DE102012208203B4

DE102012208203B4 - Verfahren zur Drehmomentsteuerung in einem Motor mit homogener Kompressionszündung

Info

Publication number: DE102012208203B4
Application number: DE102012208203.4A
Authority: DE
Inventors: Vijay Ramappan; Darrell W. Burleigh; Ben W. Moscherosch
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-05-20
Filing date: 2012-05-16
Publication date: 2019-07-11
Anticipated expiration: 2032-05-17
Also published as: DE102012208203A1; US20120296557A1; CN102787925A; US8755987B2; CN102787925B

Abstract

Verfahren zum Steuern eines Motors (102) mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Motors), wobei das Verfahren umfasst, dass:
eine Drehmomentreserve erzeugt wird, wenn der HCCI-Motor (102) in einem HCCI-Verbrennungsmodus arbeitet, indem der HCCI-Motor (102) bei suboptimalen Betriebsbedingungen betrieben wird;
eine Last an dem HCCI-Motor (102) ermittelt wird, wenn der HCCI-Motor (102) in dem HCCI-Verbrennungsmodus arbeitet;
ein Drehmoment, das durch den HCCI-Motor (102) erzeugt wird, basierend auf der ermittelten Last und einem vorbestimmten Schwellenwert gesteuert wird, wobei:
eine Luftströmung und eine Kraftstoffmasse und/oder ein Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt das Drehmoment erhöhen, das durch den HCCI-Motor (102) erzeugt wird, wenn die ermittelte Last größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist, wobei das Drehmoment um einen Betrag kleiner als die Drehmomentreserve oder gleich dieser erhöht wird, und
die Kraftstoffmasse und/oder der Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt gesteuert werden, um das Drehmoment zu steuern, das durch den HCCI- Motor (102) erzeugt wird, wenn die ermittelte Last kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert ist.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Motorsteuersysteme und insbesondere ein System und ein Verfahren zur Drehmomentsteuerung in einem Motor mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Motor).
HINTERGRUND
Verbrennungsmotoren verbrennen ein Luft- und Kraftstoffgemisch in Zylindern, um Kolben anzutreiben, was ein Antriebsdrehmoment erzeugt. Eine Luftströmung in den Motor wird mittels einer Drossel geregelt. Spezieller stellt die Drossel eine Drosselfläche ein, was die Luftströmung in den Motor vergrößert oder verkleinert. Wenn die Drosselfläche zunimmt, nimmt die Luftströmung in den Motor zu. Ein Kraftstoffsteuersystem stellt die Rate ein, mit der Kraftstoff eingespritzt wird, um ein Soll-Luft/Kraftstoffgemisch an die Zylinder zu liefern und/oder eine Soll-Drehmomentausgabe zu erreichen. Ein Zündungszeitpunkt-Steuersystem stellt den Zündfunkenzeitpunkt ein, um den optimierten Zündfunkenzeitpunkt für das Soll-Drehmoment zu erreichen. Eine Erhöhung der Menge an Luft und eine Optimierung des Kraftstoffs und des Zündfunkenzeitpunkts, die für die Zylinder vorgesehen sind, vergrößert die Drehmomentabgabe des Motors. Motorsteuersysteme wurden entwickelt, um das Motorausgangsdrehmoment zu steuern, um ein Soll-Drehmoment zu erreichen und auch schnell oder unmittelbar Drehmomentniveaus zu verändern.
In der DE 102 39 065 A1 ist ein Verfahren zum Steuern eines Motors mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Motors) beschrieben, bei welchem eine Last an dem Motor ermittelt wird, wenn der Motor in einem Verbrennungsmodus mit homogener Kompressionszündung arbeitet, und ein Drehmoment, das durch den Motor erzeugt wird, basierend auf der ermittelten Last gesteuert wird. Das Drehmoment, das durch den Motor erzeugt wird, wird gesteuert, indem eine Kraftstoffzufuhr des Motors gesteuert wird.
Die US 2010 / 0 242 901 A1 beschreibt ein ähnliches Verfahren.
In der DE 10 2010 018 441 A1 ist ebenfalls ein Verfahren zum Steuern eines HCCI-Motors beschrieben, bei welchem die Umschaltung zwischen einem Modus mit Selbstzündung und einem Modus mit Funkenzündung mittels zweier Drehmoment-Schwellenwerte gesteuert wird, die jeweils von der Motordrehzahl abhängen.
Die DE 10 2006 053 253 A1 beschreibt ein Verfahren zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung für den Betrieb eines HCCI-Motors.
In der DE 10 2006 002 255 B4 ist eine Vorrichtung zum Steuern eines Verbrennungsmotors unter Verwendung einer Drehmomentreserve beschrieben.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Steuern eines Motors mit homogener Kompressionszündung zu schaffen, mit welchem während des Betriebs mit Selbstzündung eine Zunahme von Geräusch, Vibration und Rauheit vermeidbar ist, wenn plötzliche oder unerwartete Lasten am Motor auftreten.
ZUSAMMENFASSUNG
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Das Verfahren zum Steuern eines Motors mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Motors) umfasst, dass eine Last an dem HCCI-Motor ermittelt wird, wenn der HCCI-Motor in einem HCCI-Verbrennungsmodus arbeitet, und dass ein Drehmoment, das durch den HCCI-Motor erzeugt wird, basierend auf der ermittelten Last und einem vorbestimmten Schwellenwert gesteuert wird, wobei das Drehmoment, das durch den HCCI-Motor erzeugt wird, gesteuert wird, indem eine Kraftstoffzufuhr des HCCI-Motors gesteuert wird.
Figurenliste
Die vorliegende Offenbarung wird anhand der ausführlichen Beschreibung und der begleitenden Zeichnungen verständlicher werden, wobei:

1 eine schnelle Änderung eines Drehmoments darstellt, während ein Motor in einem Modus mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Modus) betrieben wird;
2 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsystems gemäß einer Implementierung der vorliegenden Offenbarung ist;
3 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsteuermoduls (ECM) gemäß einer Implementierung der vorliegenden Offenbarung ist;
4 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Betätigungsmoduls gemäß einer Implementierung der vorliegenden Offenbarung ist; und
5 ein Flussdiagramm ist, das ein beispielhaftes Verfahren zur Drehmomentsteuerung in einem Motor mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Motor) gemäß einer Implementierung der vorliegenden Offenbarung darstellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Wie hierin verwendet, kann sich der Ausdruck Modul auf einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC); einen elektronischen Schaltkreis; einen Schaltkreis der Schaltungslogik; ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA); einen Prozessor (gemeinsam genutzt, fest zugeordnet oder als Gruppe), der einen Code ausführt; andere geeignete Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen; oder eine Kombination einiger oder aller von den vorstehenden Gegenständen, wie beispielsweise bei einem Ein-Chip-System, beziehen, ein Teil von diesen sein oder diese umfassen. Der Ausdruck Modul kann einen Speicher umfassen (gemeinsam genutzt, fest zugeordnet oder als Gruppe), der einen Code speichert, der durch den Prozessor ausgeführt wird.
Der Ausdruck Code, wie er vorstehend verwendet wird, kann eine Software, eine Firmware und/oder einen Mikrocode umfassen, und er kann sich auf Programme, Routinen, Funktionen, Klassen und/oder Objekte beziehen. Der Ausdruck gemeinsam genutzt, wie er vorstehend verwendet wird, bedeutet, dass ein Teil des Codes oder der gesamte Code von mehreren Modulen unter Verwendung eines einzelnen (gemeinsam genutzten) Prozessors ausgeführt werden kann. Zusätzlich kann ein Teil des Codes oder der gesamte Code mehrerer Module durch einen einzelnen (gemeinsam genutzten) Speicher gespeichert werden. Der Ausdruck Gruppe, wie er vorstehend verwendet wird, bedeutet, dass ein Teil des Codes oder der gesamte Code eines einzelnen Moduls unter Verwendung einer Gruppe von Prozessoren ausgeführt werden kann. Zusätzlich kann ein Teil des Codes oder der gesamte Code eines einzelnen Moduls unter Verwendung einer Gruppe von Speichern gespeichert werden.
