DE102011016114B4

DE102011016114B4 - Verfahren zum Aufnehmen von äußeren Lasten während eines Leerlaufbetriebs

Info

Publication number: DE102011016114B4
Application number: DE102011016114.7A
Authority: DE
Inventors: Jyh-Shin Chen
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-04-13
Filing date: 2011-04-05
Publication date: 2018-06-21
Anticipated expiration: 2031-04-06
Also published as: DE102011016114A1; CN102220912B; US20110247587A1; CN102220912A; US8335631B2

Abstract

Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Motors (10) mit Funkenzündung und Direkteinspritzung während eines Übergangs in einen Leerlaufbetrieb, umfassend, dass:
der Motor (10) bei einem Zündfunkenzeitpunkt für ein mittleres Bestdrehmoment betrieben wird;
eine Motordrehzahl (52) und ein Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (60) überwacht werden;
eine bevorzugte Motorleerlaufdrehzahl (50), eine Leerlaufdrehzahltrajektorie und bevorzugtes Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (58) ermittelt werden;
eine eingespritzte Kraftstoffmasse (54) angewiesen wird, die der Motordrehzahl (52) und der bevorzugten Motorleerlaufdrehzahl (50) entspricht; und
eine Einlassluftmasse (62) eingestellt wird, die der eingespritzten Kraftstoffmasse (54) und dem bevorzugten sowie dem überwachten Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (58, 60) entspricht,
wobei die Leerlaufdrehzahltrajektorie kalibriert wird, um ein Unterschwingen der Motordrehzahl (52) während eines Übergangs von einem überwachten Motordrehzahlschwellenwert (100) zu der bevorzugten Motorleerlaufdrehzahl (50) zu minimieren.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft eine Motorsteuerung während eines Leerlaufbetriebs und insbesondere das Steuern einer Motordrehzahl während des Leerlaufbetriebs.
HINTERGRUND
Fahrzeugmotoren erzeugen eine Leistung für ein Traktionsdrehmoment und mehrere äußere Einrichtungen, wie beispielsweise eine Lichtmaschine, einen A/C-Kompressor und eine Servolenkungspumpe. Wenn diese äußeren Einrichtungen Leistung anfordern, erhöht der Motor die Ausgangsleistung, um die Traktionsleistung aufrechtzuerhalten, was wahrnehmbar ist, wenn sich der Motor im Leerlauf befindet. Auf ähnliche Weise verringert der Motor die Ausgangsleistung, wenn diese äußeren Einrichtungen nicht länger Leistung anfordern. Die Ausgangsleistung, die durch einen Fahrzeugmotor geliefert wird, wird oft während des Leerlaufs durch eine elektronische Drosselsteuereinrichtung mit einer begrenzten Steuerautorität gesteuert, um kleinere Anpassungen in der Einlassluftströmung auszuführen. Um diese Beschränkung zu behandeln, wurde ein separates Leerlauf-Luftsteuerventil verwendet, um kleine Anpassungen an der Einlassluftströmung und dadurch an der Motorleerlaufdrehzahl sowie der Leistungsabgabe zu erreichen.
Bekannte Systeme zur Steuerung der Leerlaufdrehzahl für Motoren mit Funkenzündung verwenden den Zündfunkenzeitpunkt, um in Ansprechen auf Änderungen in der Motorlast die Motorleistung einzustellen und die Motorleerlaufdrehzahl aufrechtzuerhalten. Der Zündfunkenzeitpunkt kann gesteuert werden, um das Motordrehmoment zu regulieren und die Motordrehzahl zu steuern. Indem der Zündfunkenzeitpunkt nach früh oder nach spät verstellt wird, kann die Motorleistung verändert werden. Das Steuern des Zündfunkenzeitpunkts liefert einen schnell wirkenden Drehmomentsteuermechanismus. Ein Zündfunken für ein mittleres Bestdrehmoment (MBT) liefert ein maximales Motordrehmoment bei einer festen Drehzahl, einer festen Gemischzusammensetzung und einer festen Strömungsrate. Ein Motor kann bei einem nominellen Zündfunkenzeitpunkt kalibriert werden, der von dem MBT-Zündfunkenzeitpunkt nach spät verstellt ist, was ermöglicht, dass der Motor die Drehmomentabgabe durch ein Verstellen des Zündfunkenzeitpunkts nach früh oder nach spät schnell anpasst, um Lastübergänge aufzunehmen. Daher unterscheidet sich der nominelle Zündfunkenzeitpunkt für die Motorsteuerung währen des Leerlaufs von dem MBT-Zündfunkenzeitpunkt, um Anpassungen des Zündfunkenzeitpunkts zu ermöglichen, welche die Motorleistung während des Leerlaufs entweder erhöhen oder verringern können. Der Motorbetrieb bei dem nominellen, Nicht-MBT-Zündfunkenzeitpunkt verbrennt den Kraftstoff ohne eine entsprechende Zunahme in der Motorleistung. Ein solcher Motorbetrieb erzeugt ein geringeres Ausgangsdrehmoment und verbraucht Kraftstoff auf ineffiziente Weise.
Die DE 696 29 239 T2 beschreibt ein Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Motors mit Funkenzündung und Direkteinspritzung, der während des Leerlaufs mager bzw. überstöchiometrisch arbeitet. Es wird eine bevorzugte Motorleerlaufdrehzahl angewiesen, und der Motor wird bei einem Zündfunkenzeitpunkt für ein mittleres Bestdrehmoment betrieben. Ferner werden eine Motordrehzahl und ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis überwacht. Eine eingespritzte Kraftstoffmasse wird angewiesen, die der überwachten Motordrehzahl und der bevorzugten Motorleerlaufdrehzahl entspricht. Schließlich wird eine Zylinder-Einlassluftmasse angewiesen, die der eingespritzten Kraftstoffmasse, dem Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis und einem bevorzugten Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis entspricht.
In der DE 103 20 958 A1 ist ein ähnliches Verfahren beschrieben.
Ferner beschreibt die DE 101 21 187 A1 ein Verfahren zum Steuern des Ausrollens eines Fahrzeugs, bei welchem eine Drehzahltrajektorie ermittelt und verwendet wird, um die Rate der Verzögerung des Fahrzeugs und die Verringerung der Motordrehzahl auf eine Zielmotordrehzahl zu steuern.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Motors mit Funkenzündung und Direkteinspritzung zu schaffen, mit welchem im Leerlaufbetrieb ein unnötiger Kraftstoffverbrauch vermieden wird.
ZUSAMMENFASSUNG
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 2 gelöst.
