DE102011016704A1

DE102011016704A1 - Überwachung und Steuerung einer Zylinderverbrennungsleistung

Info

Publication number: DE102011016704A1
Application number: DE102011016704A
Authority: DE
Inventors: David S. Mathews; Tameem K. Assaf; John V. Bowman; Kenneth J. Buslepp; Julian R. Verdejo
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-04-19
Filing date: 2011-04-11
Publication date: 2012-03-08
Anticipated expiration: 2031-04-12
Also published as: CN102220929A; US8392096B2; CN102220929B; US20110253101A1; DE102011016704B4

Abstract

Ein Motorsteuersystem umfasst ein Störungsmodul, ein Fehlzündungsschwellenwert-Ermittlungsmodul, ein Störungsverhältnismodul und ein Zündfunkensteuermodul. Das Störungsmodul ermittelt einen Störungswert für einen früheren Verbrennungstakt eines Zylinders basierend auf einer Drehung einer Kurbelwelle. Das Fehlzündungsschwellenwert-Ermmittlungsmodul ermittelt einen Ruckwert, der eine Fehlzündung in dem Zylinder angibt. Das Störungsverhältnismodul ermittelt ein Störungsverhältnis für den früheren Verbrennungstakt basierend auf dem Störungswert und dem Ruckwert. Das Zündfunkensteuermodul ermittelt einen Zündfunkenzeitpunkt für einen zukünftigen Verbrennungstakt des Zylinders, ermittelt eine Zündfunkenzeitpunktkorrektur für den zukünftigen Verbrennungstakt basierend auf dem Störungsverhältnis, ermittelt einen korrigierten Zündfunkenzeitpunkt basierend auf dem Zündfunkenzeitpunkt und der Zündfunkenzeitpunktkorrektur und erzeugt einen Zündfunken während des zukünftigen Verbrennungstakts basierend auf dem korrigierten Zündfunkenzeitpunkt.

Description

VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung bezieht sich auf die US-Patentanmeldung Nr. 12/762,516, die am 19. April 2010 eingereicht wurde (GM-Referenznr. P012315-PTE-CD). Die Offenbarung der vorstehenden Anmeldung ist hierin in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme eingeschlossen.
GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Verbrennungsmotoren und insbesondere Systeme und Verfahren zur Verbrennungssteuerung.
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 Motor auf, der ein Drehmoment erzeugt. Der Motor überträgt das Drehmoment mittels einer Kurbelwelle auf ein Getriebe. Das Fahrzeug bewegt sich, wenn das Drehmoment auf ein oder mehrere Räder (nicht gezeigt) des Fahrzeugs übertragen wird. Ein Kurbelwellensensor erzeugt ein Kurbelwellensignal basierend auf der Drehung der Kurbelwelle.
Eine Motorfehlzündung kann die Drehung der Kurbelwelle stören, und sie kann daher eine Fluktuation in dem Kurbelwellensignal erzeugen. Die Motorfehlzündung kann aus einer Reihe von Gründen auftreten, wie beispielsweise einer nicht korrekten Zufuhr von Kraftstoff, Luft und/oder Zündfunken. Ein Fehlzündungsdetektionsmodul empfängt das Kurbelwellensignal und ermittelt basierend auf dem Kurbelwellensignal, ob eine Motorfehlzündung aufgetreten ist. In einigen Fällen erzeugen einzelne Zylinder keinen äquivalenten Betrag an Antriebsdrehmoment. Das heißt, dass einige Zylinder schwächer als andere sein können, was zu einem Drehmomentungleichgewicht über die Zylinder führt. Solche Drehmomentungleichgewichte können bemerkbare Vibrationen in dem Antriebsstrang erzeugen, und sie können sogar durch einen Fahrer des Fahrzeugs wahrgenommen werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Motorsteuersystem umfasst ein Störungsmodul, ein Fehlzündungsschwellenwert-Ermittlungsmodul, ein Störungsverhältnismodul und ein Zündfunkensteuermodul. Das Störungsmodul ermittelt einen Störungswert für einen früheren Verbrennungstakt eines Zylinders basierend auf einer Drehung einer Kurbelwelle. Das Fehlzündungsschwellenwert-Ermittlungsmodul ermittelt einen Ruckwert, der eine Fehlzündung in dem Zylinder angibt. Das Störungsverhältnismodul ermittelt ein Störungsverhältnis für den früheren Verbrennungstakt basierend auf dem Störungswert und dem Ruckwert. Das Zündfunkensteuermodul ermittelt einen Zündfunkenzeitpunkt für einen zukünftigen Verbrennungstakt des Zylinders, ermittelt eine Zündfunkenzeitpunktkorrektur für den zukünftigen Verbrennungstakt basierend auf dem Störungsverhältnis, ermittelt einen korrigierten Zündfunkenzeitpunkt basierend auf dem Zündfunkenzeitpunkt und der Zündfunkenzeitpunktkorrektur und erzeugt einen Zündfunken während des zukünftigen Verbrennungstakts basierend auf dem korrigierten Zündfunkenzeitpunkt.
Ein Motorsteuerverfahren umfasst: dass ein Störungswert für einen früheren Verbrennungstakt eines Zylinders basierend auf einer Drehung einer Kurbelwelle ermittelt wird; dass ein Ruckwert, der eine Fehlzündung in dem Zylinder angibt, ermittelt wird; dass ein Störungsverhältnis für den früheren Verbrennungstakt basierend auf dem Störungswert und dem Ruckwert ermittelt wird; dass ein Zündfunkenzeitpunkt für einen zukünftigen Verbrennungstakt des Zylinders ermittelt wird; dass eine Zündfunkenzeitpunktkorrektur für den zukünftigen Verbrennungstakt basierend auf dem Störungsverhältnis ermittelt wird; dass ein korrigierter Zündfunkenzeitpunkt basierend auf dem Zündfunkenzeitpunkt und der Zündfunkenzeitpunktkorrektur ermittelt wird; und dass ein Zündfunken während des zukünftigen Verbrennungstakts basierend auf dem korrigierten Zündfunkenzeitpunkt erzeugt wird.
Gemäß noch anderen Merkmalen werden die vorstehend beschriebenen Systeme und Verfahren durch ein Computerprogramm implementiert, das durch einen oder mehrere Prozessoren ausgeführt wird. Das Computerprogramm kann sich auf einem zugreifbaren, computerlesbaren Medium befinden, wie beispielsweise einem Speicher, einem nicht flüchtigen Datenspeicher und/oder anderen geeigneten zugreifbaren Speichermedien, ohne auf diese beschränkt zu sein.
Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Offenbarung werden anhand der nachstehend vorgesehenen ausführlichen Beschreibung offensichtlich werden. Es versteht sich, dass die ausführliche Beschreibung und die speziellen Beispiele, obgleich sie die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung angeben, nur zu Darstellungszwecken gedacht sind und den Umfang der Offenbarung nicht einschränken sollen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Offenbarung wird anhand der ausführlichen Beschreibung und der begleitenden Zeichnungen verständlicher werden, wobei:
1 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Fahrzeugsystems gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ist;
2 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsteuersystems gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ist;
3 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorfehlzündungsmoduls gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ist;
4 eine beispielhafte Graphik einer Beschleunigung über einem Ruck gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ist;
5 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Drehmomentausgleichsmoduls gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ist;
6 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Zündfunkensteuermoduls gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ist; und
7 ein Flussdiagramm ist, das ein beispielhaftes Verfahren zum Zylinderdrehmomentausgleich gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung darstellt.
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 Steuermodul diagnostiziert selektiv basierend auf einer Drehung einer Kurbelwelle während eines Verbrennungstakts des Zylinders, dass eine Fehlzündung in einem Zylinder eines Motors aufgetreten ist. Das Steuermodul überwacht eine Drehzahl der Kurbelwelle während des Verbrennungstakts des Zylinders. Das Steuermodul ermittelt eine erste Ableitung der Drehzahl (d. h. eine Beschleunigung) während des Verbrennungstakts und eine zweite Ableitung der Drehzahl (d. h. einen Ruck) während des Verbrennungstakts. Lediglich beispielhaft kann das Steuermodul diagnostizieren, dass eine Fehlzündung in dem Zylinder aufgetreten ist, wenn der Beschleunigungs- und der Ruckwert kleiner als ein vorbestimmter Beschleunigungs- bzw. Ruckwert sind.
Das Steuermodul ermittelt einen Störungswert für den Verbrennungstakt des Zylinders basierend auf dem Beschleunigungs- und dem Ruckwert. Das Steuermodul ermittelt den Störungswert für den Verbrennungstakt des Zylinders ferner basierend auf einem Ruckwert, der basierend auf einer Drehung der Kurbelwelle während eines Verbrennungstakts eines nächsten Zylinders in einer vorbestimmten Zündreihenfolge ermittelt wird.
Das Steuermodul der vorliegenden Offenbarung ermittelt ein Störungsverhältnis für das Verbrennungsereignis des Zylinders basierend auf dem Störungswert und dem vorbestimmten Ruckwert. Das Steuermodul ermittelt selektiv eine Drehmomentkorrektur für ein zukünftiges (z. B. ein nächstes) Verbrennungsereignis des Zylinders basierend auf dem Störungsverhältnis. Das Steuermodul stellt einen Zündfunkenzeitpunkt für den zukünftigen Verbrennungstakt basierend auf der Drehmomentkorrektur selektiv ein. Das Steuermodul kann auch die Zündfunkenzeitpunkte für die zukünftigen Verbrennungsereignisse anderer Zylinder basierend auf Drehmomentkorrekturen einstellen, die jeweils für die anderen Zylinder ermittelt werden. Auf diese Weise gleicht das Steuermodul die Drehmomenterzeugung derart aus, dass der Zylinder und die anderen Zylinder jeweils ungefähr denselben Betrag an Drehmoment erzeugen.
Auf 1 Bezug nehmend, ist ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Fahrzeugsystems 100 dargestellt. Ein Motor 102 erzeugt ein Drehmoment. Lediglich zu Veranschaulichungszwecken wird der Motor 102 als ein Verbrennungsmotor vom Benzintyp dargestellt.
Luft wird durch einen Einlasskrümmer 104 in den Motor 102 eingelassen. Das Volumen der Luft, die in den Motor 102 eingelassen wird, kann durch ein Drosselventil 106 variiert werden. Ein Drossel-Aktuatormodul 107 (z. B. ein elektronischer Drosselcontroller) steuert das Öffnen des Drosselventils 106. Eine oder mehrere Kraftstoffeinspritzeinrichtungen, wie beispielsweise eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung 108, vermischen den Kraftstoff mit der Luft, um ein verbrennbares Luft/Kraftstoffgemisch zu bilden. Ein Kraftstoff-Aktuatormodul 109 steuert die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen.
Ein Zylinder 110 weist einen Kolben auf (nicht gezeigt), der mit einer Kurbelwelle 112 gekoppelt ist. Obwohl der Motor 102 derart dargestellt ist, dass er nur den Zylinder 110 aufweist, umfasst der Motor 102 mehr als einen Zylinder. Die Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemischs kann vier Takte umfassen: einen Einlasstakt, einen Kompressionstakt, einen Verbrennungstakt (oder Ausdehnungstakt) und einen Auslasstakt. Während des Einlasstakts wird der Kolben bis zu einer untersten Position abgesenkt, und die Luft und der Kraftstoff werden in den Zylinder 110 eingeführt. Die unterste Position kann als eine untere Totpunktposition (BDC-Position) bezeichnet werden.
Während des Kompressionstakts treibt die Kurbelwelle den Kolben in Richtung einer obersten Position, wodurch das Luft/Kraftstoffgemisch in dem Zylinder 110 komprimiert wird. Die oberste Position kann als eine obere Totpunktposition (TDC-Position) bezeichnet werden.