Die hierin beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können durch ein oder mehrere Computerprogramme implementiert werden, die durch einen oder mehrere Prozessoren ausgeführt werden. Die Computerprogramme umfassen durch einen Prozessor ausführbare Anweisungen, die auf einem nicht flüchtigen, zugreifbaren, computerlesbaren Medium gespeichert sind. Die Computerprogramme können auch gespeicherte Daten umfassen. Nicht einschränkende Beispiele des nicht flüchtigen, zugreifbaren, computerlesbaren Mediums sind ein nicht flüchtiger Speicher, ein magnetischer Speicher und ein optischer Speicher.
Motoren mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Motoren) können in verschiedenen Modi betrieben werden. In einem ersten Modus (auch als „HCCI-Modus“ bekannt) verbrennt die Kompression in den Zylindern das Luft/KraftstoffGemisch (A/F-Gemisch), das den Zylindern zugeführt wird. In einem zweiten Modus (auch als „gemischter Modus“ bekannt) löst ein Zündfunken die Verbrennung des A/F-Gemischs aus, das den Zylindern zugeführt wird. In dem zweiten Modus kann ein Zündfunkenzeitpunkt der primäre Mechanismus sein, um die Drehmomentausgabe schnell anzupassen. Während dieser Zeitdauern schneller oder unmittelbarer Drehmomentänderungen kann der Motor suboptimal arbeiten, um das angeforderte Drehmoment zu liefern. Das Steuern einer Luftströmung nach dem Verändern einer Kraftstoffströmung zum Optimieren des Luftströmungsverhältnisses kann dafür sorgen, dass zu der besten Betriebseffizienz zurückgekehrt wird.
In dem ersten Modus beeinflusst der Zündfunkenzeitpunkt jedoch nicht die Drehmomenterzeugung. Daher werden eine Kraftstoffströmung und/oder ein Einspritzungszeitpunkt typischerweise verwendet, um die Drehmomentausgabe schnell oder unmittelbar anzupassen, während in dem ersten Modus gearbeitet wird. Wie vorstehend erwähnt wurde, kann das Steuern der Luftströmung nach dem Verändern der Kraftstoffströmung zum Optimieren des Luftströmungsverhältnisses für eine Rückkehr zu der besten Betriebseffizienz oder zu vorausgesagten Drehmomentniveaus sorgen. Speziell weist die Luftströmung, die mittels einer Drossel, einer Einlassnockenwelle und/oder einer Auslassnockenwelle gesteuert wird, ein langsameres Ansprechen im Vergleich zu Parametern auf, die auf einem Motorverbrennungsereignis basieren, wie etwa der Zündfunken, die Kraftstoffmenge oder die zeitliche Steuerung der Kraftstoffeinspritzung. Daher kann die Verzögerung in Ansprechen auf plötzliche/unerwartete Lasten an dem Motor Geräusch, Vibration und/oder Rauheit (NVH) bewirken, was zu einem Unbehagen des Fahrers führen kann.
1 stellt beispielsweise Motordynamometerergebnisse einer unmittelbaren Drehmomentausgabe eines Motors, der in einem HCCI-Modus arbeitet, für verschiedene Zylinder (1-4) dar, wobei die Kraftstoffmenge verändert wird, während die Luftströmung unverändert ist. Eine vertikale Achse 10 stellt einen indizierten mittleren effektiven Druck (IMEP) (z.B. in kPa) dar, und eine horizontale Achse 20 stellt den Motorzyklus dar (z.B. in Kurbelwinkelgraden oder CAD).
Dementsprechend werden ein System und ein Verfahren für eine schnelle Drehmomentsteuerung in einem HCCI-Motor dargestellt. Das System und das Verfahren können auch verwendet werden, um eine Drehmomentreserve zu erzeugen, wenn der Motor in dem HCCI-Verbrennungsmodus arbeitet, indem er suboptimal betrieben wird. Die Drehmomentreserve kann einen Betrag (z.B. einen Prozentanteil) eines zusätzlichen Drehmoments darstellen, das verfügbar ist, indem die schnellen Aktuatoren wie etwa die Kraftstoffmenge, der Kraftstoffzeitpunkt und der Zündfunkenzeitpunkt bei einer gegebenen Drehzahl oder Last verändert werden. Wenn der Motor in dem gemischten Verbrennungsmodus arbeitet, können das System und das Verfahren das Drehmoment schnell oder unmittelbar steuern, das durch den Motor erzeugt wird, indem der Zündfunkenzeitpunkt in dem Motor gesteuert wird. Wenn der Motor in dem HCCI-Verbrennungsmodus arbeitet, können das System und das Verfahren jedoch ermitteln, ob eine Last an dem Motor über einen vorbestimmten Schwellenwert hinaus zunimmt. Beispielsweise kann die Lastzunahme eine Folge sein (i) eines Endes eines Verlangsamungs-Kraftstoffabschaltereignisses (DFCO-Ereignisses), (ii) einer Aktivierung eines Klimaanlagenkompressors (A/C-Kompressors), (iii) einer Aktivierung einer Servolenkungspumpe (PS-Pumpe) und/oder (iv) eines Umschaltvorgangs eines Getriebes.
Wenn die Last kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert ist, können das System und das Verfahren das Drehmoment steuern, das durch den Motor erzeugt wird, indem eine Kraftstoffströmung und/oder ein Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt gesteuert werden. Alternativ können das System und das Verfahren dann, wenn die Last größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist, das Drehmoment erhöhen, das durch den Motor erzeugt wird, indem sowohl die Kraftstoffzufuhr als auch die Luftströmung zu dem Motor gesteuert werden. Beispielsweise können das System und das Verfahren eine Einlass- und/oder eine Auslassnockenwelle zeitlich steuern, um die Luftströmung zu steuern (d.h. die Luft pro Zylinder oder APC). Für schnelle oder unmittelbare Drehmomentänderungen in dem HCCI-Modus können das System und das Verfahren speziell (i) eine Masse des Kraftstoffs, der in den Motor eingespritzt wird, und/oder (ii) einen Zeitpunkt einer Kraftstoffeinspritzung in den Motor steuern. Zusätzlich können das System und das Verfahren in dem gemischten Modus den Zündfunkenzeitpunkt für eine schnelle oder unmittelbare Drehmomentsteuerung steuern.
Nun auf 2 Bezug nehmend, ist ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsystems 100 dargestellt. Das Motorsystem 100 weist einen Motor 102 auf, der ein Luft/Kraftstoffgemisch verbrennt, um ein Antriebsdrehmoment für ein Fahrzeug basierend auf einer Fahrereingabe von einem Fahrereingabemodul 104 zu erzeugen. Der Motor 102 kann beispielsweise ein HCCI-Motor sein, und er kann daher in verschiedenen Modi arbeiten. Luft wird durch ein Einlasssystem 108 in den Motor 102 eingelassen. Lediglich beispielhaft kann das Einlasssystem 108 einen Einlasskrümmer 110 und ein Drosselventil 112 umfassen. Lediglich beispielhaft kann das Drosselventil 112 ein Schmetterlingsventil mit einem rotierbaren Blatt umfassen. Ein Motorsteuermodul (ECM) 114 steuert ein Drossel-Aktuatormodul 116, welches das Öffnen des Drosselventils 112 regelt, um die Luftmenge zu steuern, die in den Einlasskrümmer 110 eingelassen wird.