Ein Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Motors mit Funkenzündung und Direkteinspritzung, der während des Leerlaufs überstöchiometrisch arbeitet, umfasst, dass eine bevorzugte Motorleerlaufdrehzahl angewiesen wird und dass der Motor bei einem Zündfunkenzeitpunkt für ein mittleres Bestdrehmoment betrieben wird, dass eine Motordrehzahl und ein Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis überwacht werden, dass eine eingespritzte Kraftstoffmasse angewiesen wird, die der überwachten Motordrehzahl und der bevorzugten Motorleerlaufdrehzahl entspricht, und dass eine Zylinder-Einlassluftmasse angewiesen wird, die der eingespritzten Kraftstoffmasse, dem Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis und einem bevorzugten Motor-Luft/ Kraftstoff-Verhältnis entspricht.
Figurenliste
Eine oder mehrere Ausführungsformen werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, von denen:

1 eine schematische Zeichnung eines beispielhaften Motorsystems mit Funkenzündung und Direkteinspritzung (SIDI-Motorsystems) und eines Steuersystems gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
2 ein Blockdiagramm ist, das gemäß der vorliegenden Offenbarung einen Leerlaufdrehzahlcontroller für einen SIDI-Motor, der überstöchiometrisch arbeitet, mit einer Kraftstoffsteuerschleife und einer Luftsteuerschleife darstellt;
3A und 3B das Ansprechen der Motordrehzahl für einen bekannten Leerlaufdrehzahlcontroller bzw. den Leerlaufdrehzahlcontroller, der unter Bezugnahme auf 2 beschrieben ist, gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch darstellt, wenn der Motor während eines mageren Betriebs des SIDI-Motorsystems einer äußeren Last ausgesetzt ist; und
4 eine graphische Darstellung der Motordrehzahl als eine Funktion der Zeit während des mageren Betriebs des SIDI-Motorsystems, welche die Aktivierung des Leerlaufdrehzahlcontrollers darstellt, gemäß der vorliegenden Offenbarung ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Nun auf die Zeichnungen Bezug nehmend, wobei die Darstellungen nur zu dem Zweck dient, bestimmte beispielhafte Ausführungsformen darzustellen, und nicht zu dem Zweck, selbige einzuschränken, zeigt 1 einen Verbrennungsmotor 10 mit Funkenzündung und Direkteinspritzung (SIDI-Motor) und ein begleitendes Steuermodul 5, die gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung konstruiert wurden. Der SIDI-Motor 10 ist bei einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis und bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das hauptsächlich überstöchiometrisch ist, selektiv betriebsfähig. Die Offenbarung kann auf verschiedene Verbrennungsmotorsysteme und Verbrennungszyklen angewendet werden.
Bei einer Ausführungsform kann der SIDI-Motor 10 mit einer Getriebeeinrichtung gekoppelt sein, um eine Traktionsleistung auf einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs zu übertragen. Das Getriebe kann ein Hybridgetriebe umfassen, das Drehmomentmaschinen aufweist, die dazu dienen, die Traktionsleistung auf einen Antriebsstrang zu übertragen.
Der beispielhafte SIDI-Motor 10 umfasst einen Mehrzylinder-Viertaktverbrennungsmotor mit Direkteinspritzung, der Hubkolben 14 aufweist, die in Zylindern 15 verschiebbar sind, die Verbrennungskammern 16 mit variablem Volumen definieren. Jeder Kolben 14 ist mit einer rotierenden Kurbelwelle 12 verbunden, durch welche die lineare Hubbewegung in eine Drehbewegung übersetzt wird. Ein Lufteinlasssystem liefert Einlassluft an einen Einlasskrümmer 29, der die Luft in Einlasskanäle der Verbrennungskammern 16 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 32, um die Luftmassenströmung und die Einlasslufttemperatur zu überwachen. Ein Drosselventil 34 umfasst vorzugsweise eine elektronisch gesteuerte Einrichtung, die verwendet wird, um die Luftströmung zu dem SIDI-Motor 10 in Ansprechen auf ein Steuersignal (ETC) von dem Steuermodul 5 zu steuern. Ein Drucksensor 36 in dem Einlasskrümmer 29 ist ausgebildet, um den Krümmerabsolutdruck und den barometrischen Druck zu überwachen. Ein äußerer Strömungsdurchgang führt Abgase aus dem Motorauslass zu dem Einlasskrümmer 29 zurück und weist ein Strömungssteuerventil auf, das als ein Abgasrückführungsventil (AGR-Ventil) 38 bezeichnet wird. Das Steuermodul 5 dient dazu, die Massenströmung des Abgases zu dem Einlasskrümmer 29 zu steuern, indem das Öffnen des AGR-Ventils 38 gesteuert wird.
Die Luftströmung aus dem Einlasskrümmer 29 in die Verbrennungskammer 16 wird durch ein oder mehrere Einlassventil(e) 20 gesteuert. Die Abgasströmung aus der Verbrennungskammer 16 wird durch ein oder mehrere Auslassventil(e) 18 zu einem Auslasskrümmer 39 gesteuert. Der SIDI-Motor 10 ist mit Systemen ausgestattet, um das Öffnen und Schließen der Einlass- und Auslassventile 20 und 18 zu steuern und einzustellen. Bei einer Ausführungsform kann das Öffnen und Schließen der Einlass- und Auslassventile 20 und 18 gesteuert und eingestellt werden, indem eine Einlass- und eine Auslasseinrichtung 22 bzw. 24 für eine variable Nockenphaseneinstellung / variable Hubsteuerung (VCP/VLC-Einrichtung) gesteuert werden. Die Einlass- und die Auslass-VCP/VLC-Einrichtung 22 und 24 sind ausgebildet, um eine Einlassnockenwelle 21 bzw. eine Auslassnockenwelle 23 zu steuern und zu betreiben. Die Drehungen der Einlass- und der Auslassnockenwelle 21 und 23 sind mit der Drehung der Kurbelwelle 12 verknüpft und mit dieser indiziert, wodurch das Öffnen und Schließen der Einlass- und Auslassventile 20 und 18 mit den Positionen der Kurbelwelle 12 und der Kolben 14 verbunden ist.
Die Einlass-VCP/VLC-Einrichtung 22 umfasst vorzugsweise einen Mechanismus, der dazu dient, für jeden Zylinder 15 in Ansprechen auf ein Steuersignal (EINLASS) von dem Steuermodul 5 einen Ventilhub des Einlassventils bzw. der Einlassventile 20 umzuschalten und zu steuern sowie eine Nockenphaseneinstellung der Einlassnockenwelle 21 variabel anzupassen und zu steuern. Die Auslass-VCP/VLC-Einrichtung 24 umfasst vorzugsweise einen steuerbaren Mechanismus, der dazu dient, für jeden Zylinder 15 in Ansprechen auf ein Steuersignal (AUSLASS) von dem Steuermodul 5 den Ventilhub des Auslassventils bzw. der Auslassventile 18 variabel umzuschalten und zu steuern sowie die Phaseneinstellung der Auslassnockenwelle 23 variabel anzupassen und zu steuern.