Der Ausdehnungstakt beginnt, wenn beispielsweise ein Zündfunken von einer Zündkerze 114 das Luft/Kraftstoffgemisch zündet. Ein Zündfunken-Aktuatormodul 116 steuert die Zündkerze 114. Die Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemischs treibt den Kolben in Richtung der BDC-Position, wodurch die Kurbelwelle 112 drehend angetrieben wird. Diese Drehkraft (d. h. das Drehmoment) kann die Kompressionskraft sein, die das Luft/Kraftstoffgemisch während des Kompressionstakts eines nächsten Zylinders in einer vorbestimmten Zündreihenfolge der Zylinder komprimiert. Abgas, das aus der Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemischs resultiert, wird während des Auslasstakts aus dem Zylinder 110 ausgestoßen.
Ein Motor-Ausgangsdrehzahlsensor (EOS-Sensor) 120 misst eine Drehzahl der Kurbelwelle 112 und erzeugt ein EOS-Signal, das die EOS angibt. Lediglich beispielhaft kann der EOS-Sensor 120 einen Sensor mit variabler Reluktanz (VR-Sensor) oder einen anderen geeigneten Typ eines EOS-Sensors umfassen. Der EOS-Sensor 120 kann Pulse erzeugen, wenn ein Zahn eines Rades 122 mit N Zähnen, das mit der Kurbelwelle 112 rotiert, den EOS-Sensor 120 passiert.
Dementsprechend kann jeder Puls einer Winkeldrehung der Kurbelwelle 112 um einen Betrag gleich 360° dividiert durch N Zähne entsprechen. Lediglich beispielhaft kann das Rad 122 mit N Zähnen 60 gleichmäßig beabstandete Zähne aufweisen (d. h. N = 60), und jeder Puls kann 6° der Drehung der Kurbelwelle 112 entsprechen. Bei verschiedenen Implementierungen können einer oder mehrere der N gleichmäßig beabstandeten Zähne weggelassen werden. Lediglich beispielhaft können zwei der N Zähne weggelassen werden. Der eine oder die mehreren Zähne können beispielsweise als ein Indikator einer Umdrehung der Kurbelwelle 112 weggelassen werden. Der EOS-Sensor 120 kann die EOS basierend auf einer Dauer zwischen den Pulsen erzeugen. Lediglich beispielhaft kann der EOS-Sensor 120 die EOS basierend auf einer Dauer erzeugen, welche die Kurbelwelle 112 benötigt, um sich während des Ausdehnungstakts des Zylinders 110 um einen vorbestimmten Winkel (z. B. 90°) zu drehen.
Eine Fehlzündung kann in dem Zylinder 110 aus einer Reihe von Gründen auftreten, wie beispielsweise einer nicht korrekten Zufuhr von Kraftstoff, Luft und/oder Zündfunken. Eine Fehlzündung kann die Drehung der Kurbelwelle 112 stören. Dementsprechend kann eine Fehlzündung eine Fluktuation in dem EOS-Signal verursachen.
Der Motor 102 kann das Drehmoment mittels der Kurbelwelle 112 auf ein Getriebe 130 übertragen. Das Drehmoment kann von dem Motor 102 mittels einer Drehmomentübertragungseinrichtung 132 auf das Getriebe 130 übertragen werden, wie beispielsweise mittels eines Drehmomentwandlers, wenn das Getriebe 130 ein Getriebe vom Automatiktyp ist. Das Getriebe 130 kann das Drehmoment mittels einer Getriebeausgangswelle 134 und eines Endantriebs (nicht gezeigt) auf ein oder mehrere Räder (nicht gezeigt) übertragen.
Ein Motorsteuermodul (ECM) 150 steuert das Drehmoment, das von dem Motor 102 abgegeben wird (d. h. das Drehmoment an der Kurbelwelle 112). Das ECM 150 kann das durch den Motor 102 abgegebene Drehmoment steuern, indem ein oder mehrere Motoraktuatoren gesteuert werden. Das ECM 150 versorgt jeden Motoraktuator mit einem zugeordneten Aktuatorwert. Lediglich beispielhaft können die Motoraktuatoren das Drossel-Aktuatormodul 107, das Kraftstoff-Aktuatormodul 109 und das Zündfunken-Aktuatormodul 116 umfassen. Die zugeordneten Aktuatorwerte können eine Öffnungsfläche des Drosselventils 106, eine Kraftstoffmenge oder Kraftstoffzufuhrrate bzw. ein Zündfunkenzeitpunkt sein.
Obgleich dies in der beispielhaften Ausführungsform von 1 nicht gezeigt ist, kann das ECM 150 auch andere Motoraktuatoren steuern. Lediglich beispielhaft kann das ECM 150 ein Ladedruck-Aktuatormodul, das einen Ladedruck steuert, der durch eine Ladeeinrichtung geliefert wird, ein Abgasrückführungs-Aktuatormodul (AGR-Aktuatormodul), das die Öffnung eines AGR-Ventils steuert, ein Phasensteller-Aktuatormodul, das Einlass- und Auslass-Nockenphasenstellerpositionen steuert, und/oder andere geeignete Motoraktuatoren steuern.
Nun auf 2 Bezug nehmend, ist ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsteuersystems dargestellt. Eine beispielhafte Implementierung des ECM 150 umfasst ein Fahrerdrehmomentmodul 202. Das Fahrerdrehmomentmodul 202 kann eine Fahrerdrehmomentanforderung basierend auf einer Fahrereingabe ermitteln. Die Fahrereingabe kann auf einer Gaspedalposition und/oder einer Bremspedalposition basieren. Die Fahrereingabe kann auch auf einem Tempomat basieren, der ein adaptives Tempomatsystem sein kann, das die Fahrzeuggeschwindigkeit variiert, um eine vorbestimmte Nachfolgedistanz aufrechtzuerhalten. Das Fahrerdrehmomentmodul 202 kann eine oder mehrere Abbildungen der Gaspedalposition auf das gewünschte Drehmoment speichern, und es kann die Fahrerdrehmomentanforderung basierend auf einer Ausgewählten der Abbildungen ermitteln.
Ein Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 204 vermittelt zwischen der Fahrerdrehmomentanforderung von dem Fahrerdrehmomentmodul 202 und anderen Achsendrehmomentanforderungen. Das Achsendrehmoment (Drehmoment an den Rädern) kann durch verschiedene Quellen erzeugt werden, die den Motor 102 und/oder einen Elektromotor umfassen.
Das Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 204 gibt eine vorausgesagte Drehmomentanforderung und eine Momentandrehmomentanforderung basierend auf den Ergebnissen einer Vermittlung zwischen den empfangenen Drehmomentanforderungen aus. Wie nachstehend beschrieben ist, können die vorausgesagte Drehmomentanforderung und die Momentandrehmomentanforderung von dem Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 204 durch andere Module des ECM 150 selektiv angepasst werden, bevor sie verwendet werden, um die Motoraktuatoren zu steuern.
Allgemein ausgedrückt ist die Momentandrehmomentanforderung, die durch das Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 204 ausgegeben wird, der Betrag des derzeitigen Soll-Achsendrehmoments, und die vorausgesagte Drehmomentanforderung, die durch das Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 204 ausgegeben wird, ist der Betrag des Achsendrehmoments, der kurzfristig benötigt werden kann. Das ECM 150 steuert die Motoraktuatoren, um ein Achsendrehmoment zu erzeugen, das der Momentandrehmomentanforderung gleich ist. Verschiedene Kombinationen von Aktuatorwerten können jedoch zu demselben Achsendrehmoment führen. Das ECM 150 kann daher die Aktuatorwerte steuern, um einen schnelleren Übergang zu der vorausgesagten Drehmomentanforderung zu ermöglichen, während das Achsendrehmoment weiterhin bei der Momentdrehmomentanforderung gehalten wird.
Allgemein ausgedrückt kann die Differenz zwischen der Momentandrehmomentanforderung und der (vermutlich) höheren vorausgesagten Drehmomentanforderung als eine Drehmomentreserve bezeichnet werden. Die Drehmomentreserve kann den Betrag eines zusätzlichen Drehmoments repräsentieren, den der Motor 102 mit einer minimalen Verzögerung zu erzeugen beginnen kann. Schnelle Motoraktuatoren werden verwendet, um das derzeitige Achsendrehmoment zu erhöhen oder zu verringern. Nachstehend ist detaillierter beschrieben, wie schnelle Motoraktuatoren im Gegensatz zu langsamen Motoraktuatoren definiert sind.
Bei verschiedenen Implementierungen können die schnellen Motoraktuatoren das Achsendrehmoment in einem Bereich variieren, wobei der Bereich durch die langsamen Motoraktuatoren festgelegt wird. Bei solchen Implementierungen ist die obere Grenze des Bereichs die vorausgesagte Drehmomentanforderung, während die untere Grenze des Bereichs durch die Drehmomentkapazität der schnellen Motoraktuatoren begrenzt ist.
Lediglich beispielhaft können die schnellen Motoraktuatoren das Achsendrehmoment nur um einen ersten Betrag verringern, wobei der erste Betrag ein Maß der Drehmomentkapazität der schnellen Aktuatoren ist. Der erste Betrag kann basierend auf Motorbetriebsbedingungen variieren, die durch die langsamen Motoraktuatoren festgelegt werden. Wenn sich die Momentandrehmomentanforderung in dem Bereich befindet, können die schnellen Motoraktuatoren eingestellt werden, um zu bewirken, dass das Achsendrehmoment gleich der Momentandrehmomentanforderung ist. Wenn das ECM 150 anfordert, dass die vorausgesagte Drehmomentanforderung ausgegeben werden soll, können die schnellen Motoraktuatoren gesteuert werden, um das Achsendrehmoment auf die obere Grenze des Bereichs zu verändern, welche die vorausgesagte Drehmomentanforderung ist.
Allgemein ausgedrückt können die schnellen Motoraktuatoren das Motorausgangsdrehmoment im Vergleich zu den langsamen Motoraktuatoren schneller verändern. Die langsamen Motoraktuatoren können langsamer als die schnellen Motoraktuatoren auf Änderungen ihrer jeweiligen Aktuatorwerte ansprechen. Ein langsamer Motoraktuator kann beispielsweise mechanische Komponenten umfassen, die Zeit erfordern, um sich in Ansprechen auf eine Änderung des Aktuatorwerts von einer Position in eine andere zu bewegen. Ein langsamer Motoraktuator kann auch durch die Zeitspanne charakterisiert werden, die benötigt wird, damit sich das Motorausgangsdrehmoment zu ändern beginnt, sobald der langsame Motoraktuator den veränderten Aktuatorwert zu implementieren beginnt. Allgemein wird diese Zeitspanne für langsame Motoraktuatoren länger als für schnelle Motoraktuatoren sein. Sogar nachdem sich das Motorausgangsdrehmoment zu verändern beginnt, kann das Achsendrehmoment zusätzlich länger benötigen, um auf eine Veränderung eines langsamen Aktuatorwerts vollständig anzusprechen.
Lediglich beispielhaft kann das ECM 150 die Aktuatorwerte für die langsamen Aktuatoren auf Werte festlegen, die dem Motor 102 ermöglichen würden, die vorausgesagte Drehmomentanforderung zu erzeugen, wenn die schnellen Motoraktuatoren auf geeignete Werte eingestellt werden würden. In der Zwischenzeit kann das ECM 114 die Aktuatorwerte für die schnellen Aktuatoren auf Werte einstellen, die für die gegebenen Werte der langsamen Aktuatoren bewirken, dass der Motor 102 die Momentandrehmomentanforderung anstelle der vorausgesagten Drehmomentanforderung erzeugt.