Luft aus dem Einlasskrümmer 110 wird in Zylinder des Motors 102 eingelassen. Obgleich der Motor 102 mehr als einen Zylinder aufweisen kann, ist zu Darstellungszwecken ein einzelner repräsentativer Zylinder 118 gezeigt. Lediglich beispielhaft kann der Motor 102 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 und/oder 12 Zylinder aufweisen. Das ECM 114 kann ein Zylinder-Aktuatormodul 120 anweisen, einige der Zylinder selektiv zu deaktivieren, was die Kraftstoffwirtschaftlichkeit unter bestimmten Motorbetriebsbedingungen verbessern kann.
Der Motor 102 kann unter Verwendung eines Viertakt-Motorzyklus arbeiten. Die vier Takte, die nachstehend beschrieben sind, werden als der Einlasstakt, der Kompressionstakt, der Verbrennungstakt und der Auslasstakt bezeichnet. Während jeder Umdrehung einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) treten zwei der vier Takte in dem Zylinder 118 auf. Daher sind zwei Kurbelwellenumdrehungen für den Zylinder 118 notwendig, um alle vier Takte zu durchlaufen.
Während des Einlasstakts wird Luft aus dem Einlasskrümmer 110 durch ein Einlassventil 122 in den Zylinder 118 eingelassen. Das ECM 114 steuert ein Kraftstoff-Aktuatormodul 124, das die Kraftstoffeinspritzung regelt, um ein Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis zu erreichen. Kraftstoff kann an einem zentralen Ort oder an mehreren Orten, wie z.B. in der Nähe des Einlassventils 122 jedes der Zylinder, in den Einlasskrümmer 110 eingespritzt werden. Bei verschiedenen Implementierungen (nicht gezeigt) kann Kraftstoff direkt in die Zylinder oder in Mischkammern, die den Zylindern zugeordnet sind, eingespritzt werden. Das Kraftstoff-Aktuatormodul 124 kann die Einspritzung von Kraftstoff in die Zylinder stoppen, die deaktiviert sind.
Der eingespritzte Kraftstoff vermischt sich mit Luft und erzeugt ein Luft/Kraftstoffgemisch in dem Zylinder 118. Während des Kompressionstakts komprimiert ein Kolben (nicht gezeigt) in dem Zylinder 118 das Luft/Kraftstoffgemisch. Der Motor 102 kann ein Motor mit Kompressionszündung sein, in welchem Fall die Kompression in dem Zylinder 118 die Zündung des Luft/Kraftstoffgemischs bewirkt. Alternativ kann der Motor 102 ein Motor mit Funkenzündung sein, in welchem Fall ein Zündfunken-Aktuatormodul 126 eine Zündkerze 128 in dem Zylinder 118 basierend auf einem Signal von dem ECM 114 aktiviert, welche das Luft/Kraftstoffgemisch zündet. Der Zeitpunkt des Zündfunkens kann relativ zu der Zeit spezifiziert werden, zu der sich der Kolben an seiner obersten Position befindet, die als oberer Totpunkt (TDC) bezeichnet wird.
Das Zündfunken-Aktuatormodul 126 kann durch ein Zeitpunktsignal gesteuert werden, das spezifiziert, wie weit vor oder nach dem TDC der Zündfunken erzeugt werden soll. Da die Kolbenposition mit der Kurbelwellendrehnung in direkter Beziehung steht, kann der Betrieb des Zündfunken-Aktuatormoduls 126 mit dem Kurbelwellenwinkel synchronisiert werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Zündfunken-Aktuatormodul 126 die Lieferung des Zündfunkens an die deaktivierten Zylinder stoppen.
Das Erzeugen des Zündfunkens kann als ein Zündungsereignis bezeichnet werden. Das Zündfunken-Aktuatormodul 126 kann die Fähigkeit aufweisen, den Zeitpunkt des Zündfunkens für jedes Zündungsereignis zu variieren. Das Zündfunken-Aktuatormodul 126 kann sogar dann in der Lage sein, den Zündfunkenzeitpunkt für ein nächstes Zündungsereignis zu variieren, wenn ein Zündfunkenzeitpunktsignal zwischen einem letzten Zündungsereignis und dem nächsten Zündungsereignis verändert wird.
Während des Verbrennungstakts treibt die Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemischs den Kolben abwärts, wodurch die Kurbelwelle angetrieben wird. Der Verbrennungstakt kann als die Zeit zwischen dem Erreichen des TDC durch den Kolben und der Zeit definiert werden, zu welcher der Kolben zu einem unteren Totpunkt (BDC) zurückkehrt.
Während des Auslasstakts beginnt der Kolben, sich wieder von dem BDC aufwärts zu bewegen, und er treibt die Nebenprodukte der Verbrennung durch ein Auslassventil 130 heraus. Die Nebenprodukte der Verbrennung werden mittels eines Abgassystems 134 aus dem Fahrzeug ausgestoßen.
Das Einlassventil 122 kann durch eine Einlassnockenwelle 140 gesteuert werden, während das Auslassventil 130 durch eine Auslassnockenwelle 142 gesteuert werden kann. Bei verschiedenen Implementierungen können mehrere Einlassnockenwellen (einschließlich der Einlassnockenwelle 140) mehrere Einlassventile (einschließlich des Einlassventils 122) für den Zylinder 118 und/oder die Einlassventile (einschließlich des Einlassventils 122) mehrerer Reihen von Zylindern (einschließlich des Zylinders 118) steuern. Auf ähnliche Weise können mehrere Auslassnockenwellen (einschließlich der Auslassnockenwelle 142) mehrere Auslassventile für den Zylinder 118 und/oder die Auslassventile (einschließlich des Auslassventils 130) für mehrere Reihen von Zylindern (einschließlich des Zylinders 118) steuern.
Das Zylinder-Aktuatormodul 120 kann den Zylinder 118 deaktivieren, indem das Öffnen des Einlassventils 122 und/oder des Auslassventils 130 deaktiviert wird. Bei verschiedenen anderen Implementierungen können das Einlassventil 122 und/oder das Auslassventil 130 durch andere Einrichtungen als Nockenwellen gesteuert werden, wie beispielsweise durch elektromagnetische Aktuatoren.
Die Zeit, zu der das Einlassventil 122 geöffnet wird, kann durch einen Einlass-Nockenphasensteller 148 bezogen auf den Kolben-TDC variiert werden. Die Zeit, zu der das Auslassventil 130 geöffnet wird, kann durch einen Auslass-Nockenphasensteller 150 bezogen auf den Kolben-TDC variiert werden. Ein Phasensteller-Aktuatormodul 158 kann den Einlass-Nockenphasensteller 148 und den Auslass-Nockenphasensteller 150 basierend auf Signalen von dem ECM 114 steuern. Wenn er implementiert ist, kann ein variabler Ventilhub (nicht gezeigt) ebenso durch das Phasensteller-Aktuatormodul 158 gesteuert werden.
Das Motorsystem 100 kann eine Ladedruckeinrichtung aufweisen, die unter Druck stehende Luft an den Einlasskrümmer 110 liefert. Beispielsweise zeigt 1 einen Turbolader, der eine heiße Turbine 160-1 aufweist, die durch heiße Abgase angetrieben wird, die durch das Abgassystem 134 strömen. Der Turbolader weist auch einen von der Turbine 160-1 angetriebenen Kompressor 160-2 für kalte Luft auf, der Luft komprimiert, die in das Drosselventil 112 geführt wird. Bei verschiedenen Implementierungen kann ein elektrisch oder von der Kurbelwelle angetriebener Turbokompressor (nicht gezeigt) Luft von dem Drosselventil 112 komprimieren und die komprimierte Luft an den Einlasskrümmer 110 liefern.