Die Einlass- und die Auslass-VCP/VLC-Einrichtung 22 und 24 weisen jeweils vorzugsweise einen steuerbaren zweistufigen Mechanismus zur Steuerung eines variablen Ventilhubs (VLC-Mechanismus) auf, der dazu dient, das Ausmaß des Ventilhubs oder des Öffnens des Einlass- und des Auslassventils bzw. der Einlass- und der Auslassventile 20 und 18 auf eine von zwei diskreten Stufen zu steuern. Die zwei diskreten Stufen umfassen vorzugsweise eine Ventilöffnungsposition mit niedrigem Hub (ungefähr 4 - 6 mm bei einer Ausführungsform), vorzugsweise für einen Betrieb bei niedriger Drehzahl und niedriger Last, sowie eine Ventilöffnungsposition mit hohem Hub (ungefähr 8 - 13 mm bei einer Ausführungsform), vorzugsweise für einen Betrieb bei hoher Drehzahl und hoher Last. Die Einlass- und die Auslass-VCP/VLC-Einrichtung 22 und 24 weisen jeweils vorzugsweise einen Mechanismus zur variablen Nockenphaseneinstellung (VCP-Mechanismus) auf, um die Phaseneinstellung (d.h. ein relatives Timing) des Öffnens und Schließens des Einlassventils (der Einlassventile) 20 bzw. des Auslassventils (der Auslassventile) 18 zu steuern und anzupassen. Das Anpassen der Phaseneinstellung bezieht sich auf eine Verschiebung der Öffnungszeiten des Einlass- und des Auslassventils bzw. der Einlass- und der Auslassventile 20 und 18 relativ zu den Positionen der der Kurbelwelle 12 und des Kolbens 14 in dem jeweiligen Zylinder 15. Die VCP-Mechanismen der Einlass- und der Auslass-VCP/VLC-Einrichtung 22 und 24 weisen jeweils vorzugsweise eine Autorität auf die Phaseneinstellung von ungefähr 60° - 90° der Kurbeldrehung auf, wodurch ermöglicht wird, dass das Steuermodul 5 das Öffnen und Schließen des Einlass- oder des Auslassventils bzw. der Einlass- oder der Auslassventile 20 und 18 relativ zu der Position des Kolbens 14 für jeden Zylinder 15 nach früh oder nach spät verstellt. Der Autoritätsbereich auf die Phaseneinstellung ist durch die Einlass- und die Auslass-VCP/VLC-Einrichtung 22 und 24 definiert und begrenzt. Die Einlass- und die Auslass-VCP/VLC-Einrichtung 22 und 24 weisen Nockenwellen-Positionssensoren auf, um Drehpositionen der Einlass- und der Auslassnockenwelle 21 und 23 zu ermitteln. Die VCP/VLC-Einrichtungen 22 und 24 werden unter Verwendung einer elektrohydraulischen, hydraulischen oder elektrischen Steuerkraft betätigt, die durch das Steuermodul 5 gesteuert wird.
Der SIDI-Motor 10 weist ein Kraftstoffeinspritzungssystem auf, das mehrere Hochdruck-Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 28 umfasst, die jeweils ausgebildet sind, um eine Kraftstoffmasse in Ansprechen auf ein Signal von dem Steuermodul 5 in eine der Verbrennungskammern 16 direkt einzuspritzen. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 28 werden von einem Kraftstoffverteilsystem mit unter Druck stehendem Kraftstoff versorgt.
Der SIDI-Motor 10 weist ein Funkenzündungssystem auf, durch das Zündfunkenenergie an eine Zündkerze 26 geliefert werden kann, um Zylinderladungen in jeder der Verbrennungskammern 16 in Ansprechen auf ein Steuersignal (IGN) von dem Steuermodul 5 zu zünden oder bei dem Zünden zu unterstützen.
Der SIDI-Motor 10 ist mit verschiedenen Detektionseinrichtungen zum Überwachen das Motorbetriebs ausgestattet, welche einen Kurbelsensor 42, der eine Ausgabe RPM aufweist und dazu dient, die Kurbelwellen-Drehposition zu überwachen, d.h. den Kurbelwinkel und die Kurbeldrehzahl, bei einer Ausführungsform einen Verbrennungssensor 30, der ausgebildet ist, um die Verbrennung zu überwachen, und einen Abgassensor 40 umfassen, der ausgebildet ist, um Abgase zu überwachen, typischerweise ein Sensor für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Der Verbrennungssensor 30 weist eine Sensoreinrichtung auf, die dazu dient, einen Zustand eines Verbrennungsparameters zu überwachen, und er ist als ein Zylinderdrucksensor dargestellt, der dazu dient, den Verbrennungsdruck in dem Zylinder zu überwachen. Die Ausgabe des Verbrennungssensors 30 und des Kurbelsensors 42 wird durch das Steuermodul 5 überwacht, das die Verbrennungsphaseneinstellung ermittelt, d.h. den zeitlichen Verlauf des Verbrennungsdrucks relativ zu dem Kurbelwinkel der Kurbelwelle 12 für jeden Zylinder 15 für jeden Verbrennungszyklus. Der Verbrennungssensor 30 kann auch durch das Steuermodul 5 überwacht werden, um einen mittleren effektiven Druck (IMEP) für jeden Zylinder 15 für jeden Verbrennungszyklus zu ermitteln. Der Motor 10 und das Steuermodul 5 sind vorzugsweise mechanisiert, um Zustände des IMEP für jeden der Zylinder 15 des Motors während jedes Zylinder-Zündungsereignisses zu überwachen und zu ermitteln. Alternativ können andere Detektionssysteme verwendet werden, um innerhalb des Umfangs der Offenbarung Zustände anderer Verbrennungsparameter zu überwachen, z.B. Zündungssysteme mit Ionendetektion und nicht eingreifende Zylinderdrucksensoren.
Steuermodul, Modul, Controller, Prozessor und ähnliche Ausdrücke bedeuten eine oder mehrere 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 5 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 der 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.
Im Betrieb überwacht das Steuermodul 5 Eingaben von den zuvor erwähnten Sensoren, um Zustände von Motorparametern zu ermitteln, einschließlich solcher, welche die Motordrehzahl, die Einlasslufttemperatur, die Kühlmitteltemperatur und andere Umgebungsbedingungen angeben. Das Steuermodul 5 ist ausgebildet, um Eingabesignale von einem Betreiber zu empfangen, z.B. mittels eines Gaspedals und eines Bremspedals, um eine Drehmomentanforderung des Betreibers für eine Traktionsleistung zu ermitteln.