Die schnellen Aktuatorwerte bewirken daher, dass der Motor 102 die Momentandrehmomentanforderung erzeugt. Wenn das ECM 150 entscheidet, von der Momentandrehmomentanforderung zu der vorausgesagten Drehmomentanforderung zu wechseln, ändert das ECM 150 die Aktuatorwerte für einen oder mehrere schnelle Motoraktuatoren auf Werte, um die vorausgesagte Drehmomentanforderung zu erreichen. Da die langsamen Aktuatorwerte bereits basierend auf der vorausgesagten Drehmomentanforderung eingestellt wurden, ist der Motor 102 in der Lage, die vorausgesagte Drehmomentanforderung nach nur einer solchen Verzögerung zu erzeugen, die den schnellen Motoraktuatoren zuzuschreiben ist. Mit anderen Worten wird die längere Verzögerung vermieden, die ansonsten aus einer Veränderung unter Verwendung der langsamen Motoraktuatoren resultieren würde.
Lediglich beispielhaft kann dann, wenn die vorausgesagte Drehmomentanforderung gleich der Fahrerdrehmomentanforderung ist, eine Drehmomentreserve erzeugt werden, wenn die Momentandrehmomentanforderung aufgrund einer vorübergehenden Drehmoment-Verringerungsanforderung kleiner als die Fahrerdrehmomentanforderung ist. Alternativ kann eine Drehmomentreserve erzeugt werden, indem die vorausgesagte Drehmomentanforderung über die Fahrerdrehmomentanforderung hinaus erhöht wird, während die Momentandrehmomentanforderung bei der Fahrerdrehmomentanforderung gehalten wird. Die resultierende Drehmomentreserve kann plötzliche Zunahmen in der Momentandrehmomentanforderung absorbieren. Lediglich beispielhaft können plötzliche Lasten einer Klimaanlage oder einer Servolenkungspumpe ausgeglichen werden, indem die Momentandrehmomentanforderung erhöht wird. Wenn die Zunahme der Momentandrehmomentanforderung kleiner als die Drehmomentreserve ist, kann die Zunahme schnell erzeugt werden, indem die schnellen Motoraktuatoren verwendet werden. Die vorausgesagte Drehmomentanforderung kann anschließend ebenso erhöht werden, um die vorhergehende Drehmomentreserve wieder herzustellen.
Eine andere beispielhafte Verwendung einer Drehmomentreserve ist es, Fluktuationen in den langsamen Aktuatorwerten zu verringern. Aufgrund ihrer relativ langsamen Geschwindigkeit kann ein Variieren von langsamen Aktuatorwerten eine Steuerinstabilität erzeugen. Zusätzlich können die langsamen Motoraktuatoren mechanische Teile aufweisen, die mehr Leistung benötigen und/oder schneller abgenutzt werden können, wenn sie häufig bewegt werden. Das Erzeugen einer ausreichenden Drehmomentreserve ermöglicht, dass Änderungen in dem Soll-Drehmoment ausgeführt werden, indem die schnellen Motoraktuatoren mittels der Momentandrehmomentanforderung variiert werden, während die Werte der langsamen Motoraktuatoren beibehalten werden. Um beispielsweise eine gegebene Leerlaufdrehzahl aufrechtzuerhalten, kann die Momentandrehmomentanforderung innerhalb eines Bereichs variiert werden. Wenn die vorausgesagte Drehmomentanforderung oberhalb dieses Bereichs festgelegt wird, können Veränderungen in der Momentandrehmomentanforderung, welche die Leerlaufdrehzahl aufrechterhalten, unter Verwendung der schnellen Motoraktuatoren ohne die Notwendigkeit ausgeführt werden, die langsamen Motoraktuatoren anzupassen.
Lediglich beispielhaft kann der Zündfunkenzeitpunkt ein schneller Aktuatorwert sein, während die Drosselöffnungsfläche ein langsamer Aktuatorwert sein kann. Motoren mit Funkenzündung können Kraftstoffe, die beispielsweise Benzin und Ethanol umfassen, unter Anwendung eines Zündfunkens verbrennen. Das Zündfunken-Aktuatormodul 116 kann ein schneller Aktuator sein, und das Drossel-Aktuatormodul 107 kann ein langsamer Aktuator sein. Nachdem ein neuer Aktuatorwert empfangen wurde, kann das Zündfunken-Aktuatormodul 116 in der Lage sein, den Zündfunkenzeitpunkt für einen Verbrennungstakt eines nächsten Zylinders in der Zündreihenfolge zu verändern.
Im Gegensatz dazu benötigen Änderungen in der Drosselöffnungsfläche länger, um das Motorausgangsdrehmoment zu beeinflussen. Das Drossel-Aktuatormodul 107 verändert die Drosselöffnungsfläche, indem der Winkel des Blatts des Drosselventils 106 angepasst wird. Sobald ein neuer Aktuatorwert empfangen wird, gibt es daher eine mechanische Verzögerung, wenn sich das Drosselventil 106 basierend auf dem neuen Aktuatorwert von seiner vorhergehenden Position in eine neue Position bewegt. Zusätzlich sind Luftströmungsänderungen basierend auf der Drosselventilöffnung Lufttransportverzögerungen in dem Einlasskrümmer 104 ausgesetzt. Ferner wird eine erhöhte Luftströmung in dem Einlasskrümmer 104 nicht als eine Erhöhung des Motorausgangsdrehmoments realisiert, bis der Zylinder 110 in dem nächsten Einlasstakt zusätzliche Luft aufnimmt, die zusätzliche Luft komprimiert und den Verbrennungstakt beginnt.
Unter Verwendung dieser Aktuatoren als ein Beispiel kann eine Drehmomentreserve erzeugt werden, indem die Drosselöffnungsfläche auf einen Wert eingestellt wird, der dem Motor 102 ermöglichen würde, eine vorausgesagte Drehmomentanforderung zu erzeugen. In der Zwischenzeit kann der Zündfunkenzeitpunkt basierend auf einer Momentandrehmomentanforderung eingestellt werden, die kleiner als die vorgesagte Drehmomentanforderung ist. Obwohl die Drosselöffnungsfläche eine ausreichende Luftströmung für den Motor 102 erzeugt, um die vorausgesagte Drehmomentanforderung zu erzeugen, wird der Zündfunkenzeitpunkt basierend auf der Momentandrehmomentanforderung bezogen auf den kalibrierten Zündfunkenzeitpunkt nach spät verstellt (was das Drehmoment verringert). Das Motorausgangsdrehmoment wird daher gleich der Momentandrehmomentanforderung sein.
Wenn ein zusätzliches Drehmoment erforderlich ist, kann ein Teil der Drehmomentreserve oder die gesamte Drehmomentreserve verwendet werden, indem der Zündfunkenzeitpunkt in Richtung des kalibrierten Zündfunkenzeitpunkts eingestellt wird. Das Motorausgangsdrehmoment kann daher schnell auf die vorausgesagte Drehmomentanforderung erhöht werden, ohne dass Verzögerungen aufgrund des Änderns der Drosselöffnungsfläche erfahren werden.
Das Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 204 kann die vorausgesagte Drehmomentanforderung und die Momentandrehmomentanforderung an ein Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 ausgeben. Die vorausgesagte Drehmomentanforderung und die Momentandrehmomentanforderung, die von dem Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 empfangen werden, werden von einer Achsendrehmomentdomäne (Drehmoment an den Rädern) in eine Antriebsdrehmomentdomäne (Drehmoment an der Kurbelwelle) umgewandelt.
Das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 vermittelt zwischen Antriebsdrehmomentanforderungen, einschließlich der umgewandelten vorausgesagten Drehmomentanforderung und der umgewandelten Momentandrehmomentanforderung. Das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 erzeugt eine vermittelte vorausgesagte Drehmomentanforderung und eine vermittelte Momentandrehmomentanforderung. Die vermittelten Drehmomente können erzeugt werden, indem eine gewinnende Anforderung unter den empfangenen Anforderungen ausgewählt wird. Alternativ oder zusätzlich können die vermittelten Drehmomente erzeugt werden, indem eine der empfangenen Anforderungen basierend auf einer oder mehreren anderen der empfangenen Anforderungen modifiziert wird.
Ein Reserven/Lastenmodul 220 empfängt die vermittelte vorausgesagte Drehmomentanforderung und die vermittelte Momentandrehmomentanforderung von dem Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206. Das Reserven/Lastenmodul 220 kann die vermittelte vorausgesagte Drehmomentanforderung und die vermittelte Momentandrehmomentanforderung anpassen, um eine Drehmomentreserve zu erzeugen und/oder eine oder mehrere Lasten zu kompensieren. Das Reserven/Lastenmodul 220 gibt anschließend die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung und die angepasste Momentandrehmomentanforderung an ein Betätigungsmodul 224 aus.
Das Betätigungsmodul 224 empfängt die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung und die angepasste Momentandrehmomentanforderung von dem Reserven/Lastenmodul 220. Das Betätigungsmodul 224 ermittelt, wie die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung und die angepasste Momentandrehmomentanforderung erreicht werden. Das Betätigungsmodul 224 kann für den Motortyp spezifisch sein. Beispielsweise kann das Betätigungsmodul 224 für Motoren mit Funkenzündung gegenüber Motoren mit Kompressionszündung unterschiedlich implementiert werden oder unterschiedliche Steuerschemata verwenden.
Bei verschiedenen Implementierungen kann das Betätigungsmodul 224 die Grenze zwischen den Modulen, die bei allen Motortypen üblich sind, und den Modulen definieren, die für den Motortyp spezifisch sind. Lediglich beispielhaft können die Motortypen solche mit Funkenzündung und mit Kompressionszündung umfassen. Die Module vor dem Betätigungsmodul 224, wie beispielsweise das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206, können bei allen Motortypen üblich sein, während das Betätigungsmodul 224 und die nachfolgenden Module für den Motortyp spezifisch sein können.
Das Betätigungsmodul 224 kann beispielsweise das Öffnen des Drosselventils 106 als einen langsamen Aktuator variieren, was einen weiten Bereich für die Drehmomentsteuerung ermöglicht. Das Betätigungsmodul 224 kann Zylinder deaktivieren, was auch für einen weiten Bereich der Drehmomentsteuerung sorgt, aber ebenso langsam sein kann und Fahrbarkeits- und Emissionsprobleme mit sich bringen kann. Das Betätigungsmodul 224 kann den Zündfunkenzeitpunkt als einen schnellen Aktuator verwenden. Der Zündfunkenzeitpunkt kann jedoch keinen so großen Bereich für die Drehmomentsteuerung liefern. Zusätzlich kann sich der Betrag der Drehmomentsteuerung ändern, der mit Änderungen in dem Zündfunkenzeitpunkt möglich ist (als Zündfunkenreservekapazität bezeichnet), wenn sich die Luftströmung ändert.
Bei verschiedenen Implementierungen kann das Betätigungsmodul 224 eine Luftdrehmomentanforderung basierend auf der angepassten vorausgesagten Drehmomentanforderung erzeugen. Die Luftdrehmomentanforderung kann der angepassten vorausgesagten Drehmomentanforderung gleich sein und die Luftströmung derart einstellen, dass die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung durch Änderungen der anderen Aktuatoren erreicht werden kann.