Ein Ladedruck-Regelventil 162 kann dem Abgas ermöglichen, an der Turbine 160-1 vorbeizuströmen, wodurch der Ladedruck (der Betrag der Einlassluftkompression) des Turboladers verringert wird. Das ECM 114 kann den Turbolader mittels eines Ladedruck-Aktuatormoduls 164 steuern. Das Ladedruck-Aktuatormodul 164 kann den Ladedruck des Turboladers modulieren, indem die Position des Ladedruck-Regelventils 162 gesteuert wird. Bei verschiedenen Implementierungen können mehrere Turbolader durch das Ladedruck-Aktuatormodul 164 gesteuert werden. Der Turbolader kann eine variable Geometrie aufweisen, die durch das Ladedruck-Aktuatormodul 164 gesteuert werden kann.
Ein Zwischenkühler (nicht gezeigt) kann einen Teil der in der komprimierten Luftladung enthaltenen Wärme dissipieren, die erzeugt wird, wenn die Luft komprimiert wird. Die komprimierte Luftladung kann auch Wärme von Komponenten des Abgassystems 134 absorbiert haben. Obwohl sie zu Darstellungszwecken getrennt gezeigt sind, können die Turbine 160-1 und der Kompressor 160-2 aneinander befestigt sein und die Einlassluft in die unmittelbare Nähe des heißen Abgases bringen.
Das Motorsystem 100 kann ein Abgasrückführungsventil (AGR-Ventil) 170 aufweisen, das Abgas selektiv zurück zu dem Einlasskrümmer 110 zurückleitet. Das AGR-Ventil 170 kann stromaufwärts der Turbine 160-1 des Turboladers angeordnet sein. Das AGR-Ventil 170 kann durch ein AGR-Aktuatormodul 172 gesteuert werden.
Das Motorsystem 100 kann die Drehzahl der Kurbelwelle in Umdrehungen pro Minute (RPM) unter Verwendung eines RPM-Sensors 180 messen. Die Temperatur des Motorkühlmittels kann unter Verwendung eines Motorkühlmittel-Temperatursensors (ECT-Sensors) 182 gemessen werden. Der ECT-Sensor 182 kann in dem Motor 102 oder an anderen Orten angeordnet sein, an denen das Kühlmittel zirkuliert, wie z.B. einem Kühler (nicht gezeigt).
Der Druck in dem Einlasskrümmer 110 kann unter Verwendung eines Krümmerabsolutdrucksensors (MAP-Sensors) 184 gemessen werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann ein Motorunterdruck gemessen werden, der die Differenz zwischen dem Umgebungsluftdruck und dem Druck in dem Einlasskrümmer 110 ist. Die Luftmassenströmungsrate in den Einlasskrümmer 110 kann unter Verwendung eines Luftmassenströmungssensors (MAF-Sensors) 186 gemessen werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann der MAF-Sensor 186 in einem Gehäuse angeordnet sein, das auch das Drosselventil 112 umfasst.
Das Drossel-Aktuatormodul 116 kann die Position des Drosselventils 112 unter Verwendung eines oder mehrerer Drosselpositionssensoren (TPS) 190 überwachen. Die Umgebungstemperatur der Luft, die in den Motor 102 eingelassen wird, kann unter Verwendung eines Einlassluft-Temperatursensors (IAT-Sensors) 192 gemessen werden. Das ECM 114 kann Signale von den Sensoren verwenden, um Steuerentscheidungen für das Motorsystem 100 zu treffen.
Das ECM 114 kann mit einem Getriebesteuermodul 194 in Verbindung stehen, um Gangwechsel in einem Getriebe (nicht gezeigt) abzustimmen. Beispielsweise kann das ECM 114 das Motordrehmoment während eines Gangwechsels verringern. Das ECM 114 kann mit einem Hybridsteuermodul 196 in Verbindung stehen, um den Betrieb des Motors 102 und eines Elektromotors 198 abzustimmen.
Der Elektromotor 198 kann auch als ein Generator funktionieren, und er kann verwendet werden, um elektrische Energie zur Verwendung durch elektrische Systeme des Fahrzeugs und/oder zur Speicherung in einer Batterie zu erzeugen. Bei verschiedenen Implementierungen können verschiedene Funktionen des ECM 114, des Getriebesteuermoduls 194 und des Hybridsteuermoduls 196 in ein oder mehrere Module integriert werden.
Jedes System, das einen Motorparameter variiert, kann als ein Aktuator bezeichnet werden, der einen Aktuatorwert empfängt. Beispielsweise kann das Drossel-Aktuatormodul 116 als ein Aktuator bezeichnet werden, und die Drosselöffnungsfläche kann als der Aktuatorwert bezeichnet werden. In dem Beispiel von 2 erreicht das Drossel-Aktuatormodul 116 die Drosselöffnungsfläche, indem ein Winkel des Blatts des Drosselventils 112 angepasst wird.
Auf ähnliche Weise kann das Zündfunken-Aktuatormodul 126 als ein Aktuator bezeichnet werden, während der zugeordnete Aktuatorwert der Betrag der Zündfunkenvorverstellung relativ zu dem Zylinder-TDC sein kann. Andere Aktuatoren können das Zylinder-Aktuatormodul 120, das Kraftstoff-Aktuatormodul 124, das Phasensteller-Aktuatormodul 158, das Ladedruck-Aktuatormodul 164 und das AGR-Aktuatormodul 172 umfassen. Für diese Aktuatoren können die Aktuatorwerte der Anzahl der aktivierten Zylinder, der Kraftstoffzufuhrrate, dem Einlass- und dem Auslass-Nockenphasenstellerwinkel, dem Ladedruck bzw. der AGR-Ventil-öffnungsfläche entsprechen. Das ECM 114 kann die Aktuatorwerte steuern, um zu bewirken, dass der Motor 102 ein Soll-Motorausgangsdrehmoment erzeugt.
Nun auf 3 Bezug nehmend, ist ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsteuersystems dargestellt. Eine beispielhafte Implementierung des ECM 114 umfasst ein Fahrerdrehmomentmodul 202. Das Fahrerdrehmomentmodul 202 kann eine Fahrerdrehmomentanforderung basierend auf einer Fahrereingabe von dem Fahrereingabemodul 104 ermitteln. Die Fahrereingabe kann beispielsweise auf einer Position eines Gaspedals 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 ein Soll-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. Ein Achsendrehmoment (Drehmoment an den Rädern) kann durch verschiedene Quellen erzeugt werden, die einen Motor und/oder einen Elektromotor umfassen. Die Drehmomentanforderungen können absolute Drehmomentanforderungen wie auch relative Drehmomentanforderungen und Rampenanforderungen umfassen. Lediglich beispielhaft können die Rampenanforderungen eine Anforderung umfassen, dass das Drehmoment bis zu einem minimalen Motorabschaltdrehmoment rampenartig abnimmt oder dass das Drehmoment von einem minimalen Motorabschaltdrehmoment rampenartig zunimmt. Relative Drehmomentanforderungen können vorübergehende oder dauerhafte Drehmomentverringerungen oder -zunahmen umfassen.
Die Achsendrehmomentanforderungen können eine Drehmomentverringerung umfassen, die von einem Traktionssteuersystem angefordert wird, wenn ein positiver Radschlupf detektiert wird. Ein positiver Radschlupf tritt auf, wenn das Achsendrehmoment die Reibung zwischen den Rädern und der Straßenoberfläche überwindet und die Räder beginnen, gegenüber der Straßenoberfläche zu rutschen. Die Achsendrehmomentanforderungen können auch eine Anforderung einer Drehmomentzunahme umfassen, um einem negativen Radschlupf entgegenzuwirken, bei dem ein Reifen des Fahrzeugs bezogen auf die Straßenoberfläche in einer anderen Richtung rutscht, da das Achsendrehmoment negativ ist.