Das Steuermodul 5 führt einen darin gespeicherten algorithmischen Code aus, um die zuvor erwähnten Aktuatoren in Ansprechen auf die Drehmomentanforderung des Betreibers und die Zustände der Motorparameter zu steuern. Das Steuermodul 5 steuert die zuvor erwähnten Aktuatoren zum Bilden der Zylinderladung, was das Steuern der Drosselventilposition, des Funkenentladungszeitpunkts, der Masse und des Zeitpunkts der Kraftstoffeinspritzung, der AGR-Ventilposition, um die Strömung zurückgeführter Abgase zu steuern, und des Zeitpunkts sowie der Phaseneinstellung des Einlass- und/oder des Auslassventils bei derart ausgestatteten Motoren umfasst. Der Zeitpunkt und die Phaseneinstellung eines Ventils können bei einer Ausführungsform eine negative Ventilüberlappung (NVO) und einen Hub einer Auslassventil-Wiederöffnung umfassen (bei einer Abgas-Rückatmungsstrategie) umfassen. Das Steuermodul 5 kann betrieben werden, um den SIDI-Motor 10 während des laufenden Fahrzeugbetriebs ein- und auszuschalten, und es kann betrieben werden, um einen Teil der Verbrennungskammern 15 oder einen Teil der Einlass- und Auslassventile 20 und 18 durch eine Steuerung einer Kraftstoff- und Zündfunken- sowie Ventildeaktivierung selektiv zu deaktivieren. Das Steuermodul 5 kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis basierend auf einer Rückkopplung von dem Abgassensor 40 steuern.
Während des Motorbetriebs ist das Drosselventil 34 in einem Verbrennungsmodus mit gesteuerter Selbstzündung (HCCI-Verbrennungsmodus) vorzugsweise im Wesentlichen weit offen, z.B. bei Verbrennungsmodi mit gesteuerter Selbstzündung (HCCI-Verbrennungsmodi) mit einzelner und doppelter Einspritzung, bei denen der SIDI-Motor 10 bei einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis gesteuert wird. Die im Wesentlichen weit offene Drossel kann einen völlig ungedrosselten Betrieb oder einen leicht gedrosselten Betrieb umfassen, um einen Unterdruck in dem Einlasskrümmer 29 zu erzeugen, um eine AGR-Strömung zu bewirken. Bei einer Ausführungsform wird die AGR-Masse in dem Zylinder auf eine hohe Verdünnungsrate gesteuert, z.B. auf mehr als 40 % der Zylinderluftladung. Die Einlass- und die Auslassventile 18 und 20 befinden sich in der Ventilposition mit niedrigem Hub, und die zeitliche Steuerung des Einlass- und des Auslasshubs arbeitet mit NVO. Ein oder mehrere Kraftstoffeinspritzungsereignisse können während eines Motorzyklus ausgeführt werden, was zumindest eine Einspritzung während einer Kompressionsphase umfasst.
Während des Motorbetriebs in dem homogenen Verbrennungsmodus mit Funkenzündung (SI-H-Verbrennungsmodus) wird das Drosselventil 34 gesteuert, um die Luftströmung zu regeln. Der SIDI-Motor 10 wird auf ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis gesteuert, und die Einlass- bzw. die Auslassventile 20 und 18 befinden sich in der Ventilöffnungsposition mit hohem Hub, und die zeitliche Steuerung des Einlass- und der Auslasshubs arbeitet mit einer positiven Ventilüberlappung. Ein Kraftstoffeinspritzungsereignis wird vorzugsweise während einer Kompressionsphase eines Motorzyklus ausgeführt, vorzugsweise im Wesentlichen vor dem TDC. Die Funkenzündung wird vorzugsweise zu einer vorbestimmten Zeit nach der Kraftstoffeinspritzung entladen, wenn die Kraftstoff/Luftladung in dem Zylinder im Wesentlichen homogen ist.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist der SIDI-Motor 10 vorzugsweise bei dem MBT-Zündfunkenzeitpunkt kalibriert, und es wird ein kraftstoffbasierter Ansatz verwendet, um das Drehmoment während des Leerlaufbetriebs zu regulieren, wobei eine stabile Motorleerlaufdrehzahl und Motorausgangsleistung gesteuert werden, während zwischenzeitlich äußere Lasten aufgenommen werden. Speziell erhöht eine Zunahme der eingespritzten Kraftstoffmasse pro Zylinder das Motordrehmoment, während der MBT-Zündfunkenzeitpunkt aufrechterhalten wird. Daher ermöglicht die Zunahme der eingespritzten Kraftstoffmasse, dass der SIDI-Motor 10 das angeforderte Ausgangsdrehmoment erzeugt, um äußere Lasten an dem SIDI-Motor 10 während des Leerlaufbetriebs aufzunehmen, während die Ausgangsleistung gesteuert wird und die Motorleerlaufdrehzahl bei einer im Wesentlichen stabilen oder festen Drehzahlrate gehalten wird. Auf ähnliche Weise verringert eine Abnahme der eingespritzten Kraftstoffmasse pro Zylinder das Motordrehmoment, während der MBT-Zündfunkenzeitpunkt aufrechterhalten wird. Daher verringert die Abnahme des eingespritzten Kraftstoffs das Ausgangsdrehmoment, wenn weniger Drehmoment zum Aufnehmen äußerer Lasten an dem SIDI-Motor während des Leerlaufbetriebs angefordert wird, während die Motorausgangsleistung bezogen auf die Motorlast gesteuert wird und eine stabile Motorleerlaufdrehzahl aufrechterhalten wird. Bei einem nicht einschränkenden Beispiel kann eine äußere Last, wie beispielsweise eine Klimaanlage, während des Leerlaufbetriebs eingeschaltet werden. Die Zunahme der eingespritzten Kraftstoffmasse ermöglicht, dass der SIDI-Motor 10 ein zusätzliches Ausgangsdrehmoment erzeugt, um die Klimaanlage aufzunehmen, während die Ausgangsleistung bezogen auf die Motorlast gesteuert wird und eine stabile Motorleerlaufdrehzahl aufrechterhalten wird. Wenn das Klimaanlagensystem während des Leerlaufbetriebs abgeschaltet wird, verringert die Abnahme der eingespritzten Kraftstoffmasse pro Zylinder auf ähnliche Weise das Ausgangsdrehmoment, während die Ausgangsleistung bezogen auf die Motorlast gesteuert wird und eine stabile Motorleerlaufdrehzahl aufrechterhalten wird, da das Ausgangsdrehmoment, das zum Aufnehmen des Klimaanlagensystem benötigt wird, nicht länger angefordert wird.
Nun auf 2 Bezug nehmend, ist eine beispielhafte Ausführungsform eines Leerlaufdrehzahlcontrollers 44 zum Betreiben des SIDI-Motors im Leerlauf und bei Überstöchiometrie schematisch dargestellt. Der Motorbetrieb im Leerlauf wird durch das Steuermodul 5 angewiesen, wenn eine Betreibereingabe an das Gaspedal im Wesentlichen Null ist. Bei einer Ausführungsform wird der SIDI-Motor 10 unter Verwendung des Motordrehzahlcontrollers 44 gesteuert, wenn sich die Gaspedalposition unterhalb einer Schwellenwert-Gaspedalposition befindet und die Drehzahl de SIDI-Motors 10 unterhalb eines Motordrehzahlschwellenwerts 100 liegt. Bei einer alternativen Ausführungsform wird der SIDI-Motor 10 unter Verwendung des Leerlaufdrehzahlcontrollers 44 gesteuert, wenn sich die Gaspedalposition unterhalb einer Schwellenwert-Gaspedalposition befindet. Die Schwellenwert-Gaspedalposition beträgt vorzugsweise zwischen 1 % und 5 %, was angibt, dass die Betreibereingabe an das Gaspedal im Wesentlichen Null, d.h. vernachlässigbar ist.