Ein Luftsteuermodul 228 kann Soll-Aktuatorwerte für Motor-Luftströmungsaktuatoren basierend auf der Luftdrehmomentanforderung ermitteln. Beispielsweise kann das Luftsteuermodul 228 den Soll-Krümmerabsolutdruck (Soll-MAP), die Soll-Drosselfläche und/oder die Soll-Luft pro Zylinder (Soll-APC) steuern. Der Soll-MAP kann verwendet werden, um einen Soll-Ladedruck zu ermitteln, und die Soll-APC kann verwendet werden, um Soll-Phasenstellerpositionen zu ermitteln. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Luftsteuermodul 228 auch eine Soll-Öffnung des AGR-Ventils ermitteln.
Das Betätigungsmodul 224 kann auch eine Zündfunken-Drehmomentanforderung und eine Kraftstoff-Drehmomentanforderung erzeugen. Die Zündfunken-Drehmomentanforderung kann von einem Zündfunkensteuermodul 232 verwendet werden, um zu ermitteln, wie viel der Zündfunken bezogen auf den kalibrierten Zündfunkenzeitpunkt nach spät verstellt werden soll (was das Motorausgangsdrehmoment verringert).
Ein Kraftstoffsteuermodul 240 kann basierend auf der Kraftstoff-Drehmomentanforderung von dem Betätigungsmodul 224 die Kraftstoffmenge variieren, die an jeden Zylinder geliefert wird. Während des normalen Betriebs eines Motors mit Funkenzündung kann das Kraftstoffsteuermodul 240 versuchen, ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Gemisch aufrechtzuerhalten, indem eine Kraftstoffströmung basierend auf der APC gesteuert wird. Spezieller kann das Kraftstoffsteuermodul 240 eine Kraftstoffmasse ermitteln, die eine stöchiometrische Verbrennung ergeben wird, wenn sie mit der gegenwärtigen APC verbrannt wird. Das Kraftstoffsteuermodul 240 kann das Kraftstoff-Aktuatormodul 109 mittels der Kraftstoffzufuhrrate anweisen, diese Kraftstoffmasse für jeden Zylinder einzuspritzen.
Ein Drehmomentschätzmodul 244 kann die Drehmomentabgabe des Motors 102 schätzen. Dieses geschätzte Drehmoment kann von dem Luftsteuermodul 228 verwendet werden, um eine Regelung der Motorluftströmungsparameter, wie z. B. der Drosselfläche, des MAP und der Phasenstellerpositionen, auszuführen. Beispielsweise kann eine Drehmomentbeziehung wie z. B. T = f(APC, S, I, E, AF, OT, #) (1) definiert werden, wobei das Drehmoment (T) eine Funktion der Luft pro Zylinder (APC), der Zündfunkenvorverstellung (S), der Einlass-Nockenphasenstellerposition (I), der Auslass-Nockenphasenstellerposition (E), des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses (AF), der Öltemperatur (OT) und der Anzahl der aktivierten Zylinder (#) ist. Zusätzliche Variablen können berücksichtigt werden, wie z. B. der Öffnungsgrad eines Abgasrückführungsventils (AGR-Ventils).
Diese Beziehung kann durch eine Gleichung modelliert werden, und/oder sie kann als eine Nachschlagetabelle abgespeichert werden. Das Drehmomentschätzmodul 244 kann die APC basierend auf einer gemessenen Luftmassenströmung (MAF) und der EOS ermitteln, wodurch eine Luftregelung basierend auf einer Ist-Luftströmung ermöglicht wird. Die verwendeten Einlass- und Auslass-Nockenphasenstellerpositionen können auf Ist-Positionen basieren, wenn sich die Phasensteller zu Soll-Positionen bewegen können.
Die Ist-Zündfunkenvorverstellung kann verwendet werden, um das Ist-Motorausgangsdrehmoment zu schätzen. Der Betrag des Drehmoments, das während der Verbrennung ohne Berücksichtigung von Reibungsverlusten, Motorpumpverlusten oder Zubehörlasten an dem Motor 102 erzeugt werden sollte, kann als ein indiziertes Drehmoment bezeichnet werden. Im Gegensatz zu einem indizierten Drehmoment kann die Ist-Motordrehmomentabgabe als ein Bremsmoment bezeichnet werden, und sie kann sich auf das indizierte Drehmoment verringert um die Zubehörlasten, die Reibungsverluste und die Motorpumpverluste beziehen. Wenn der kalibrierte Zündfunkenzeitpunkt verwendet wird, um das Drehmoment zu schätzen, kann das geschätzte Drehmoment als ein geschätztes Luftdrehmoment oder einfach als Luftdrehmoment bezeichnet werden. Das geschätzte Luftdrehmoment ist eine Schätzung, wie viel Drehmoment der Motor 102 bei der gegenwärtigen Luftströmung erzeugen könnte, wenn der Zündfunkenzeitpunkt auf den kalibrierten Zündfunkenzeitpunkt eingestellt würde und alle Zylinder mit Kraftstoff versorgt werden würden.
Das Luftsteuermodul 228 kann ein Soll-Flächensignal an das Drossel-Aktuatormodul 107 ausgeben. Das Drossel-Aktuatormodul 107 regelt dann das Drosselventil 106, um die Soll-Drosselfläche zu erzeugen. Das Luftsteuermodul 228 kann das Soll-Flächensignal basierend auf einem inversen Drehmomentmodell und der Luftdrehmomentanforderung erzeugen. Das Luftsteuermodul 228 kann das geschätzte Luftdrehmoment und/oder das MAF-Signal verwenden, um eine Regelung auszuführen. Beispielsweise kann das Soll-Flächensignal gesteuert werden, um eine Differenz zwischen dem geschätzten Luftdrehmoment und der Luftdrehmomentanforderung zu minimieren.
Das Luftsteuermodul 228 kann in Motorsystemen, die eine Ladedruckeinrichtung aufweisen, ein Soll-Krümmerabsolutdrucksignal (Soll-MAP-Signal) an ein Ladedruck-Zeitplanungsmodul 242 ausgegeben. Das Ladedruck-Zeitplanungsmodul 242 verwendet das Soll-MAP-Signal, um ein Ladedruck-Aktuatormodul zu steuern. Das Ladedruck-Aktuatormodul steuert dann einen oder mehrere Ladeeinrichtungen. In Motoren ohne Ladeeinrichtung kann das Ladedruck-Zeitplanungsmodul 242 weggelassen werden.
Das Luftsteuermodul 228 kann auch ein Soll-Luft-pro-Zylinder-Signal (Soll-APC-Signal) an ein Phasensteller-Zeitplanungsmodul ausgegeben. Basierend auf dem Soll-APC-Signal und dem EOS-Signal kann das Phasensteller-Zeitplanungsmodul 252 die Positionen des Einlass- und/oder Auslass-Nockenphasenstellers 150 mittels eines Phasensteller-Aktuatormoduls steuern. Bei Implementierungen ohne einen Nockenphasensteller kann das Phasensteller-Zeitplanungsmodul 252 weggelassen werden.
Wieder auf das Zündfunkensteuermodul 232 Bezug nehmend, kann der kalibrierte Zündfunkenzeitpunkt basierend auf verschiedenen Motorbetriebsbedingungen variieren. Eine inverse Drehmomentbeziehung kann verwendet werden, um diese nach der Soll-Zündfunkenvorverstellung aufzulösen. Für eine gegebene Drehmomentanforderung (T_des) kann die Soll-Zündfunkenvorverstellung (S_des) ermittelt werden basierend auf S_des = T^–1(T_des, APC, I, E, AF, OT, #) (2).
Diese Beziehung kann durch eine Gleichung und/oder durch eine Nachschlagetabelle verkörpert werden. Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis (AF) kann das Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnis sein, wie es von dem Kraftstoffsteuermodul 240 angegeben wird.
Wenn die Zündfunkenvorverstellung auf die kalibrierte Zündfunkenvorverstellung eingestellt wird, kann das resultierende Drehmoment so nahe wie möglich bei einem mittleren Bestdrehmoment (MBT) liegen. Das MBT bezieht sich auf das maximale Motorausgangsdrehmoment, das für eine gegebene Luftströmung erzeugt werden kann, wenn die Zündfunkenvorverstellung erhöht wird, während Kraftstoff mit einer Oktanzahl größer als ein vorbestimmter Schwellenwert verwendet wird, eine stöchiometrische Kraftstoffzufuhr verwendet wird und wobei der Zündfunkenzeitpunkt auf den kalibrierten Zündfunkenzeitpunkt eingestellt ist. Die Zündfunkenvorverstellung, bei der dieses maximale Drehmoment auftritt, wird als ein MBT-Zündfunkenzeitpunkt bezeichnet. Der kalibrierte Zündfunkenzeitpunkt kann sich beispielsweise aufgrund der Kraftstoffqualität (wenn beispielsweise Kraftstoff mit geringerer Oktanzahl verwendet wird) und aufgrund von Umweltfaktoren von dem MBT-Zündfunkenzeitpunkt leicht unterscheiden. Das Motorausgangsdrehmoment, das mit dem kalibrierten Zündfunkenvorverstellung erzeugt wird, kann daher kleiner als dasjenige sein, das mit dem MBT-Zündfunkenzeitpunkt erzeugt wird.
Das ECM 150 kann auch ein Motorfehlzündungsmodul 260 und ein Drehmomentausgleichsmodul 262 umfassen. Das Motorfehlzündungsmodul 260 ermittelt einen Störungskern (DT) für den Zylinder 110 basierend auf einer ersten Ableitung der EOS, die während des Verbrennungstakts des Zylinders 110 gemessen wird, einer zweiten Ableitung der EOS, die während des Verbrennungstakts des Zylinders 110 gemessen wird, und einer zweiten Ableitung der EOS, die während des Verbrennungstakts eines nächsten Zylinders gemessen wird, der dem Zylinder 110 in der Zündreihenfolge unmittelbar nachfolgt. Die erste Ableitung der Drehzahl ist eine Beschleunigung, und die zweite Ableitung der Drehzahl ist ein Ruck. Auf diese Weise ermittelt das Motorfehlzündungsmodul 260 den DT für den Zylinder 110 basierend auf einer Beschleunigung während des Verbrennungstakts des Zylinders 110, einem Ruck während des Verbrennungstakts des Zylinders 110 und einem Ruck während des Verbrennungstakts des nächsten Zylinders.
Das Motorfehlzündungsmodul 260 ermittelt einen Schwellenwert für eine Beschleunigung durch Fehlzündung und einen Schwellenwert für einen Ruck durch Fehlzündung basierend auf verschiedenen Betriebsparametern. Das Motorfehlzündungsmodul 260 kann das Auftreten einer Fehlzündung in dem Zylinder 110 diagnostizieren, wenn die Beschleunigung während des Verbrennungstakts des Zylinders 110 kleiner als der Schwellenwert für die Beschleunigung durch Fehlzündung ist und/oder wenn der Ruck während des Verbrennungstakts des Zylinders 110 kleiner als der Schwellenwert für den Ruck durch Fehlzündung ist.
Das Drehmomentausgleichsmodul 262 ermittelt ein Störungsverhältnis für den Zylinder 110 basierend auf dem DT für den Zylinder 110 und dem Schwellenwert für den Ruck durch Fehlzündung. Das Drehmomentausgleichsmodul 262 ermittelt ein indiziertes Störungsdrehmoment für den Zylinder 110 basierend auf dem Störungsverhältnis und dem indizierten Drehmoment. Für den Zylinder 110 mittelt das Drehmomentausgleichsmodul 262 das indizierte Störungsdrehmoment, das für den Zylinder 110 ermittelt wird, über eine vorbestimmte Anzahl von Motorzyklen. Mit anderen Worten ermittelt das Drehmomentausgleichsmodul 262 ein mittleres indiziertes Störungsdrehmoment für den Zylinder 110 über die vorbestimmte Anzahl von Motorzyklen.