Die Achsendrehmomentanforderungen können auch Bremsmanagementanforderungen und Drehmomentanforderungen aufgrund überhöhter Fahrzeuggeschwindigkeit umfassen. Bremsmanagementanforderungen können das Achsendrehmoment verringern, um sicherzustellen, dass das Achsendrehmoment nicht die Fähigkeit der Bremsen übersteigt, das Fahrzeug zu halten, wenn das Fahrzeug gestoppt wird. Die Drehmomentanforderungen aufgrund überhöhter Fahrzeuggeschwindigkeit können das Achsendrehmoment verringern, um zu verhindern, dass das Fahrzeug eine vorbestimmte Geschwindigkeit überschreitet. Die Achsendrehmomentanforderungen können auch von Fahrzeugstabilitätskontrollsystemen hervorgerufen werden.
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 114 selektiv angepasst werden, bevor sie verwendet werden, um Aktuatoren des Motorsystems 100 zu steuern.
Allgemein ausgedrückt ist die Momentandrehmomentanforderung der Betrag des derzeitigen Soll-Achsendrehmoments, während die vorausgesagte Drehmomentanforderung der Betrag des Achsendrehmoments ist, der kurzfristig benötigt werden kann. Das ECM 114 steuert daher das Motorsystem 100, um ein Achsendrehmoment zu erzeugen, das der Momentandrehmomentanforderung gleich ist. Verschiedene Kombinationen von Aktuatorwerten können jedoch zu demselben Achsendrehmoment führen. Das ECM 114 kann daher die Aktuatorwerte steuern, um einen schnelleren Übergang zu der vorausgesagten Drehmomentanforderung zu ermöglichen, während das Achsendrehmoment weiterhin bei der Momentdrehmomentanforderung gehalten wird.
Bei verschiedenen Implementierungen kann die vorausgesagte Drehmomentanforderung auf der Fahrerdrehmomentanforderung basieren. Die Momentandrehmomentanforderung kann kleiner als die vorausgesagte Drehmomentanforderung sein, beispielsweise wenn die Fahrerdrehmomentanforderung auf einer vereisten Oberfläche einen Radschlupf verursacht. In einem solchen Fall kann ein Traktionssteuersystem (nicht gezeigt) eine Verringerung mittels der Momentandrehmomentanforderung anfordern, und das ECM 114 verringert das Drehmoment, das durch das Motorsystem 100 erzeugt wird, auf die Momentandrehmomentanforderung. Das ECM 114 steuert das Motorsystem 100 jedoch derart, dass das Motorsystem 100 das Erzeugen der vorausgesagten Drehmomentanforderung schnell wieder aufnehmen kann, sobald der Radschlupf aufhört.
Allgemein ausgedrückt kann die Differenz zwischen der Momentandrehmomentanforderung und der höheren vorausgesagten Drehmomentanforderung als eine Drehmomentreserve bezeichnet werden. Die Drehmomentreserve repräsentiert den Betrag eines zusätzlichen Drehmoments, den das Motorsystem 100 mit einer minimalen Verzögerung zu produzieren beginnen kann. Schnelle Motoraktuatoren werden verwendet, um das momentane Achsendrehmoment zu erhöhen oder zu verringern. Nachstehend ist detaillierter beschrieben, wie die schnellen Motoraktuatoren im Gegensatz zu den 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 114 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 Achsendrehmoment im Vergleich zu den langsamen Motoraktuatoren schneller verändern. Die langsamen Aktuatoren können langsamer als die schnellen Motoraktuatoren auf Änderungen ihrer jeweiligen Aktuatorwerte ansprechen. Ein langsamer Aktuator 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 Aktuator kann auch durch die Zeitspanne charakterisiert werden, die er benötigt, um damit zu beginnen, das Achsendrehmoment zu verändern, 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 es sich zu verändern beginnt, kann das Achsendrehmoment zusätzlich länger benötigen, um auf eine Änderung in einem langsamen Aktuator vollständig anzusprechen.
Lediglich beispielhaft kann das ECM 114 die Aktuatorwerte für die langsamen Aktuatoren auf Werte festlegen, die dem Motorsystem 100 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 das Motorsystem 100 die Momentandrehmomentanforderung anstelle der vorausgesagten Drehmomentanforderung erzeugt.
Die schnellen Aktuatorwerte bewirken daher, dass das Motorsystem 100 die Momentandrehmomentanforderung erzeugt. Wenn das ECM 114 entscheidet, das Achsendrehmoment von der Momentandrehmomentanforderung zu der vorausgesagten Drehmomentanforderung überzuleiten, ändert das ECM 114 die Aktuatorwerte für einen oder mehrere schnelle Motoraktuatoren auf Werte, die der vorausgesagten Drehmomentanforderung entsprechen. Da die Werte der langsamen Aktuatoren bereits basierend auf der vorausgesagten Drehmomentanforderung eingestellt wurden, ist das Motorsystem 100 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 einem Verändern des Achsendrehmoments 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 dem erforderlichen Achsendrehmoment ausgleichen. Lediglich beispielhaft können plötzliche Lasten von 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 Aktuatoren verwendet werden. Die vorausgesagte Drehmomentanforderung kann anschließend ebenso erhöht werden, um die vorhergehende Drehmomentreserve wieder herzustellen.
Eine andere beispielhafte Verwendung einer Drehmomentreserve ist es, Schwankungen in den Werten für die langsamen Aktuatoren zu verringern. Aufgrund ihrer relativ langsamen Geschwindigkeit kann ein Variieren von langsamen Aktuatorwerten eine Steuerinstabilität erzeugen. Zusätzlich können die langsamen Aktuatoren 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 können, indem die schnellen Aktuatoren mittels der Momentandrehmomentanforderung variiert werden, während die Werte der langsamen Aktuatoren beibehalten werden. Um beispielsweise eine gegebene Leerlaufdrehzahl aufrechtzuerhalten, kann die Momentandrehmomentanforderung in einem Bereich variiert werden. Wenn die vorausgesagte Drehmomentanforderung auf ein Niveau oberhalb dieses Bereichs festgelegt wird, können Veränderungen in der Momentandrehmomentanforderung, welche die Leerlaufdrehzahl aufrechterhalten, unter Verwendung der schnellen Aktuatoren ohne die Notwendigkeit ausgeführt werden, die langsamen Aktuatoren anzupassen.
Lediglich beispielhaft kann der Zündfunkenzeitpunkt in einem Motor mit Funkenzündung ein schneller Aktuatorwert sein, während die Drosselöffnungsfläche ein langsamer Aktuatorwert sein kann. Motoren mit Funkenzündung können Kraftstoffe, die beispielsweise Benzin und Ethanol umfassen, unter Verwendung eines Zündfunkens verbrennen, Im Gegensatz dazu können bei einem Motor mit Kompressionszündung die Kraftstoffströmung und/oder der Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt ein schneller Aktuatorwert sein, während die Drosselöffnungsfläche als der langsame Aktuatorwert verwendet werden kann. In dem gemischten HCCI-Modus kann der Zündfunkenzeitpunkt ein schneller Aktuatorwert sein, während die Drosselöffnungsfläche und/oder die Einlass- und Auslass-Nockenphaseneinstellung langsame Aktuatorwerte sein können. Motoren mit Kompressionszündung können Kraftstoffe verbrennen, die beispielsweise Diesel umfassen, indem die Kraftstoffe komprimiert werden.