Das Steuermodul 5 führt den Leerlaufdrehzahlcontroller 44 bei einer Ausführungsform aus, wenn die Gaspedalposition kleiner als die Schwellenwert-Gaspedalposition ist und die Motordrehzahl unterhalb eines Motordrehzahlschwellenwerts 100 liegt. Der Leerlaufdrehzahlcontroller 44 wird vorzugsweise als ein algorithmischer Code in dem Steuermodul 5 ausgeführt und umfasst eine Kraftstoffsteuerschleife 46 und eine Luftsteuerschleife 48.
Die Kraftstoffsteuerschleife 46 berechnet eine angewiesene eingespritzte Kraftstoffmasse pro Zylinder (PW_CYL) 54, die auf eine bevorzugte (N_PRF) bzw. eine überwachte (N_MON) Motorleerlaufdrehzahl 50, 52 anspricht. Die Kraftstoffsteuerschleife 46 steuert die Motorleerlaufdrehzahl, in den die eingespritzte Kraftstoffmasse pro Zylinder PW_CYL 54 eingestellt wird, um die Motorleerlaufdrehzahl unabhängig von der Motorlast auf einem im Wesentlichen konstanten Niveau zu halten. Die Kraftstoffsteuerschleife 46 umfasst einen ersten Abschnitt für ein Vergleichen der bevorzugten N_PRF bzw. der überwachten N_MON Motorleerlaufdrehzahl 50, 52 bezüglich des Verhältnisses und einen zweiten Abschnitt für eine Rückkopplungssteuerung basierend auf der bevorzugten N_PRF bzw. der überwachten N_MON Motorleerlaufdrehzahl 50, 52.
Der erste Abschnitt der Kraftstoffsteuerschleife 46 umfasst ein Vergleichen der bevorzugten N_PRF und der überwachten N_MON Motorleerlaufdrehzahl 50, 52 unter Verwendung einer Divisionseinrichtung 76, um ein Motordrehzahlverhältnis 77, d.h. N_PRF/N_MON, zu berechnen.
Der zweite Abschnitt der Kraftstoffsteuerschleife 46 weist eine Differenzeinheit 53 und einen zugeordneten Motordrehzahl-Rückkopplungscontroller 56 auf. Die Differenzeinheit 53 berechnet eine Motordrehzahlabweichung, welche eine Differenz zwischen der bevorzugten und der überwachten Motorleerlaufdrehzahl N_PRF bzw. N_MON 50, 52, ist. Die Motordrehzahlabweichung, die von der Differenzeinheit 53 ausgegeben wird, wird durch den Motordrehzahl-Rückkopplungscontroller 56 verwendet, um eine nominelle eingespritzte Kraftstoffmasse pro Zylinder 79 zu ermitteln. Der bevorzugte Wert für die nominelle eingespritzte Kraftstoffmasse pro Zylinder 79 ist derjenige, der die Motorleerlaufdrehzahl bei der bevorzugten Motorleerlaufdrehzahl N_PRF 50 hält. Der Motordrehzahl-Rückkopplungscontroller 56 weist vorzugsweise einen PID-Controller mit voreingestellten Ansprechzeiten und Grenzen gegen ein Aufschaukeln auf, um die nominelle eingespritzte Kraftstoffmasse pro Zylinder 79 in Ansprechen auf die Differenz zwischen der bevorzugten N_PRF bzw. der überwachten N_MON Motorleerlaufdrehzahl 50, 52 einzustellen. Die nominelle eingespritzte Kraftstoffmasse pro Zylinder 79 wird unter Verwendung einer Multiplikationseinrichtung 78 mit dem Motordrehzahlverhältnis 77 multipliziert, um die angewiesene eingespritzte Kraftstoffmasse pro Zylinder PW_CYL 54 zu berechnen. Diese Ausbildung für den Drehzahl-Rückkopplungscontroller 56 führt zu einer unmittelbaren Änderung in der Motorkraftstoffzufuhr mit einer Änderung in der Motorleerlaufdrehzahl weg von der bevorzugten Motorleerlaufdrehzahl N_PRF 50 ohne irgendeine Verzögerung, die mit dem Motordrehzahl-Rückkopplungscontroller 56 verbunden ist. Speziell wird die angewiesene eingespritzte Kraftstoffmasse pro Zylinder PW_CYL 54 erhöht, wenn die überwachte Motorleerlaufdrehzahl N_MON 52 unter die bevorzugte Motorleerlaufdrehzahl N_PRF 50 fällt. Auf ähnliche Weise wird die angewiesene eingespritzte Kraftstoffmasse pro Zylinder PW_CYL 54 verringert, wenn die überwachte Motorleerlaufdrehzahl N_MON 52 über die bevorzugte Motorleerlaufdrehzahl N_PRF 50 zunimmt. Auf diese Weise wird die Ausgangsleistung von dem Motor 10 eingestellt, indem die Motorkraftstoffzufuhr eingestellt wird, während die Motordrehzahl unabhängig von der Motorlast bei der bevorzugten Motorleerlaufdrehzahl N_PRF 50 gehalten wird.
Die Luftsteuerschleife 48 steuert das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors durch ein Steuern der Luft, die in die Verbrennungskammer 16 eintritt. Eingaben des Luftsteuermoduls 48 umfassen ein bevorzugtes Luft/Kraftstoff-Verhältnis (A/F_PRF) 58 und ein überwachtes Luft/Kraftstoff-Verhältnis (A/F_MON) 60. Eine Ausgabe des Luftsteuermoduls 48 umfasst eine Zylinderluftladung in der Form einer angewiesenen Einlassluftmasse pro Zylinder (M_CYL) 62. Die Luftsteuerschleife 48 umfasst ferner eine Differenzeinheit 64 und einen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungscontroller 66, wobei die Differenzeinheit 64 die Differenz zwischen dem bevorzugten Luft/ Kraftstoff-Verhältnis A/F_PRF bzw. dem überwachten Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F_MON 58, 60 berechnet. Die Ausgabe der Differenzeinheit 64 ist eine Eingabe für den Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungscontroller 66, um eine Rückkopplungs-Einlassluftmasse (M_FBK) 67 zu berechnen.