Wenn sich das mittlere indizierte Störungsdrehmoment für einen gegebenen Zylinder um zumindest einen vorbestimmten Betrag oder Prozentanteil von Null unterscheidet, ermittelt das Drehmomentausgleichsmodul 262 eine Drehmomentkorrektur für den Zylinder. Mit anderen Worten ermittelt das Drehmomentausgleichsmodul 262 eine Drehmomentkorrektur für den Zylinder, wenn das mittlere indizierte Störungsdrehmoment des Zylinders außerhalb eines vorbestimmten Bereichs um Null liegt. Das Drehmomentausgleichsmodul 262 kann die Drehmomentkorrektur für den Zylinder aufrechterhalten, wenn das mittlere indizierte Störungsdrehmoment des Zylinders innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt. Mit anderen Worten kann das Drehmomentausgleichsmodul 262 die Drehmomentkorrektur nicht aktualisieren und die Drehmomentkorrektur bei einer vorhergehenden Drehmomentkorrektur für den Zylinder aufrechterhalten, wenn das mittlere indizierte Störungsdrehmoment des Zylinders innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt.
Das Drehmomentausgleichsmodul 262 liefert die Drehmomentkorrektur für den Zylinder an das Zündfunkensteuermodul 232. Das Zündfunkensteuermodul 232 ermittelt den Zündfunkenzeitpunkt für das nächste Verbrennungsereignis des Zylinders basierend auf der Zündfunken-Drehmomentanforderung. Das Zündfunkensteuermodul 232 ermittelt auch eine Zündfunkenzeitpunktkorrektur für das nächste Verbrennungsereignis des Zylinders basierend auf der Drehmomentkorrektur. Das Zündfunkensteuermodul 232 korrigiert den Zündfunkenzeitpunkt für das nächste Verbrennungsereignis des Zylinders basierend auf der Zündfunkenzeitpunktkorrektur und erzeugt den Zündfunkenzeitpunkt für das nächste Verbrennungsereignis des Zylinders bei dem korrigierten Zündfunkenzeitpunkt. Das Zündfunkensteuermodul 232 korrigiert auf ähnliche Weise den Zündfunkenzeitpunkt für andere Zylinder basierend auf den Drehmomentkorrekturen für die jeweiligen anderen Zylinder. Die Zylinder erzeugen dann ungefähr gleiche Beträge des Drehmoments.
Nun auf 3 Bezug nehmend, ist ein Funktionsblockdiagramm einer beispielhaften Implementierung des Motorfehlzündungsmoduls 260 dargestellt. Das Motorfehlzündungsmodul 260 kann ein Modul 302 für eine erste Ableitung und ein Modul 304 für eine zweite Ableitung, Puffermodule 310 und 312, Skalarmodule 316, 318 und 320 sowie ein Summierungsmodul 322 umfassen. Das Motorfehlzündungsmodul 260 kann auch ein Fehlzündungsdetektionsmodul 330, ein Fehlzündungsschwellenwert-Ermittlungsmodul 332 und ein Motorlastmodul 334 umfassen.
Das Modul 302 für die erste Ableitung empfängt die EOS und ermittelt eine erste Ableitung der EOS eines k-ten Zylinders in der Zündreihenfolge basierend auf der EOS während des Ausdehnungstakts des k-ten Zylinders. Mit anderen Worten ermittelt das Modul 302 für die erste Ableitung eine Beschleunigung für den k-ten Zylinder. k ist eine ganze Zahl größer als Eins und kleiner als die Gesamtanzahl von Zylindern 110 des Motors 102. Die erste Ableitung (FD) für den k-ten Zylinder ist in 3 als FD_k dargestellt.
Die erste Ableitung für den k-ten Zylinder wird an das Modul 304 für die zweite Ableitung ausgegeben. Das Modul 304 für die zweite Ableitung ermittelt eine zweite Ableitung für den k-ten Zylinder basierend auf der ersten Ableitung. Die zweite Ableitung (SD) für den kten-Zylinder ist in 3 als SD_k dargestellt. Das Modul 304 für die zweite Ableitung gibt die zweite Ableitung für den k-ten Zylinder an das Puffermodul 310 aus.
Die Puffermodule 310 und 312 geben eine zweite Ableitung und eine erste Ableitung für einen Zylinder aus, der dem k-ten Zylinder in der Zündreihenfolge unmittelbar vorausgeht. Der Zylinder, der dem k-ten Zylinder in der Zündreihenfolge unmittelbar vorausgeht, wird nachstehend als der Zylinder k – 1 bezeichnet. Die zweite Ableitung (SD) des Zylinders k – 1 ist in 3 als SD_k-1 dargestellt, und die erste Ableitung (FD) des Zylinders k – 1 ist in 3 als FD_k-1 dargestellt.
Die Puffermodule 310 und 312 geben die zweite und die erste Ableitung für den Zylinder k – 1 an die Skalarmodule 316 bzw. 320 aus. Die Skalarmodule 316, 318 und 320 multiplizieren die empfangenen Ableitungen mit Skalaren A, B bzw. C. Spezieller multipliziert das Skalarmodul 316 die zweite Ableitung für den Zylinder k – 1 mit dem Skalar A. Das Skalarmodul 318 multipliziert die zweite Ableitung des k-ten Zylinders mit dem Skalar B. Das Skalarmodul 320 multipliziert die erste Ableitung für den Zylinder k – 1 mit dem Skalar C. Die Ableitungen, die durch die Skalarmodule 316, 318 und 320 ausgegeben werden, nachdem sie mit den Skalaren A, B und C multipliziert sind, sind in 3 als A·SD_k-1, B·SD_k bzw. C·FD_k-1 dargestellt.
Die Skalare A, B und C können festgelegt werden, um den Einfluss oder das Gewicht anzupassen, den eine spezielle von den Ableitungen (d. h. SD_k-1, SD_k und FD_k-1) auf den Störungsterm hat, der durch das Summierungsmodul 322 für den k-ten Zylinder ermittelt wird. Die Skalare A, B und C können auch festgelegt werden, um eine spezielle von den Ableitungen auszuschalten (z. B. indem der entsprechende Skalar auf 0 gesetzt wird). Bei verschiedenen Implementierungen kann die Summe der Skalare A und B gleich dem Skalar C sein, und die Summe der Skalare A, B und C kann ungefähr 1,0 sein.
Das Summierungsmodul 322 empfängt die Ableitungen, die durch die Skalarmodule 316, 318 und 320 ausgegeben werden. Das Summierungsmodul 322 ermittelt einen Störungsterm DT für den Zylinder k – 1 basierend auf den Ableitungen, die durch die Skalarmodule 316, 318 und 320 ausgegeben werden. Spezieller ermittelt das Summierungsmodul 322 den Störungsterm für den Zylinder k – 1 basierend auf einer Summe der ersten und der zweiten Ableitung für den Zylinder k – 1 minus der zweiten Ableitung für den k-ten Zylinder. Der Störungsterm (DT) für den Zylinder k – 1 ist in 3 als DT_k-1 dargestellt.
Das Summierungsmodul 322 ermittelt den Störungsterm für die anderen Zylinder des Motors 302 auf ähnliche Weise. Spezieller ermittelt das Summierungsmodul 322 den Störungsterm für einen gegebenen Zylinder basierend auf einer Summe der ersten und der zweiten Ableitung für den gegebenen Zylinder minus der zweiten Ableitung für einen Zylinder, der dem gegebenen Zylinder in der Zündreihenfolge unmittelbar nachfolgt.
Lediglich zu Darstellungszwecken ermittelt das Summierungsmodul 322 den Störungsterm für den gegebenen Zylinder (k) unter Verwendung der Gleichung: DT_k = A·SD_k + C·FD_k – B·SD_k+1, (3) wobei DT_k der Störungsterm für den gegebenen Zylinder ist (d. h. für den k-ten Zylinder in der Zündreihenfolge), SD_k die zweite Ableitung (d. h. der Ruck) für den gegebenen Zylinder ist, FD_k die erste Ableitung (d. h. die Beschleunigung) für den gegebenen Zylinder ist, SD_k+1 die zweite Ableitung für den Zylinder ist, der dem gegebenen Zylinder in der Zündreihenfolge unmittelbar nachfolgt (d. h. für den Zylinder k + 1), und A, B und C Skalare sind.
Die erste und die zweite Ableitung, die für jeden Zylinder ermittelt werden, können auch an das Fehlzündungsdetektionsmodul 330 geliefert werden. Das Fehlzündungsdetektionsmodul 330 diagnostiziert selektiv basierend auf der ersten und der zweiten Ableitung für den gegebenen Zylinder, dass eine Fehlzündung in einem gegebenen Zylinder aufgetreten ist. Das Fehlzündungsdetektionsmodul 330 kann basierend auf Vergleichen der ersten und der zweiten Ableitung des gegebenen Zylinders mit den Schwellenwerten für die Beschleunigung und den Ruck durch Fehlzündung ermitteln, ob eine Fehlzündung in dem gegebenen Zylinder aufgetreten ist.
Es kann gesagt werden, dass das Modul 302 für die erste Ableitung und das Modul 304 für die zweite Ableitung, die Puffermodule 310 und 312, die Skalarmodule 316, 318 und 320 sowie das Summierungsmodul 322 in einem ersten Störungstermmodul 324 implementiert sind. Das erste Störungstermmodul 324 ermittelt die Ableitungsterme und liefert die Störungsterme an ein Störungsterm-Auswahlmodul 326. Diese Störungsterme können als Störungsterme mit niedriger Auflösung bezeichnet werden.
Das Motorfehlzündungsmodul 260 kann auch ein zweites Störungstermmodul 327 umfassen, das dem ersten Störungstermmodul 324 ähnlich oder mit diesem identisch ist. Das zweite Störungstermmodul 327 ermittelt einen Störungsterm für jeden der Zylinder des Motors 102. Diese Störungsterme können als Störungsterme mit mittlerer Auflösung bezeichnet werden. Der Unterschied zwischen dem ersten und dem zweiten Störungstermmodul 324 und 327 ist, dass das erste Störungstermmodul 324 die Störungsterme mit niedriger Auflösung basierend auf der EOS in einem größeren Bereich (d. h. mit einer niedrigeren Auflösung) um die TDC-Position herum ermittelt, während das zweite Störungstermmodul 327 die Störungsterme mit mittlerer Auflösung basierend auf der EOS in einem kleineren Bereich (d. h. mit einer höheren Auflösung) um die TDC-Position herum ermittelt. Lediglich beispielhaft kann der größere Bereich plus oder minus 45° der TDC-Position sein, und der kleinere Bereich kann plus oder minus 15° der TDC-Position sein.
Das Störungsterm-Auswahlmodul 326 wählt den Störungsterm mit niedriger Auflösung oder den Störungsterm mit mittlerer Auflösung aus und gibt den ausgewählten Störungsterm an das Drehmomentausgleichsmodul 262 aus. Das Störungsterm-Auswahlmodul 326 kann die Auswahl basierend auf einem Zustand eines Auswahlsignals durchführen. Lediglich beispielhaft kann das Störungsterm-Auswahlmodul 326 die Störungsterme mit niedriger Auflösung auswählen, wenn sich das Auswahlsignal in einem ersten Zustand befindet (z. B. bei 5 V), und es kann die Störungsterme mit mittlerer Auflösung auswählen, wenn sich das Auswahlsignal in einem zweiten Zustand befindet (z. B. bei 0 V).
Das Auswahlsteuermodul 328 kann das Auswahlsignal basierend auf der EOS festlegen. Lediglich beispielhaft kann das Auswahlsteuermodul 328 das Auswahlsignal auf den ersten und den zweiten Zustand festlegen, wenn die EOS kleiner bzw. größer als eine vorbestimmte EOS ist, wie beispielsweise ungefähr 1000 U/min. Wenn die EOS größer als die vorbestimmte EOS ist, können die Störungsterme mit mittlerer Auflösung einen erhöhten Betrag an Rauschen widerspiegeln.
