuffer 520 ausgegeben wird, der Steuerposition P(θG), die von dem FFVA-Controller 515 in der Kurbelwinkeldomäne ausgegeben wird, wenn der Motor bei der vorbestimmten gewünschten Drehzahl betrieben wird.
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7A–7C zeigen Signale für einen Ventilbetrieb, bei dem der Motor langsamer als bei der vorbestimmten gewünschten Drehzahl (nominellen Drehzahl) arbeitet, wobei sich der nachgebildete Motorkurbelwinkel θG langsamer als der überwachte Motorkurbelwinkel θM in der Zeitdomäne ändert. 7A stellt die Steuerposition P graphisch dar, die als eine Funktion des nachgebildeten Motorkurbelwinkels θG aufgetragen ist. 7B stellt den überwachten Motorkurbelwinkel θM und den nominellen nachgebildeten Motorkurbelwinkel θG in der Zeitdomäne graphisch dar. 7C stellt die Steuerposition P(θG), die von dem FFVA-Controller 515 ausgegeben wird, und die entsprechende Steuerposition PD(θM), die von dem Ausgabepuffer 520 ausgegeben wird, graphisch dar. Wie angegeben ist, folgt die interpolierte Steuerposition PD(θM), die von dem Ausgabepuffer 520 ausgegeben wird, der Steuerposition P(θG), die von dem FFVA-Controller 515 in der Kurbelwinkeldomäne ausgegeben wird, wenn der Motor langsamer als bei der vorbestimmten gewünschten Drehzahl arbeitet.
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8A–8C zeigen Signale für einen Ventilbetrieb, bei dem der Motor langsamer als bei der vorbestimmten gewünschten Drehzahl (nominellen Drehzahl) arbeitet, wobei sich der nachgebildete Motorkurbelwinkel θG schneller als der überwachte Motorkurbelwinkel θM in der Zeitdomäne ändert. 8A stellt die Steuerposition P graphisch dar, die als eine Funktion des nachgebildeten Motorkurbelwinkels θG aufgetragen ist. 8B stellt den überwachten Motorkurbelwinkel θM und den nominellen nachgebildeten Motorkurbelwinkel θG in der Zeitdomäne graphisch dar. 8C stellt die Steuerposition P(θG), die von dem FFVA-Controller 515 ausgegeben wird, und die entsprechende Steuerposition PD(θM), die von dem Ausgabepuffer 520 ausgegeben wird, graphisch dar. Wie angegeben ist, folgt die interpolierte Steuerposition PD(θM), die von dem Ausgabepuffer 520 ausgegeben wird, der Steuerposition P(θG), die von dem FFVA-Controller 515 in der Kurbelwinkeldomäne ausgegeben wird, wenn der Motor schneller als bei der vorbestimmten gewünschten Drehzahl arbeitet.
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Bei einer Ausführungsform weist das Steuermodul 5 das erste und das zweite Fluid-Strömungssteuerventil 82 und 88 an, die Strömung des Hydraulikfluids zu dem Motorventilaktuator 10 zu steuern, um die gewünschte Steuerposition PD(θM) zu erreichen.
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9 zeigt eine Datengraphik, die Ergebnisse für die beispielhafte Implementierung des Steuerschemas 500 darstellt. Die Datengraphik zeigt die gewünschte und die gemessene Motorventilposition über periodische Motorzyklen und bei einer konstanten Motordrehzahl. Wie 9 zeigt, entspricht der gewünschte Ventilhub, d. h. das gewünschte Ventilprofil LD(θG), dem gemessenen Motorventilhub, d. h. der Motorventilposition LM bei dem Motorkurbelwinkel θM.
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Die Offenbarung hat bestimmte bevorzugte Ausführungsformen und deren Modifikationen beschrieben. Weitere Modifikationen und Veränderungen können anderen während des Lesens und Verstehens der Beschreibung auffallen. Es ist daher beabsichtigt, dass die Offenbarung nicht auf die spezielle Ausführungsform bzw. speziellen Ausführungsformen eingeschränkt ist, die als die beste Weise offenbart wird bzw. werden, die für die Ausführung dieser Offenbarung in Erwägung gezogen wird, sondern dass die Offenbarung alle Ausführungsformen umfassen wird, die in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen.