Das Luftsteuermodul 48 umfasst einen Optimalwertcontroller 68, der ausgebildet ist, um das überwachte Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F_PRP 58 und die angewiesene eingespritzte Kraftstoffmasse pro Zylinder PW_CYL 54 der Kraftstoffsteuerschleife 46 zu multiplizieren, um eine Optimalwert-Einlassluftmasse (M_FWD) 70 zu berechnen. Die Optimalwert-Einlassluftmasse M_FWD 70 und die Rückkopplungs-Einlassluftmasse M_FBK 67 werden unter Verwendung eines Additionselements 72 kombiniert, um die angewiesene Einlassluftmasse pro Zylinder M_CYL 62 zu ermitteln.
Daher wird die Motorkraftstoffzufuhr in der Form der angewiesenen eingespritzten Kraftstoffmasse pro Zylinder PW_CYL 54 basierend auf der Motorleerlaufdrehzahl gesteuert, d.h. basierend auf der bevorzugten und der überwachten Motorleerlaufdrehzahl 50, 52, N_PRF bzw. N_MON 50, 52. Die angewiesene Einlassluftmasse pro Zylinder M_CYL 62 wird basierend auf dem bevorzugten Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F_PRF bzw. dem überwachten Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F_MON 58, 60 und der Zylinderluftladung, d.h. der angewiesenen eingespritzten Kraftstoffmasse pro Zylinder PW_CYL 54, ermittelt.
Der SIDI-Motor 10 arbeitet mit akzeptierbaren Verbrennungsstabilitätsniveaus bei mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnissen, die von 20:1 bis 40:1 reichen können. Das Aufrechterhalten eines präzisen mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnisses weist in dem Betrieb des Leerlaufdrehzahlcontrollers 44 eine geringere Priorität auf, da die präzise Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses keine Steuerpriorität während des Betriebs in mageren Verbrennungsmodi darstellt. Die Kraftstoffsteuerschleife 46 des Leerlaufdrehzahlcontrollers 44 spricht schneller als die Luftsteuerschleife 48 an, da die Luftsteuerschleife 48 durch die Dynamik des Einlasskrümmers beschränkt ist.
Das Multiplizieren des Motordrehzahl-Abweichungsterms 79 mit dem Motordrehzahlverhältnis 77 zum Ermitteln der angewiesenen eingespritzten Kraftstoffmasse pro Zylinder PW_CYL 54 verbessert die Fähigkeit, zwischenzeitlich auftretende äußere Lasten aufzunehmen, die auf den SIDI-Motor 10 ausgeübt werden, da die Motorausgangsleistung gleich dem Produkt des Motorausgangsdrehmoments und der überwachten Motordrehzahl N_MON 52 ist, wobei das Motorausgangsdrehmoment im Wesentlichen der angewiesenen eingespritzten Kraftstoffmasse pro Zylinder PW_CYL 54 proportional ist, wie durch die nachstehende Gleichung angegeben ist: $\begin{matrix} Leistung (P) = Drehmoment \times N_{MON} \\ \sim K \times {PW}_{CYL} \times N_{MON} \end{matrix}$
Darüber hinaus ist, wie es durch die Kraftstoffsteuerschleife 46 gezeigt wird, die angewiesene eingespritzte Kraftstoffmasse pro Zylinder PW_CYL 54 gleich dem Produkt der Ausgabe 79 und des Verhältnisses 77 zwischen der N_PRF- bzw. der N_MON-Eingabe 50, 52. Daher bleibt die Leistung unabhängig von der Motordrehzahl N_MON 52 für eine konstante Ausgabe 79 konstant. $\begin{matrix} P & \approx K \times AUSGABE \times (N_{PRF} {/N}_{MON}) \times N_{MON} \\ \approx K \times AUSGABE \times N_{PRF} \end{matrix}$
Daher steuert die Kraftstoffsteuerschleife 46 des Leerlaufdrehzahlcontrollers 44 die Motorausgangsleistung, indem die angewiesene eingespritzte Kraftstoffmasse pro Zylinder PW_CYL 54 eingestellt wird. Wie durch Gleichung 1 gezeigt wird, muss das Ausgangsdrehmoment zunehmen, wenn N_MON 52 abnimmt, um die Motorausgangsleistung aufrechtzuerhalten, wobei die Zunahme in dem Ausgangsdrehmoment durch ein Erhöhen der angewiesenen eingespritzten Kraftstoffmasse pro Zylinder PW_CYL 54 geliefert wird. Umgekehrt muss das Ausgangsdrehmoment abnehmen, wenn N_MON 52 zunimmt, um die Motorausgangsleistung zu steuern, wobei die Abnahme in dem Drehmoment durch das Verringern der angewiesenen eingespritzten Kraftstoffmasse pro Zylinder PW_CYL 54 geliefert wird. Die meisten äußeren Lasten an dem SIDI-Motor 10 sind von Natur aus Leistungsanforderungen. Die Multiplikationseinrichtung 78 passt die angewiesene eingespritzte Kraftstoffmasse pro Zylinder PW_CYL 44 für Schwankungen in N_MON 52 automatisch an, um die Leistung während des Leerlaufbetriebs aufrechtzuerhalten. Daher arbeitet der Leerlaufdrehzahlcontroller 44 effizient.
Gemäß einem beispielhaften nicht einschränkenden Beispiel der vorliegenden Offenbarung stellt 3A die Motordrehzahl-Ansprechzeit eines beispielhaften SIDI-Motors 10 dar, der unter Verwendung eines bekannten Leerlaufdrehzahlcontrollers arbeitet, und 3B stellt die Motordrehzahl-Ansprechzeit des beispielhaften SIDI-Motors 10 dar, der unter Verwendung des Leerlaufdrehzahlcontrollers 44 arbeitet, der unter Bezugnahme auf 2 beschrieben ist. Der beispielhafte SIDI-Motor wird während des Leerlaufbetriebs bei mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnissen derselben äußeren Last ausgesetzt. Auf 3A Bezug nehmend, wird eine äußere Last bei dem Referenzpunkt a auf den SIDI-Motor 10 mit dem bekannten Leerlaufdrehzahlcontroller ausgeübt. An dem Referenzpunkt a befindet sich der SIDI-Motor 10 mit einem N_MON von im Wesentlichen 700 U/min und relativ zu N_PRF im Leerlaufbetrieb. Aufgrund der äußeren Last nimmt N_MON in ungefähr 2,5 Sekunden auf im Wesentlichen 540 U/min an dem Referenzpunkt b ab. Die Abnahme in N_MON ist die Folge einer zusätzlichen angewiesenen eingespritzten Kraftstoffmasse pro Zylinder PW_CYL, die erforderlich ist, um den SIDI-Motor 10 mit der ausgeübten äußeren Last zu betreiben. An dem Referenzpunkt b wird die äußere Last entfernt. Wenn die äußere Last an dem Referenzpunkt b entfernt wird, nimmt N_MON von im Wesentlichen 540 U/min in ungefähr 2 Sekunden auf im Wesentlichen 825 U/min an dem Referenzpunkt c zu. Die Zunahme in N_MON aufgrund des Fehlens der äußeren Last ist die Folge einer geringeren angewiesenen eingespritzten Kraftstoffmasse pro Zylinder PW_CYL, die angefordert wird, um den SIDI-Motor 10 bei dem N_PRF von 700 U/min zu betreiben. Zwischen den Referenzpunkten c und d beginnt N_MON, allmählich in ungefähr 8 Sekunden auf N_PRF bei im Wesentlichen 700 U/min abzunehmen. Wie durch das nicht einschränkende beispielhafte Beispiel gezeigt wird, weist der bekannte Leerlaufdrehzahlcontroller N_MON-Schwankungen auf, wenn die äußere Last ausgeübt oder entfernt wird, und die Reaktionszeit für N_MON ist lang, um N_PRF einzustellen.