Nun auf 4 Bezug nehmend, ist eine beispielhafte Graphik dargestellt, die Abtastwerte umfasst, die als Funktionen der ersten Ableitung und der zweiten Ableitung aufgetragen sind. Die erste Ableitung ist durch die X-Achse dargestellt, und die zweite Ableitung ist durch die Y-Achse dargestellt. Negative erste Ableitungswerte (d. h. Verlangsamungen) erscheinen links der Y-Achse, und positive erste Ableitungswerte (d. h. Beschleunigungen) erscheinen rechts der Y-Achse. Positive zweite Ableitungswerte erscheinen oberhalb der X-Achse, und negative zweite Ableitungswerte erscheinen unterhalb der Y-Achse. Eine beispielhafte Kurve 402 folgt einem beispielhaften Schwellenwert für eine Beschleunigung durch Fehlzündung, und eine beispielhafte Kurve 404 folgt einem beispielhaften Schwellenwert für einen Ruck durch Fehlzündung. Abtastwerte, die in der Nähe des Schnittpunkt der X-Achse und der Y-Achse erscheinen, wie sie bei 406 dargestellt sind, können einen relativ gut ausgeglichenen Zylinder angeben, da eine geringe oder keine Kurbelwellen-Beschleunigung oder ein geringer oder kein Kurbelwellen-Ruck vorhanden ist.
Wieder auf 3 Bezug nehmend, kann das Fehlzündungsdetektionsmodul 330 eine Fehlzündung in dem gegebenen Zylinder diagnostizieren, wenn die erste Ableitung des gegebenen Zylinders kleiner als der Schwellenwert für die Beschleunigung durch Fehlzündung ist und die zweite Ableitung des gegebenen Zylinders kleiner als der Schwellenwert für den Ruck durch Fehlzündung ist. Das Fehlzündungsschwellenwert-Ermittlungsmodul 332 ermittelt die Fehlzündungsschwellenwerte. Lediglich beispielhaft kann das Fehlzündungsschwellenwert-Ermittlungsmodul 332 die Fehlzündungsschwellenwerte basierend auf der EOS und der Motorlast ermitteln.
Die Motorlast kann als ein Prozentanteil mittels der APC während der Verbrennung relativ zu einer maximalen APC ausgedrückt werden. Der Motor 102 kann in der Lage sein, einen maximalen Drehmomentbetrag zu erzeugen, wenn sich die APC bei der maximalen APC befindet. Das Motorlastmodul 334 kann die Motorlast unter Verwendung der Gleichung ermitteln:
wobei APC_max die maximale APC ist, bei der der Motor 102 den größten Drehmomentbetrag erzeugen kann.
Nun auf 5 Bezug nehmend, ist ein Funktionsblockdiagramm einer beispielhaften Implementierung des Drehmomentausgleichsmoduls 262 dargestellt. Das Drehmomentausgleichsmodul 262 kann ein Skalarmodul 502, ein Störungsverhältnismodul 504 und ein Produktmodul 506 umfassen. Das Drehmomentausgleichsmodul 262 kann auch ein Mittelungsmodul 510 und ein Drehmomentkorrektur-Ermittlungsmodul 512 umfassen.
Das Skalarmodul 502 empfängt den Störungsterm für den Zylinder k – 1 (d. h. DT_k-1) von dem Motorfehlzündungsmodul 260. Das Skalarmodul 502 multipliziert den Störungsterm mit einem Skalar E. Der Skalar kann basierend auf einer Auflösung des EOS-Sensors 120 auswählbar sein. Der Skalar kann kalibrierbar sein, und er kann derart festgelegt werden, dass ein Störungsverhältnis, das durch das Störungsverhältnismodul 504 für den Zylinder k – 1 ermittelt wird, dem Schwellenwert für den Ruck durch Fehlzündung ungefähr gleich ist, wenn eine Fehlzündung in dem Zylinder k – 1 aufgetreten ist. Auf diese Weise normiert das Skalarmodul 502 den Störungsterm bezogen auf den Schwellenwert für den Ruck durch Fehlzündung. Das Skalarmodul 502 empfängt auch die Störungsterme für die anderen Zylinder und multipliziert die Störungsterme der anderen Zylinder mit dem Skalar E.
Das Störungsverhältnismodul 504 empfängt den Störungsterm, der durch das Skalarmodul 502 für den Zylinder k – 1 ausgegeben wird. Das Störungsverhältnismodul 504 empfängt auch den Schwellenwert für den Ruck durch Fehlzündung von dem Motorfehlzündungsmodul 260. Das Störungsverhältnismodul 504 ermittelt ein Störungsverhältnis für den Zylinder k – 1 basierend auf einem Verhältnis des Störungsterms für den Zylinder k – 1 zu dem Schwellenwert für den Ruck durch Fehlzündung. Spezieller ermittelt das Störungsverhältnismodul 504 das Störungsverhältnis für den Zylinder k – 1 basierend auf einem Quotienten des Störungsterms für den Zylinder k – 1 über dem Schwellenwert für den Ruck durch Fehlzündung. Lediglich beispielhaft kann das Störungsverhältnismodul 504 das Störungsverhältnis für den Zylinder k – 1 unter Verwendung der Gleichung ermitteln:
wobei DR_k-1 das Störungsverhältnis für den Zylinder k – 1 ist, E der Skalar ist, DT_k-1 der Störungsterm für den Zylinder k – 1 ist und Jerk Threshold der Schwellenwert für den Ruck durch Fehlzündung ist. Auf diese Weise gibt das Störungsverhältnis für den Zylinder k – 1 die relative Verbrennungsstärke an, die durch den Zylinder k – 1 relativ zu einer Fehlzündung erzeugt wird. Das Störungsverhältnismodul 504 kann auf diese Weise für die anderen Zylinder des Motors 102 voranschreiten.
Das Produktmodul 506 empfängt das Störungsverhältnis für den Zylinder k – 1 und empfängt das indizierte Drehmoment. Wie vorstehend beschrieben ist, bezieht das indizierte Drehmoment auf den Drehmomentbetrag, der während des Verbrennungstakts des Zylinders k – 1 erzeugt werden sollte. Das indizierte Drehmoment berücksichtigt keine Verluste, wie beispielsweise Reibungsverluste und Motorpumpverluste.
Das Produktmodul 506 ermittelt ein indiziertes Störungsdrehmoment für den Zylinder k – 1 basierend auf dem Störungsverhältnis und dem indizierten Drehmoment. Spezieller ermittelt das Produktmodul 506 das indizierte Störungsdrehmoment für den Zylinder k – 1 als das Produkt des indizierten Drehmoments und des Störungsverhältnisses des Zylinders k – 1. Das Produktmodul 506 kann auf diese Weise für die anderen Zylinder des Motors 102 voranschreiten.
Das Mittelungsmodul 510 empfängt das indizierte Störungsdrehmoment für den Zylinder k – 1 und speichert das indizierte Störungsdrehmoment. Das Mittelungsmodul 510 empfängt auch die indizierten Störungsdrehmomente für die anderen Zylinder des Motors 102 und speichert diese indizierten Störungsdrehmomente.
Sobald die indizierten Störungsdrehmomente für eine vorbestimmte Anzahl von Motorzyklen empfangen wurden, mittelt das Mittelungsmodul 510 die indizierten Störungsdrehmomente, die für jeden Zylinder ermittelt wurden. Mit anderen Worten ermittelt das Mittelungsmodul 510 ein mittleres indiziertes Störungsdrehmoment für jeden der Zylinder jeweils basierend auf einem Mittelwert der indizierten Störungsdrehmomente für jeden der Zylinder über die vorbestimmte Anzahl von Motorzyklen. Ein Motorzyklus bezieht sich auf zwei vollständige Umdrehungen der Kurbelwelle 112 und darauf, wie lange es dauert, bis alle Zylinder alle vier Takte eines Verbrennungszyklus durchlaufen haben. Lediglich beispielhaft kann die vorbestimmte Anzahl von Motorzyklen ungefähr 12 betragen.
Das Mittelungsmodul 510 kann auch ein maximales der mittleren der indizierten Störungsdrehmomente und ein minimales der mittleren Störungsdrehmomente ermitteln. Das Mittelungsmodul 510 kann die mittleren indizierten Störungsdrehmomente, den Mittelwert über die Mittelungen und das maximale sowie das minimale mittlere Störungsdrehmoment an das Drehmomentkorrektur-Ermittlungsmodul 512 ausgeben.
Das Drehmomentkorrektur-Ermittlungsmodul 512 ermittelt eine Drehmomentkorrektur für jeden der Zylinder jeweils basierend auf den mittleren indizierten Störungsdrehmomenten der Zylinder. Das Drehmomentkorrektur-Ermittlungsmodul 512 kann die Drehmomentkorrektur für einen gegebenen der Zylinder basierend auf einem Vergleich des mittleren indizierten Störungsdrehmoments des gegebenen Zylinders und Null ermitteln (d. h. basierend auf einer ausbalancierten Drehmomenterzeugung).
Lediglich beispielhaft kann das Drehmomentkorrektur-Ermittlungsmodul 512 die Drehmomentkorrektur für den gegebenen Zylinder ermitteln, wenn sich das mittlere indizierte Störungsdrehmoment des gegebenen Zylinders um mehr als einen vorbestimmten Betrag oder Prozentanteil von Null unterscheidet. Mit anderen Worten kann das Drehmomentkorrektur-Ermittlungsmodul 512 die Drehmomentkorrektur für den gegebenen Zylinder ermitteln, wenn das mittlere indizierte Störungsdrehmoment des gegebenen Zylinders außerhalb eines vorbestimmten Bereichs um Null liegt. Lediglich beispielhaft kann der vorbestimmte Betrag basierend auf dem Motor 102 variieren, und er kann zwischen ungefähr 1,5 Nm und ungefähr 3,0 Nm liegen. Wenn das mittlere Störungsdrehmoment innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, kann das Drehmomentkorrektur-Ermittlungsmodul 512 die Drehmomentkorrektur für den gegebenen Zylinder aufrechterhalten (d. h. nicht aktualisieren).
Das Drehmomentkorrektur-Ermittlungsmodul 512 kann die Drehmomentkorrektur für den gegebenen Zylinder als eine Differenz zwischen dem mittleren indizierten Störungsdrehmoment des gegeben Zylinders und einer nächsten Grenze des vorbestimmten Bereichs ermitteln. Mit anderen Worten kann das Drehmomentkorrektur-Ermittlungsmodul 512 dann, wenn das mittlere indizierte Störungsdrehmoment des gegebenen Zylinders größer als eine obere Grenze des vorbestimmten Bereichs ist, die Drehmomentkorrektur für den gegebenen Zylinder als die obere Grenze des Bereichs verringert um das mittlere indizierte Störungsdrehmoment des gegebenen Zylinders ermitteln. Umgekehrt kann das Drehmomentkorrektur-Ermittlungsmodul 512 die Drehmomentkorrektur für den gegebenen Zylinder als die untere Grenze des Bereichs verringert um das mittlere indizierte Störungsdrehmoment des gegebenen Zylinders ermitteln, wenn das mittlere indizierte Störungsdrehmoment des gegebenen Zylinders kleiner als die untere Grenze des vorbestimmten Bereichs ist.