Wenn der Motor 102 ein Motor mit Funkenzündung oder ein HCCI-Motor ist, der in dem gemischten Modus arbeitet, kann das Zündfunken-Aktuatormodul 126 ein schneller Aktuator sein, und das Drossel-Aktuatormodul 116 kann ein langsamer Aktuator sein. Nachdem ein neuer Aktuatorwert empfangen wurde, kann das Zündfunken-Aktuatormodul 126 in der Lage sein, den Zündfunkenzeitpunkt für das nachfolgende Zündungsereignis zu verändern. Wenn der Zündfunkenzeitpunkt (auch Zündfunkenvorverstellung genannt) für ein Zündungsereignis auf einen kalibrierten Wert eingestellt wird, wird ein maximales Drehmoment in dem Verbrennungstakt unmittelbar nach dem Zündungsereignis erzeugt. Eine Zündfunkenvorverstellung, die von dem kalibrierten Wert abweicht, kann jedoch den Drehmomentbetrag verringern, der in dem Verbrennungstakt erzeugt wird. Daher kann das Zündfunken-Aktuatormodul 126 in der Lage sein, das Motorausgangsdrehmoment durch ein Variieren der Zündfunkenvorverstellung zu verändern, sobald das nächste Zündungsereignis auftritt. Lediglich beispielhaft kann eine Tabelle von Zündfunkenvorverstellungen, die verschiedenen Motorbetriebsbedingungen entsprechen, während einer Kalibrierungsphase der Fahrzeugausgestaltung ermittelt werden, und der kalibrierte Wert wird basierend auf den gegenwärtigen Motorbetriebsbedingungen aus der Tabelle ausgewählt.
Im Gegensatz dazu benötigen Änderungen in der Drosselöffnungsfläche länger, um das Motorausgangsdrehmoment zu beeinflussen. Das Drosselaktuatormodul 116 verändert die Drosselöffnungsfläche, indem der Winkel des Blatts des Drosselventils 112 angepasst wird. Sobald ein neuer Aktuatorwert empfangen wird, gibt es daher eine mechanische Verzögerung, wenn sich das Drosselventil 112 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 110 ausgesetzt. Ferner wird eine erhöhte Luftströmung in dem Einlasskrümmer 110 nicht als eine Erhöhung des Motorausgangsdrehmoments realisiert, bis der Zylinder 118 in dem nächsten Einlasstakt zusätzliche Luft aufnimmt, die zusätzliche Luft komprimiert und den Verbrennungstakt beginnt. Die zeitliche Steuerung von Einlass- und Auslassnocken durch das Phasenstellen-Zeitplanungsmodul 252 ist schneller als die Drosselöffnung, sie ist aber weiterhin langsamer als die auf dem Verbrennungsereignis basierten Steuerwerte, wie etwa der Zündfunkenzeitpunkt, der Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt und die Kraftstoffmenge.
Unter Verwendung dieser Aktuatoren als ein Beispiel kann eine Drehmomentreserve erzeugt werden, indem die Drosselöffnungsfläche und/oder die Einlass- und die Auslassnockenphaseneinstellung auf einen Wert eingestellt werden, 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 und/oder die Einlass- und die Auslassnockenphaseneinstellung eine ausreichende Luftströmung für den Motor 102 erzeugen, um die vorausgesagte Drehmomentanforderung zu erzeugen, wird der Zündfunkenzeitpunkt basierend auf der Momentandrehmomentanforderung nach spät verstellt (was das Drehmoment verringert). Das Motorausgangsdrehmoment wird daher gleich der Momentandrehmomentanforderung sein.
Wenn ein zusätzliches Drehmoment erforderlich ist, beispielsweise wenn der Klimaanlagenkompressor gestartet wird oder wenn die Traktionssteuerung ermittelt, dass ein Radschlupf aufgehört hat, kann der Zündfunkenzeitpunkt basierend auf der vorausgesagten Drehmomentanforderung eingestellt werden. Mit dem nachfolgenden Zündungsereignis kann das Zündfunken-Aktuatormodul 126 die Zündfunkenvorverstellung auf einen kalibrierten Wert zurücksetzen, der dem Motor 102 ermöglicht, das volle Motorausgangsdrehmoment zu erzeugen, das mit der bereits vorhandenen Luftströmung erreichbar ist. Das Motorausgangsdrehmoment kann daher schnell auf die vorausgesagte Drehmomentanforderung erhöht werden, ohne dass Verzögerungen aufgrund des Änderns der Drosselöffnungsfläche wahrgenommen werden.
Wenn der Motor 102 ein Motor mit Kompressionszündung ist, kann das Kraftstoff-Aktuatormodul 124 ein schneller Aktuator sein, und das Drossel-Aktuatormodul 116 und/oder das Phasensteller-Zeitplanungsmodul 252 können langsame Aktuatoren sein. Auf diese Weise kann die Kraftstoffmasse basierend auf der Momentdrehmomentanforderung festgelegt werden, und die Drosselöffnungsfläche und der Phasensteller-Zeitplan können basierend auf der vorausgesagten Drehmomentanforderung festgelegt werden. Die Drosselöffnungsfläche und/oder der Phasensteller-Zeitplan können mehr Luftströmung erzeugen, als notwendig ist, um die vorausgesagte Drehmomentanforderung zu erfüllen. Umgekehrt kann die erzeugte Luftströmung größer sein, als für eine optimale Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs erforderlich ist. Das Luft/Kraftstoffverhältnis ist bei HCCI üblicherweise mager, und Änderungen in der Luftströmung in einem bestimmten Bereich, der durch die Motorbetriebsdrehzahl und -last bestimmt wird, beeinflussen die Motordrehmomentausgabe nicht. Das Motorausgangsdrehmoment wird daher gleich der Momentandrehmomentanforderung sein, und es kann durch das Einstellen der Kraftstoffströmung erhöht oder verringert werden.
Das Drossel-Aktuatormodul 116, das Ladedruck-Aktuatormodul 164 und das AGR-Aktuatormodul 172 können basierend auf der vorausgesagten Drehmomentanforderung gesteuert werden, um Emissionen zu steuern und ein Turboloch zu minimieren. Das Drossel-Aktuatormodul 116 kann einen Unterdruck erzeugen, um Abgase durch das AGR-Ventil 170 und in den Einlasskrümmer 110 zu saugen. Das Ladedruck-Aktuatormodul 164 kann auch verwendet werden, um ein langsames oder vorausgesagtes Drehmoment zu steuern und um eine Drehmomentreserve aufzubauen.
Das Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 204 kann die vorausgesagte Drehmomentanforderung und die Momentandrehmomentanforderung an ein Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 ausgeben. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 204 die vorausgesagte Drehmomentanforderung und die Momentandrehmomentanforderung an ein Hybridoptimierungsmodul 208 ausgeben. Das Hybridoptimierungsmodul 208 ermittelt, wie viel Drehmoment durch den Motor 102 erzeugt werden sollte und wie viel Drehmoment durch den Elektromotor 198 erzeugt werden sollte. Das Hybridoptimierungsmodul 208 gibt dann eine modifizierte vorausgesagte Drehmomentanforderung und eine modifizierte Momentandrehmomentanforderung an das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 aus. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Hybridoptimierungsmodul 208 in dem Hybridsteuermodul 196 implementiert werden.
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. Diese Umwandlung kann vor oder nach dem Hybridsteuermodul 208, als Teil von diesem oder an dessen Stelle auftreten.
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.