Auf 3B Bezug nehmend, wird die äußere Last an dem Referenzpunkt q auf einen SIDI-Motor 10 mit dem Leerlaufdrehzahlcontroller 44 ausgeübt. An dem Referenzpunkt q befindet sich der SIDI-Motor 10 mit einem N_MON von im Wesentlichen 700 U/min und relativ zu dem N_PRF im Leerlaufbetrieb. Aufgrund der äußeren Last nimmt N_MON in weniger als einer Sekunde auf im Wesentlichen 675 U/min an dem Referenzpunkt r ab. Die Abnahme in der Motorleerlaufdrehzahl ist die Folge einer zusätzlichen eingespritzten Kraftstoffmasse pro Zylinder PW_CYL, die angefordert wird, um den SIDI-Motor 10 mit der ausgeübten äußeren Last zu betreiben. Zwischen den Referenzpunkten r und s nimmt N_MON in Richtung des N_PRF von 700 U/min zu. An dem Referenzpunkt s wird die äußere Last entfernt, wenn N_MON im Wesentlichen bei 690 U/min liegt. Aufgrund des Fehlens der äußeren Last nimmt N_MON auf im Wesentlichen 790 U/min an dem Referenzpunkt t zu. Die Zunahme in N_MON ist die Folge einer geringeren eingespritzten Kraftstoffmasse pro Zylinder PW_CYL, die angefordert wird, um die Motorausgangsleistung bezogen auf die äußere Last zu steuern, um den SIDI-Motor 10 ohne die ausgeübte äußere Last zu betreiben. Zwischen den Referenzpunkten t und u beginnt N_MON, bei oder in der Nähe des N_PRF von 700 U/min zu oszillieren. Wie durch das nicht einschränkende beispielhafte Beispiel gezeigt wird, weist der Motordrehzahlcontroller 44 relativ kleine Schwankungen in der Motorleerlaufdrehzahl auf, wenn die äußere Last ausgeübt oder entfernt wird, und die Reaktionszeit für N_MON ist kurz, um N_PRF einzustellen, während die Motorausgangsleistung bezogen auf die Motorlast gesteuert wird.
Wie in 3A und 3B gezeigt ist, in denen der Leerlaufdrehzahlcontroller 44 der vorliegenden Offenbarung und der bekannte Leerlaufdrehzahlcontroller verglichen werden, weist der bekannte Leerlaufdrehzahlcontroller große Schwankungen in N_MON, wenn die äußere Last ausgeübt oder entfernt wird, und längere Reaktionszeiten für N_MON auf, um sich an N_PRF anzunähern. Die langen Reaktionszeiten und die großen Schwankungen in N_MON in dem bekannten Leerlaufdrehzahlcontroller sind hauptsächlich durch die Abwesenheit der Divisionseinrichtung 76 und der Multiplikationseinrichtung 78 bedingt, die in 2 der vorliegenden Offenbarung gezeigt sind. Wie es gezeigt ist, ermöglicht der Leerlaufdrehzahlcontroller 44 der vorliegenden Offenbarung minimale Drehzahlschwankungen während des Leerlaufbetriebs, wenn eine äußere Last auf dem SIDI-Motor 10 ausgeübt oder von diesem entfernt wird. Der Drehzahl-Rückkopplungscontroller der vorliegenden Offenbarung ermöglicht ein schnelles Ansprechen, um die angewiesene eingespritzte Kraftstoffmasse pro Zylinder PW_CYL einzustellen, um die Motorleistung bezogen auf die Motorlast zu steuern, und um eine stabile Motorleerlaufdrehzahl aufrechtzuerhalten, wenn eine äußere Last auf dem SIDI-Motor 10 ausgeübt oder von diesem entfernt wird.
Wie es durch 3A und 3B gezeigt wird und unter Bezugnahme auf 2, verbessert das Multiplizieren des Verhältnisses 77 und der Ausgabe 79 des Drehzahl-Rückkopplungscontrollers 56 zum Ermitteln der angewiesenen eingespritzten Kraftstoffmasse pro Zylinder PW_CYL 54 daher die Fähigkeit, äußere Lasten aufzunehmen, die auf den SIDI-Motor 10 ausgeübt und von diesem entfernt werden. Wie vorstehend diskutiert wurde, ist die Motorausgangsleistung im Wesentlichen gleich dem Produkt der angewiesenen eingespritzten Kraftstoffmasse pro Zylinder PW_CYL und der überwachten Motorleerlaufdrehzahl N_MON. Die Multipliziereinrichtung 78 in dem Drehzahl-Rückkopplungscontroller 56 ermöglicht, dass die Motorausgangsleistung unabhängig von der Größe der überwachten Motorleerlaufdrehzahl M_MON bezogen auf die Motorlast eingestellt wird.
Wenn der unter Bezugnahme auf 2 beschriebene Leerlaufdrehzahlcontroller 44 aktiviert ist, befindet sich der SIDI-Motor 10 in dem Leerlaufbetrieb, und wenn der Leerlaufdrehzahlcontroller deaktiviert ist, befindet sich der SIDI-Motor 10 in dem normalen Betrieb. Schlüsselunterschiede in der Steuerstruktur zwischen dem Betreiben des SIDI-Motors 10 in dem normalen oder dem Leerlaufbetrieb beziehen sich auf die eingespritzte Kraftstoffmasse, die in jeden Zylinder eintritt. Wenn sich der SIDI-Motor 10 in dem normalen Betrieb befindet, basiert die eingespritzte Kraftstoffmasse auf dem bevorzugten und dem überwachten Luft/Kraftstoff-Verhältnis und der geschätzten Zylinderluftladung. Wenn sich der SIDI-Motor 10 in dem Leerlaufbetrieb befindet, wird PW_CYL angepasst, um eine stabile Motorleerlaufdrehzahl zu steuern und aufrechtzuerhalten. Der Übergang zwischen dem normalen und Leerlaufbetrieb wird vorzugsweise derart geregelt, dass Motorstabilität und Fahrbedingungen erreicht werden, wobei unterschiedliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Controller geeignet aktiviert und deaktiviert werden.