Auf diese Weise kann das Drehmomentkorrektur-Ermittlungsmodul 512 (mittels der Drehmomentkorrekturen) das Drehmoment, das durch die Zylinder erzeugt wird, mit mittleren indizierten Störungsdrehmomenten verringern, die während zukünftiger Verbrennungstakte der Zylinder oberhalb des vorbestimmten Bereichs liegen. Auf ähnliche Weise kann das Drehmomentkorrektur-Ermittlungsmodul 512 das Drehmoment, das durch die Zylinder erzeugt wird, mit mittleren indizierten Störungsdrehmomenten erhöhen, die unterhalb des vorbestimmten Bereichs liegen. Das Drehmomentkorrektur-Ermittlungsmodul 512 kann das Drehmoment, das durch die Zylinder erzeugt wird, unkorrigiert durch die mittleren indizierten Störungsdrehmomente belassen, die innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegen.
Das Drehmomentkorrektur-Ermittlungsmodul 512 gibt die Drehmomentkorrekturen für die jeweiligen Zylinder an das Zündfunkensteuermodul 232 aus. Das Drehmomentkorrektur-Ermittlungsmodul 512 kann auch sicherstellen, dass eine Summe der Drehmomentkorrekturen ungefähr bei Null oder innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, der um Null zentriert ist, bevor die Drehmomentkorrekturen ausgegeben werden.
Das Drehmomentausgleichsmodul 262 kann auch ein Charakterisierungsmodul 514 umfassen, das die Zylinder selektiv charakterisiert. Lediglich beispielhaft kann Charakterisierungsmodul 514 einen gegebenen Zylinder als stark charakterisieren, wenn das mittlere indizierte Störungsdrehmoment des gegebenen Zylinders größer als die obere Grenze des vorbestimmten Bereichs ist. Das Charakterisierungsmodul 514 kann den gegebenen Zylinder als schwach charakterisieren, wenn das mittlere indizierte Störungsdrehmoment des gegebenen Zylinders kleiner als die untere Grenze des vorbestimmten Bereichs ist.
Ein Aktivierungs-/Deaktivierungsmodul 516 kann das Drehmomentausgleichsmodul 262 auch selektiv aktivieren und deaktivieren. Das Aktivierungs-/Deaktivierungsmodul 516 kann beispielsweise implementiert werden, um die Betriebszeiten des Drehmomentausgleichsmoduls 262 darauf zu begrenzen, dass eine oder mehrere Aktivierungsbedingungen erfüllt sind. Lediglich beispielhaft kann das Aktivierungs-/Deaktivierungsmodul 516 das Drehmomentausgleichsmodul 262 aktivieren, wenn die Drehmomentreserve größer als Null ist. Wenn die Drehmomentreserve Null ist, kann das Aktivierungs-/Deaktivierungsmodul 516 das Drehmomentausgleichsmodul 262 deaktivieren. Andere Aktivierungsbedingungen können beispielsweise umfassen, ob sich der Motor 102 im Leerlauf befindet. Das Aktivierungs-/Deaktivierungsmodul 516 kann das Drehmomentausgleichsmodul 262 beispielsweise aktivieren, wenn die EOS ungefähr gleich einer vorbestimmten Leerlauf-EOS ist. Das Aktivierungs-/Deaktivierungsmodul 516 kann das Drehmomentausgleichsmodul 262 deaktivieren, wenn die EOS größer als die vorbestimmte Leerlauf-EOS ist.
Nun auf 6 Bezug nehmend, ist ein Funktionsblockdiagramm einer beispielhaften Implementierung des Zündfunkensteuermoduls 232 dargestellt. Das Zündfunkensteuermodul 232 kann ein Drehmoment-Zündfunkenmodul 602, ein Sicherheitsmodul 604, ein Zündfunken-Korrekturmodul 606 und ein Synchronisationsmodul 608 umfassen.
Das Drehmoment-Zündfunkenmodul 602 empfängt die Zündfunken-Drehmomentanforderung von dem Betätigungsmodul 224 und die Drehmomentkorrekturen von dem Drehmomentausgleichsmodul 262. Das Drehmoment-Zündfunkenmodul 602 wandelt die Zündfunken Drehmomentanforderung in einen unkorrigierten Zündfunkenzeitpunkt um. Das Drehmoment-Zündfunkenmodul 602 addiert auch die Drehmomentkorrektur zu der Zündfunken-Drehmomentanforderung, um eine absolute Zündfunken-Drehmomentanforderung zu ermitteln, und es wandelt die absolute Zündfunken-Drehmomentanforderung in einen absoluten Zündfunkenzeitpunkt um. Das Drehmoment-Zündfunkenmodul 602 kann die Umwandlungen unter Verwendung einer inversen Drehmomentbeziehung durchführen, wie beispielsweise der Beziehung (2), die vorstehend diskutiert wurde. Lediglich beispielhaft kann das Drehmoment-Zündfunkenmodul 602 die folgenden Gleichungen verwenden: S_UN = T^–1(T_Spark, APC, I, E, AF, OT, #), (6) S_A = T^–1(T_A, APC, I, E, AF, OT, #), (7) und Spark Correction = S_UN – S_A, (8) wobei S_UN der unkorrigierte Zündfunkenzeitpunkt ist, T_Spark die Zündfunken-Drehmomentanforderung ist, S_A der absolute Zündfunkenzeitpunkt ist, T_A die absolute Zündfunken-Drehmomentanforderung ist und Spark Correction die Zündfunkenkorrektur ist. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Drehmoment-Zündfunkenmodul 602 den absoluten Zündfunkenzeitpunkt unter Verwendung der Gleichung ermitteln: S_A = T^–1(T_Spark + Torque Correction, APC, I, E, AF, OT, #), (9) wobei Torque Correction die Drehmomentkorrektur ist.
Das Drehmoment-Zündfunkenmodul 602 kann auch verifizieren, dass die Zündfunkenkorrektur nicht mehr als einen vorbestimmten Prozentanteil der Drehmomentreserve verwenden würde und dass die Zündfunkenkorrektur keine Beschleunigung oder Verlangsamung verursachen könnte, die größer als ein vorbestimmter Betrag ist, dass die Zündfunkenkorrektur nicht bewirken würde, dass der Zündfunkenzeitpunkt über den kalibrierten Zündfunkenzeitpunkt hinaus nach früh verstellt wird, und dass die Zündfunkenkorrektur das Drehmoment, das durch den zugeordneten Zylinder erzeugt wird, nicht um mehr als den vorbestimmten Prozentanteil in Richtung eines vorbestimmten minimalen Motordrehmoments verringern würde. Lediglich beispielhaft kann der vorbestimmte Prozentanteil ungefähr 90 Prozent betragen, und der vorbestimmte Betrag kann ungefähr 0,2 g über 200 ms betragen. Das vorbestimmte minimale Motordrehmoment kann sich auf ein indiziertes Drehmoment beziehen, das mit dem Zündfunkenzeitpunkt erzeugt wird, der soweit wie möglich nach spät verstellt ist, während eine korrekte Verbrennung aufrechterhalten wird.
Wenn die Korrektur bewirken würde, dass einer der vorstehenden Fälle eintritt, kann das Drehmoment-Zündfunkenmodul 602 das Drehmomentausgleichsmodul 262 darüber informieren, sodass das Drehmomentausgleichsmodul 262 die Drehmomentkorrektur nicht weiter anpasst und das Problem nicht verschlimmert. Wenn die Zündfunkenkorrektur bewirken würde, dass einer der vorstehenden Fälle eintritt, kann das Drehmoment-Zündfunkenmodul 602 zusätzlich eine oder mehrere der Zündfunkenkorrekturen selektiv begrenzen, bevor die Zündfunkenkorrekturen an das Zündfunken-Korrekturmodul 606 geliefert werden. Lediglich beispielhaft kann das Drehmoment-Zündfunkenmodul 602 die Zündfunkenkorrektur verringern, wenn die Drehmomentkorrektur größer als der vorbestimmte Prozentanteil der Drehmomentreserve ist. Das Drehmoment-Zündfunkenmodul 602 kann die Zündfunkenkorrektur erhöhen, wenn eine Differenz zwischen dem indizierten Drehmoment und der Drehmomentkorrektur kleiner als ein Drehmoment ist, das einer Summe des vorbestimmten minimalen Motordrehmoments und eines Produkts des vorbestimmten minimalen Motordrehmoments mit einer Differenz zwischen 100 Prozent und dem vorbestimmten Prozentanteil entspricht. Wenn der vorbestimmte Prozentanteil lediglich beispielhaft 90 Prozent beträgt, kann das Drehmoment-Zündfunkenmodul 602 die Zündfunkenkorrektur erhöhen, wenn eine Differenz zwischen dem indizierten Drehmoment und der Drehmomentkorrektur kleiner als 110 Prozent des vorbestimmen minimalen Motordrehmoments ist. Wenn die Zündfunkenkorrektur eine Beschleunigung oder Verlangsamung bewirken würde, die größer als der vorbestimmte Betrag ist, kann das Drehmoment-Zündfunkenmodul 602 die Zündfunkenkorrektur verringern bzw. erhöhen. Wenn die Summe der Zündfunkenkorrekturen kleiner oder größer als der vorbestimmte Bereich um Null ist, kann das Drehmoment-Zündfunkenmodul 602 die Zündfunkenkorrektur erhöhen bzw. verringern. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Drehmomentausgleichsmodul 262 eine oder mehrere der vorstehenden Verifizierungen und Begrenzungen ausführen, bevor die Drehmomentkorrekturen an das Zündfunkensteuermodul 232 geliefert werden.
Das Sicherheitsmodul 604 empfängt die Zündfunkenkorrekturen und sichert die Zündfunkenkorrekturen. Für jede der Zündfunkenkorrekturen kann das Sicherheitsmodul 604 beispielsweise die Zündfunkenkorrektur redundant berechnen. Spezieller kann das Sicherheitsmodul auf ähnliche oder identische Weise wie das Drehmoment-Zündfunkenmodul 602 eine zweite Zündfunkenkorrektur ermitteln.
Das Sicherheitsmodul 604 kann ermitteln, ob eine Differenz zwischen der Zündfunkenkorrektur und der redundanten Korrektur größer als ein vorbestimmter Betrag ist. Wenn die Differenz kleiner als der vorbestimmte Betrag ist, liefert das Sicherheitsmodul 604 die Zündfunkenkorrektur an das Zündfunkenkorrekturmodul 606. Wenn die Different größer als der vorbestimmte Betrag ist, kann das Sicherheitsmodul 604 die Zündfunkenkorrektur gleich einer vorhergehenden Zündfunkenkorrektur setzen (für welche die Differenz als kleiner als der vorbestimmte Betrag ermittelt wurde) und diese Zündfunkenkorrektur an das Zündfunkenkorrekturmodul 606 liefern. Wenn die Differenz größer als der vorbestimmte Betrag ist, kann das Sicherheitsmodul 604 dies zusätzlich an das Drehmomentkorrekturmodul 612 melden, und das Drehmomentkorrekturmodul 612 kann die Drehmomentkorrekturen gleich Null setzen.
Das Zündfunkenkorrekturmodul 606 empfängt den unkorrigierten Zündfunkenzeitpunkt für einen nächsten Zylinder in der Zündreihenfolge sowie die Zündfunkenkorrekturen. Das Zündfunkenkorrekturmodul 606 ermittelt einen korrigierten Zündfunkenzeitpunkt für den nächsten Zylinder basierend auf einer Summe des unkorrigierten Zündfunkenzeitpunkts und der Zündfunkenkorrektur für den nächsten Zylinder. Das Zündfunkenkorrekturmodul 606 löst die Verbrennung in dem nächsten Zylinder basierend auf dem korrigierten Zündfunkenzeitpunkt aus.