Die anderen Antriebsdrehmomentanforderungen können Drehmomentverringerungen zum Schutz vor überhöhter Motordrehzahl, Drehmomentzunahmen zum Verhindern eines Abwürgens und Drehmomentverringerungen umfassen, die von dem Getriebesteuermodul 194 angefordert werden, um Gangwechsel aufzunehmen. Die Antriebsdrehmomentanforderungen können auch aus einer erneuten Aktivierung des Kraftstoffs nach einem Verlangsamungs-Kraftstoffabschaltereignis (DFCO-Ereignis), und aus einer Kraftstoffabschaltung wegen der Kupplung resultieren, die das Motorausgangsdrehmoment dann verringert, wenn der Fahrer bei einem Fahrzeug mit Schaltgetriebe das Kupplungspedal niederdrückt, um ein Aufbrausen (einen schnellen Anstieg) der Motordrehzahl zu verhindern.
Die Antriebsdrehmomentanforderungen können auch eine Motorabschaltanforderung umfassen, die ausgelöst werden kann, wenn ein kritischer Fehler detektiert wird. Lediglich beispielhaft können die kritischen Fehler die Detektion eines Fahrzeugdiebstahls, einen blockierten Anlasser, Probleme mit der elektronischen Drosselsteuerung und unerwartete Drehmomentzunahmen umfassen. Bei verschiedenen Implementierungen wählt die Vermittlung die Motorabschaltanforderung als die gewinnende Anforderung aus, wenn eine Motorabschaltanforderung vorliegt. Wenn die Motorabschaltanforderung vorliegt, kann das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 Null als die vermittelten Drehmomente ausgeben.
Bei verschiedenen Implementierungen kann eine Motorabschaltanforderung den Motor 102 separat von dem Vermittlungsprozess einfach abschalten. Das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 kann die Motorabschaltanforderung weiterhin empfangen, so dass beispielsweise geeignete Daten zu den anderen Drehmomentanforderern zurückgeführt werden können. Beispielsweise können alle anderen Drehmomentanforderer informiert werden, dass sie die Vermittlung verloren haben.
Ein RPM-Steuermodul 210 kann ebenfalls eine vorausgesagte Drehmomentanforderung und eine Momentandrehmomentanforderung an das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 ausgeben. Die Drehmomentanforderungen von dem RPM-Steuermodul 210 können bei der Vermittlung vorherrschen, wenn sich das ECM 114 in einem RPM-Modus befindet. Der RPM-Modus kann ausgewählt werden, wenn der Fahrer seinen Fuß von dem Gaspedal entfernt, beispielsweise wenn sich das Fahrzeug im Leerlauf befindet oder von einer höheren Geschwindigkeit ausrollt. Alternativ oder zusätzlich kann der RPM-Modus ausgewählt werden, wenn die vorausgesagte Drehmomentanforderung von dem Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 204 kleiner als ein vorbestimmter Drehmomentwert ist.
Das RPM-Steuermodul 210 empfängt eine Soll-RPM von einem RPM-Trajektorienmodul 212 und steuert die vorausgesagte Drehmomentanforderung und die Momentandrehmomentanforderung, um die Differenz zwischen der Soll-RPM und der momentanen Drehzahl zu verringern. Lediglich beispielhaft kann das RPM-Trajektorienmodul 212 eine linear abnehmende Soll-RPM für ein Ausrollen des Fahrzeugs ausgeben, bis eine Leerlauf-RPM erreicht ist. Das RPM-Trajektorienmodul 212 kann dann damit fortfahren, die Leerlauf-RPM als Soll-RPM auszugeben.
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.
Lediglich beispielhaft kann ein Katalysator-Anspringprozess oder ein Prozess zur Verringerung von Kaltstartemissionen erfordern, dass die Zündfunkenvorverstellung nach spät verstellt wird. Das Reserven/Lastenmodul 220 kann daher die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung über die angepasste Momentandrehmomentanforderung hinaus erhöhen, um einen nach spät verstellten Zündfunken für den Prozess zur Verringerung von Kaltstartemissionen zu erzeugen. Bei einem anderen Beispiel können das Luft/Kraftstoffverhältnis des Motors und/oder die Luftmassenströmung direkt variiert werden, wie z.B. durch ein Testen des Äquivalenzverhältnisses mittels einer eingreifenden Diagnostik. Bevor diese Prozesse beginnen, kann eine Drehmomentreserve erzeugt oder erhöht werden, um Verringerungen in dem Motorausgangsdrehmoment schnell auszugleichen, die während dieser Prozesse daraus resultieren, dass das Luft/Kraftstoffgemisch magerer wird.
Das Reserven/Lastenmodul 220 kann auch eine Drehmomentreserve in Erwartung einer zukünftigen Last erzeugen oder erhöhen, wie z.B. des Betriebs der Servolenkungspumpe oder des Einrückens einer Klimaanlagen-Kompressorkupplung (A/C-Kompressorkupplung). Die Reserve für das Einrücken der A/C-Kompressorkupplung kann erzeugt werden, wenn der Fahrer die Klimaanlage zum ersten Mal anfordert. Das Reserven/Lastenmodul 220 kann die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung erhöhen, während die angepasste Momentandrehmomentanforderung unverändert belassen wird, um die Drehmomentreserve zu erzeugen. Dann, wenn die A/C-Kompressorkupplung einrückt, kann das Reserven/Lastenmodul 220 die Momentandrehmomentanforderung um die geschätzte Last der A/C-Kompressorkupplung erhöhen.
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, mit Kompressionszündung und andere Typen umfassen, wie beispielsweise HCCI. 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.
Beispielsweise kann das Betätigungsmodul 224 in einem Motor mit Funkenzündungsmodus und gemischtem HCCI-Modus das Öffnen des Drosselventils 112 und eine Einlass- und Auslassnocken-Zeitplanung als einen langsamen Aktuator variieren, was einen weiten Bereich für eine langsame Drehmomentsteuerung ermöglicht. Das Betätigungsmodul 224 kann Zylinder unter Verwendung des Zylinder-Aktuatormoduls 120 deaktivieren, was auch für einen weiten Bereich der Drehmomentsteuerung sorgt 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 der Motorbetriebspunkt und die Luftströmung ändern.
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 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-Nockenphasenstellerpositionen zu ermitteln. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Luftsteuermodul 228 auch einen Betrag des Öffnens des AGR-Ventils 170 ermitteln.
Das Betätigungsmodul 224 kann auch eine Zündfunken-Drehmomentanforderung, eine Zylinderabschalt-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 eine kalibrierte Zündfunkenvorverstellung nach spät verstellt werden soll (was das Motorausgangsdrehmoment verringert).
Die Zylinderabschalt-Drehmomentanforderung kann von einem Zylindersteuermodul 236 verwendet werden, um zu ermitteln, wie viele Zylinder deaktiviert werden sollen. Das Zylindersteuermodul 236 kann das Zylinder-Aktuatormodul 120 anweisen, einen oder mehrere Zylinder des Motors 102 zu deaktivieren. Bei verschiedenen Implementierungen kann eine vordefinierte Gruppe von Zylindern gemeinsam deaktiviert werden.
Das Zylindersteuermodul 236 kann auch ein Kraftstoffsteuermodul 240 anweisen, die Kraftstofflieferung an die deaktivierten Zylinder zu stoppen, und es kann das Zündfunkensteuermodul 232 anweisen, die Lieferung des Zündfunkens an die deaktivierten Zylinder zu stoppen. Bei verschiedenen Implementierungen stoppt das Zündfunkensteuermodul 232 die Lieferung des Zündfunkens für einen Zylinder nur, sobald ein beliebiges Luft/Kraftstoffgemisch, das bereits in dem Zylinder vorhanden war, verbrannt worden ist.