Auf 4 Bezug nehmend, wird gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung der Leerlaufdrehzahlcontroller 44 von 2 aktiviert, wenn der Motor von dem normalen in den Leerlaufbetrieb übergeht. Wie zuvor festgestellt wurde, wird der Leerlaufdrehzahlcontroller 44 aktiviert, wenn sich die Gaspedalposition unterhalb einer Schwellenwert-Gaspedalposition befindet und die Motordrehzahl unterhalb eines Motordrehzahlschwellenwerts 100 liegt. Der Motordrehzahlschwellenwert 100 wird derart ausgewählt, dass er einige hundert U/min höher als die bevorzugte Motordrehzahl N_PRF 50 ist. Gemäß einem nicht einschränkenden Beispiel arbeitet der SIDI-Motor 10 mit einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis, der Gaspedal-Positionsschwellenwert beträgt 1 %, der Motordrehzahlschwellenwert 100 beträgt 1000 U/min, und N_PRF 50 beträgt 700 U/min. Sobald der Leerlaufdrehzahlcontroller aktiviert ist, wird die angewiesene eingespritzte Kraftstoffmasse pro Zylinder PW_CYL 54 eingestellt, um die Motorausgangsleistung bezogen auf die Motorlast zu steuern und ein stabiles N_MON 52 aufrechtzuerhalten, wenn eine äußere Last auf den SIDI-Motor 10 ausgeübt oder von diesem entfernt wird. Sobald der SIDI-Motor 10 von dem normalen in den Leerlaufbetrieb umschaltet, wird der Übergang von dem Motordrehzahlschwellenwert 100 zu einer stationären bevorzugten Motordrehzahl 102 geregelt, indem N_PRF 50 derart definiert wird, dass ein Unterschwingen der überwachten Motordrehzahl N_MON 52 minimiert wird. Das Unterschwingen ist als eine beliebige Schwankung in der überwachten Motordrehzahl N_MON 52 unter die stationäre bevorzugte Motordrehzahl 102 zu verstehen, wobei große Schwankungen in der überwachten Motordrehzahl N_MON 52 für den Betreiber wahrnehmbar sind. Daher hält die Leerlaufdrehzahltrajektorie zum Minimieren des Unterschwingens der überwachten Motordrehzahl N_MON 52 eine stabile überwachte Motordrehzahl N_MON 52 aufrecht.
Der Leerlaufdrehzahlcontroller 44 von 2 wird deaktiviert, und der Übergang von dem Leerlauf in den normalen Betrieb wird ausgeführt, wenn das Gaspedal stärker als ein zweiter Gaspedal-Positionsschwellenwert niedergedrückt wird und eine bevorzugte eingespritzte Kraftstoffmasse pro Zylinder (PW_PRF-CYL), die einer durch die Gaspedalposition angegebenen Drehmomentanforderung des Betreibers entspricht, größer als PW_CYL 54 des Leerlaufdrehzahlcontrollers 44 ist. Die Forderung, dass PW_PRF-CYL größer als das PW_CYL 54 ist, verhindert, dass N_MON 52 für relativ geringe Gaspedalpositionen unmittelbar nach dem Übergang von dem Leerlauf in den normalen Betrieb abfällt.

Claims

Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Motors (10) mit Funkenzündung und Direkteinspritzung während eines Übergangs in einen Leerlaufbetrieb, umfassend, dass: der Motor (10) bei einem Zündfunkenzeitpunkt für ein mittleres Bestdrehmoment betrieben wird; eine Motordrehzahl (52) und ein Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (60) überwacht werden; eine bevorzugte Motorleerlaufdrehzahl (50), eine Leerlaufdrehzahltrajektorie und bevorzugtes Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (58) ermittelt werden; eine eingespritzte Kraftstoffmasse (54) angewiesen wird, die der Motordrehzahl (52) und der bevorzugten Motorleerlaufdrehzahl (50) entspricht; und eine Einlassluftmasse (62) eingestellt wird, die der eingespritzten Kraftstoffmasse (54) und dem bevorzugten sowie dem überwachten Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (58, 60) entspricht, wobei die Leerlaufdrehzahltrajektorie kalibriert wird, um ein Unterschwingen der Motordrehzahl (52) während eines Übergangs von einem überwachten Motordrehzahlschwellenwert (100) zu der bevorzugten Motorleerlaufdrehzahl (50) zu minimieren.
Verfahren zum Steuern einer Motorausgangsleistung in einem Motor (10) mit Funkenzündung und Direkteinspritzung, umfassend, dass: der Motor (10) sich bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis (60), das mager ist, und bei einem Zündfunkenzeitpunkt für ein mittleres Bestdrehmoment im Leerlauf befindet; eine Motorleerlaufdrehzahl (52) und das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (60) überwacht werden; eine bevorzugte Motorleerlaufdrehzahl (50) und ein bevorzugtes Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (58) geliefert werden; eine eingespritzte Kraftstoffmasse (54) in Ansprechen auf die überwachte Motorleerlaufdrehzahl (52) und die bevorzugte Motorleerlaufdrehzahl (50) eingestellt wird; und eine Luftmasse (62) in Ansprechen auf die eingespritzte Kraftstoffmasse (54) und das bevorzugte sowie das überwachte Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (58, 60) eingestellt wird, wobei das Einstellen der eingespritzten Kraftstoffmasse (54) in Ansprechen auf die Motordrehzahl (52) und die bevorzugte Motorleerlaufdrehzahl (50) umfasst, dass: eine Motordrehzahlabweichung (79) ermittelt wird, die eine Differenz zwischen der überwachten Motorleerlaufdrehzahl (52) und der bevorzugten Motorleerlaufdrehzahl (50) umfasst; ein Motordrehzahlverhältnis (77) ermittelt wird, dass ein Verhältnis der bevorzugten Motorleerlaufdrehzahl (50) und der überwachten Motorleerlaufdrehzahl (52) umfasst; und die Motordrehzahlabweichung (79) und das Motordrehzahlverhältnis (77) multiplikativ kombiniert werden, um eine angewiesene eingespritzte Kraftstoffmasse (54) zu ermitteln, wobei die eingespritzte Kraftstoffmasse (54) mit einer Abnahme in der überwachten Motorleerlaufdrehzahl (52) zunimmt und mit einer Zunahme in der überwachten Motorleerlaufdrehzahl (52) abnimmt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Einstellen der Zylinderluftladung (62) in Ansprechen auf die eingestellte eingespritzte Kraftstoffmasse (54) und das bevorzugte sowie das überwachte Luft/Kraftstoff-Verhältnis (58, 60) femer umfasst, dass: ein Rückkopplungs-Luftmassenterm (67) basierend auf einer Differenz zwischen dem bevorzugten Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (58) und dem überwachten Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (60) ermittelt wird; ein Optimalwert-Luftmassenterm (70) basierend auf der angewiesenen eingespritzten Kraftstoffmasse (54) und dem bevorzugten Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (58) ermittelt wird; und der Rückkopplungs-Luftmassenterm (67) und der Optimalwert-Luftmassenterm (70) arithmetisch kombiniert werden, um eine angewiesene Luftmasse (62) zu ermitteln.