Das Zündfunkenkorrekturmodul 606 kann die Zündfunkenkorrekturen für die Zylinder synchronisieren, wobei die Zylinder jeweils ein Synchronisationssignal von dem Synchronisationsmodul 608 verwenden. Lediglich beispielhaft kann das Synchronisationsmodul 608 das Synchronisationssignal, das angibt, welcher der Zylinder der nächste Zylinder in der Zündreihenfolge ist, basierend auf der EOS erzeugen.
Nun auf 7 Bezug nehmend, ist ein Flussdiagramm dargestellt, das ein beispielhaftes Verfahren 700 zum Drehmomentausgleich für den Zylinder 110 zeigt. Die Steuerung kann bei 704 beginnen, wo die Steuerung den Störungsterm (DT) für den Zylinder 110 ermittelt. Die Steuerung ermittelt den DT für einen gegebenen Zylinder des Motors 102 basierend auf der ersten Ableitung der EOS während des Verbrennungstakts des gegebenen Zylinders, der zweiten Ableitung der EOS während des Verbrennungstakts des gegebenen Zylinders und der zweiten Ableitung der EOS während des Verbrennungstakts eines Zylinders, der dem gegebenen Zylinder in der Zündreihenfolge unmittelbar nachfolgt.
Die Steuerung ermittelt bei 708 den Schwellenwert für die Beschleunigung durch Fehlzündung und den Schwellenwert für den Ruck durch Fehlzündung. Die Steuerung ermittelt die Fehlzündungsschwellenwerte beispielsweise basierend auf der EOS und der Motorlast. Die Steuerung normiert bei 712 den DT des Zylinders 110 bezogen auf den Schwellenwert für den Ruck durch Fehlzündung, indem der DT des Zylinders 110 mit dem Skalar E multipliziert wird. Auf diese Weise ist der normierte DT dem Schwellenwert für den Ruck durch Fehlzündung ungefähr gleich, wenn der Zylinder 110 eine Fehlzündung erfahren hat.
Die Steuerung ermittelt bei 716 das Störungsverhältnis für den Zylinder 110. Die Steuerung ermittelt das Störungsverhältnis für den Zylinder 110 basierend auf dem Verhältnis des normierten DT zu dem Schwellenwert für den Ruck durch Fehlzündung. Die Steuerung ermittelt das indizierte Störungsdrehmoment bei 720. Die Steuerung ermittelt das indizierte Störungsdrehmoment als ein Produkt des indizierten Drehmoments (d. h. wie viel Drehmoment der Zylinder 110 während des Verbrennungstakts erzeugt haben sollte) und des Störungsverhältnisses.
Bei 728 ermittelt die Steuerung, ob die vorbestimmte Anzahl von Motorzyklen abgeschlossen ist. Mit anderen Worten ermittelt die Steuerung bei 728, ob die vorbestimmte Anzahl von indizierten Störungsdrehmomenten für jeden der Zylinder des Motors 102 ermittelt wurde. Wenn nein, kann die Steuerung zu 704 zurückkehren; wenn ja, kann die Steuerung bei Schritt 732 fortfahren.
Bei 732 ermittelt die Steuerung dann, wenn die vorbestimmte Anzahl von Motorzyklen abgeschlossen ist, ein mittleres indiziertes Störungsdrehmoment für jeden der Zylinder. Die Steuerung kann auch ein maximales und ein minimales der mittleren indizierten Störungsdrehmomente ermitteln.
Die Steuerung ermittelt bei 736 eine Drehmomentkorrektur für jeden der Zylinder. Die Steuerung ermittelt die Drehmomentkorrekturen jeweils basierend auf den mittleren indizierten Störungsdrehmomenten der Zylinder. Die Steuerung kann bei 736 auch sicherstellen, dass die Summe der Drehmomentkorrekturen gleich Null ist.
Die Steuerung ermittelt bei 740 einen unkorrigierten Zündfunkenzeitpunkt für einen nächsten der Zylinder in der Zündreihenfolge basierend auf der Zündfunken-Drehmomentanforderung. Die Steuerung ermittelt bei 740 auch eine Zündfunkenzeitpunktkorrektur für den nächsten Zylinder in der Zündreihenfolge. Die Steuerung kann die Zündfunkenzeitpunktkorrektur ermitteln, indem die Drehmomentkorrektur zu dem nächsten Zylinder zu der Zündfunken-Drehmomentanforderung addiert wird, um die absolute Zündfunken-Drehmomentanforderung zu ermitteln. Die Steuerung kann die absolute Zündfunken-Drehmomentanforderung in den absoluten Zündfunkenzeitpunkt umwandeln und die Zündfunkenzeitpunktkorrektur basierend auf der Differenz zwischen dem unkorrigierten Zündfunkenzeitpunkt und dem absoluten Zündfunkenzeitpunkt ermitteln. Die Zündfunkenzeitpunktkorrekturen können verwendet werden, um die unkorrigierten Zündfunkenzeitpunkte, die jedem der Zylinder entsprechend zugeordnet sind, während einer nächsten vorbestimmten Anzahl von Motorzyklen zu korrigieren.
Die Steuerung sichert die Zündfunkenkorrekturen bei 744. Lediglich beispielhaft kann die Steuerung eine redundante Zündfunkenzeitpunktkorrektur ermitteln und ermitteln, ob sich die Zündfunkenzeitpunktkorrektur und die redundante Zündfunkenzeitpunktkorrektur um mehr als einen vorbestimmten Betrag unterscheiden. Wenn ja, kann die Steuerung die Zündfunkenzeitpunktkorrektur auf eine vorhergehende (gute) Zündfunkenzeitpunktkorrektur setzen. Wenn nein, kann die Steuerung die Zündfunkenzeitpunktkorrektur verwenden.
Die Steuerung ermittelt bei 748 den korrigierten Zündfunkenzeitpunkt für den nächsten Zylinder in der Zündreihenfolge basierend auf dem unkorrigierten Zündfunkenzeitpunkt und der Zündfunkenzeitpunktkorrektur für die nächsten Zylinder. Die Steuerung löst bei 752 die Verbrennung in dem Zylinder während des Verbrennungstakts des nächsten Zylinders unter Verwendung des korrigierten Zündfunkenzeitpunkts aus. Die Steuerung kann anschließend enden.
Fachleute können nun anhand der vorstehenden Beschreibung einsehen, dass die breiten Lehren der Offenbarung in einer Vielzahl von Formen implementiert werden können. Während diese Offenbarung spezielle Beispiele aufweist, soll der wahre Umfang der Offenbarung daher nicht auf diese beschränkt sein, da andere Modifikationen für den erfahrenen Praktiker nach einem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der nachfolgenden Ansprüche offensichtlich werden.

Claims

Motorsteuersystem, das umfasst: ein Störungsmodul, das einen Störungswert für einen früheren Verbrennungstakt eines Zylinders basierend auf einer Drehung einer Kurbelwelle ermittelt; ein Fehlzündungsschwellenwert-Ermittlungsmodul, das einen Ruckwert ermittelt, der eine Fehlzündung in dem Zylinder angibt; ein Störungsverhältnismodul, das ein Störungsverhältnis für den früheren Verbrennungstakt basierend auf dem Störungswert und dem Ruckwert ermittelt; und ein Zündfunkensteuermodul, das einen Zündfunkenzeitpunkt für einen zukünftigen Verbrennungstakt des Zylinders ermittelt, das eine Zündfunkenzeitpunktkorrektur für den zukünftigen Verbrennungstakt basierend auf dem Störungsverhältnis ermittelt, das einen korrigierten Zündfunkenzeitpunkt basierend auf dem Zündfunkenzeitpunkt und der Zündfunkenzeitpunktkorrektur ermittelt und das einen Zündfunken während des zukünftigen Verbrennungstakts basierend auf dem korrigierten Zündfunkenzeitpunkt erzeugt.
Motorsteuersystem nach Anspruch 1, das ferner umfasst: ein Modul für eine indizierte Störung, das ein indiziertes Störungsdrehmoment für das frühere Verbrennungsereignis basierend auf dem Störungsverhältnis und einer erwarteten Drehmomenterzeugung des Zylinders für das frühere Verbrennungsereignis ermittelt; ein Mittelungsmodul, das ein mittleres indiziertes Störungsdrehmoment für den Zylinder basierend auf dem indizierten Störungsdrehmoment und einer vorbestimmten Anzahl von anderen indizierten Störungsdrehmomenten ermittelt, die jeweils für andere frühere Verbrennungstakte des Zylinders ermittelt werden; und ein Drehmomentkorrekturmodul, das eine Drehmomentkorrektur für den zukünftigen Verbrennungstakt basierend auf dem mittleren indizierten Störungsdrehmoment selektiv ermittelt, wobei das Zündfunkensteuermodul die Zündfunkenzeitpunktkorrektur basierend auf der Drehmomentkorrektur ermittelt.
Motorsteuersystem nach Anspruch 2, wobei das Drehmomentkorrekturmodul die Drehmomentkorrektur ferner basierend auf Null ermittelt.
Motorsteuersystem nach Anspruch 2, wobei das Drehmomentkorrekturmodul die Drehmomentkorrektur basierend auf einer Differenz zwischen dem mittleren indizierten Störungsdrehmoment und Null festlegt.
Motorsteuersystem nach Anspruch 2, wobei das Drehmomentkorrekturmodul die Drehmomentkorrektur bei einer vorhergehenden Drehmomentkorrektur aufrechterhält, wenn das mittlere indizierte Störungsdrehmoment innerhalb eines vorbestimmten Betrages um Null liegt.
Motorsteuersystem nach Anspruch 2, wobei das Drehmomentkorrekturmodul die Drehmomentkorrektur basierend auf einer ersten Differenz zwischen dem mittleren indizierten Störungsdrehmoment und einem vorbestimmten Betrag festlegt, wenn eine zweite Differenz zwischen dem mittleren indizierten Störungsdrehmoment und Null größer als der vorbestimmte Betrag ist.
Motorsteuersystem nach Anspruch 2, das ferner ein Charakterisierungsmodul umfasst, das den Zylinder selektiv als stark charakterisiert, wenn das mittlere indizierte Störungsdrehmoment größer als Null ist, wobei das Drehmomentkorrekturmodul die Drehmomentkorrektur selektiv festlegt, um das Drehmoment zu verringern, das während des zukünftigen Verbrennungstakts erzeugt wird, wenn der Zylinder als stark charakterisiert wird.
Motorsteuersystem nach Anspruch 2, das ferner ein Charakterisierungsmodul umfasst, das den Zylinder selektiv als schwach charakterisiert, wenn das mittlere indizierte Störungsdrehmoment kleiner als Null ist, wobei das Drehmomentkorrekturmodul die Drehmomentkorrektur selektiv festlegt, um das Drehmoment zu erhöhen, das während des zukünftigen Verbrennungstakts erzeugt wird, wenn der Zylinder als schwach charakterisiert wird.
Motorsteuersystem nach Anspruch 1, wobei das Zündfunkenkorrekturmodul den korrigierten Zündfunkenzeitpunkt basierend auf einer Summe des Zündfunkenzeitpunkts und der Zündfunkenzeitpunktkorrektur ermittelt.
Motorsteuersystem nach Anspruch 1, wobei das Störungsmodul den Störungswert basierend auf einer ersten Ableitung einer Drehzahl der Kurbelwelle, welche während des früheren Verbrennungstakts gemessen wird, einer zweiten Ableitung der Drehzahl, die während des früheren Verbrennungstakts gemessen wird, und einer zweiten Ableitung der Drehzahl ermittelt, die während eines Verbrennungstakts eines nächsten Zylinders in einer vorbestimmten Zündreihenfolge gemessen wird.