Bei verschiedenen Implementierungen kann das Zylinder-Aktuatormodul 120 ein Hydrauliksystem umfassen, das Einlass- und/oder Auslassventile für einen oder mehrere Zylinder von den entsprechenden Nockenwellen selektiv abkoppelt, um diese Zylinder zu deaktivieren. Lediglich beispielhaft werden die Ventile für die Hälfte der Zylinder als eine Gruppe durch das Zylinder-Aktuatormodul 120 entweder hydraulisch angekoppelt oder abgekoppelt. Bei verschiedenen Implementierungen können die Zylinder deaktiviert werden, indem die Kraftstoffzufuhr zu diesen Zylindern einfach gestoppt wird, ohne dass das Öffnen und Schließen der Einlass- und Auslassventile gestoppt wird. Bei solchen Implementierungen kann das Zylinder-Aktuatormodul 120 weggelassen werden.
Das 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 in einem luftgeführten Modus arbeiten, in dem das Kraftstoffsteuermodul 240 versucht, ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoffverhältnis aufrechtzuerhalten, indem die Kraftstoffströmung basierend auf der Luftströmung gesteuert wird. Das Kraftstoffsteuermodul 240 kann eine Kraftstoffmasse ermitteln, die eine stöchiometrische Verbrennung ergeben wird, wenn sie mit der momentanen Luft pro Zylinder kombiniert wird. Das Kraftstoffsteuermodul 240 kann das Kraftstoff-Aktuatormodul 124 mittels der Kraftstoffzufuhrrate anweisen, diese Kraftstoffmasse für jeden aktivierten Zylinder einzuspritzen.
Bei Systemen mit Kompressionszündung kann das Kraftstoffsteuermodul 240 in einem kraftstoffgeführten Modus arbeiten, bei dem das Kraftstoffsteuermodul 240 eine Kraftstoffmasse für jeden Zylinder ermittelt, welche die Kraftstoff-Drehmomentanforderung erfüllt, während die Emissionen, das Geräusch und der Kraftstoffverbrauch minimiert werden. In dem kraftstoffgeführten Modus wird die Luftströmung basierend auf der Kraftstoffströmung gesteuert, und sie kann gesteuert werden, um ein mageres Luft/Kraftstoffverhältnis zu ergeben. Zusätzlich kann das Luft/Kraftstoffverhältnis oberhalb eines vorbestimmten Niveaus gehalten werden, das bei dynamischen Motorbetriebsbedingungen die übermäßige Erzeugung von Partikeln verhindern kann.
Eine Moduseinstellung kann ermitteln, wie das Betätigungsmodul 224 die angepasste Momentandrehmomentanforderung behandelt. Die Moduseinstellung kann an das Betätigungsmodul 224 geliefert werden, beispielsweise von dem Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206, und sie kann Modi auswählen, die einen inaktiven Modus, einen Komfortmodus, einen Maximalbereichsmodus und einen Selbstbetätigungsmodus umfassen.
In dem inaktiven Modus kann das Betätigungsmodul 224 die angepasste Momentandrehmomentanforderung ignorieren und das Motorausgangsdrehmoment basierend auf der angepassten vorausgesagten Drehmomentanforderung einstellen. Das Betätigungsmodul 224 kann daher die Zündfunken-Drehmomentanforderung, die Zylinderabschalt-Drehmomentanforderung und die Kraftstoff-Drehmomentanforderung auf die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung festlegen, was das Motorausgansdrehmoment für die gegenwärtigen Motorluftströmungsbedingungen maximiert. Alternativ kann das Betätigungsmodul 224 diese Anforderungen auf vorbestimmte (beispielsweise unerreichbar hohe) Werte festlegen, um Drehmomentverringerungen durch die Verstellung des Zündfunkens nach spät, das Deaktivieren von Zylindern oder das Verringern des Kraftstoff/Luftverhältnisses auszuschließen.
In dem Komfortmodus gibt das Betätigungsmodul 224 die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung als die Luftdrehmomentanforderung aus und versucht, die angepasste Momentandrehmomentanforderung zu erreichen, indem nur die Zündfunkenvorverstellung angepasst wird, während in dem Modus mit Funkenzündung und in dem gemischten HCCI-Modus gearbeitet wird, und indem die Kraftstoffmenge und/oder der Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt angepasst werden, wenn in dem mageren HCCI-Modus gearbeitet wird. Das Betätigungsmodul 224 gibt daher die angepasste Momentandrehmomentanforderung als die Zündfunken-Drehmomentanforderung und/oder die Kraftstoff-Drehmomentanforderung aus. Das Zündfunkensteuermodul 232 wird den Zündfunken so weit wie möglich nach spät verstellen, und das Kraftstoffsteuermodul 240 wird die Kraftstoffmenge und/oder den Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt um so viel wie möglich modifizieren, um zu versuchen, die Zündfunken- bzw. die Kraftstoff-Drehmomentanforderung zu erreichen. Wenn die Verringerung des Soll-Drehmoments größer als die Zündfunkenreservekapazität (der Betrag der durch die Zündfunkenverstellung nach spät erreichbaren Drehmomentverringerung) oder als die Kraftstoffreservekapazität (der Betrag der durch die Kraftstoffmenge und/oder den Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt erreichbaren Drehmomentverringerung) ist, kann die Drehmomentverringerung nicht erreicht werden. Das Motorausgangsdrehmoment ist anschließend größer als die angepasste Momentandrehmomentanforderung.
In dem Maximalbereichsmodus kann das Betätigungsmodul 224 die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung als die Luftdrehmomentanforderung und die angepasste Momentandrehmomentanforderung als die Zündfunken- oder die Kraftstoff-Drehmomentanforderung ausgeben. Zusätzlich kann das Betätigungsmodul 224 die Zylinderabschalt-Drehmomentanforderung verringern (wodurch Zylinder deaktiviert werden), wenn die Verringerung der Zündfunkenvorverstellung und die Änderung der Kraftstoffmenge alleine nicht in der Lage sind, die angepasste Momentandrehmomentanforderung zu erreichen.
In dem Selbstbetätigungsmodus kann das Betätigungsmodul 224 die Luftdrehmomentanforderung basierend auf der angepassten Momentandrehmomentanforderung verringern. Bei verschiedenen Implementierungen kann die Luftdrehmomentanforderung nur so weit verringert werden, wie es notwendig ist, um zu ermöglichen, dass das Zündfunkensteuermodul 232 die angepasste Momentandrehmomentanforderung durch ein Anpassen der Zündfunkenvorverstellung erreicht oder dass das Kraftstoffsteuermodul 240 die Momentandrehmomentanforderung durch Anpassen der Kraftstoffmenge und des Kraftstoffeinspritzungszeitpunkts erreicht. Daher wird die angepasste Momentandrehmomentanforderung in dem Selbstbetätigungsmodus erreicht, während die Luftdrehmomentanforderung so wenig wie möglich angepasst wird. Mit anderen Worten wird die Verwendung des relativ langsam ansprechenden Drosselöffnung und Nocken-Zeitplanung minimiert, indem die schnell ansprechende Zündfunkenvorverstellung in dem Modus mit Funkenzündung und in dem gemischten HCCI-Modus sowie die Menge/der Zeitpunkt des Kraftstoffs in dem HCCI-Modus so weit wie möglich verringert werden. Dies ermöglicht dem Motor 102, so schnell wie möglich zum Erzeugen der vorausgesagten Drehmomentanforderung zurückzukehren.
Ein Drehmomentschätzmodul 244 kann die Drehmomentausgabe 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 etwa $T = f (APC, S, I, E, AF, OT, #)$
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/Kraftstoffverhältnisses (AF), der Öltemperatur (OT) und der Anzahl der aktivierten Zylinder (#) ist. Zusätzliche Variablen können ebenso berücksichtigt werden, wie z.B. der Öffnungsgrad eines Abgasrückführungsventils (AGR-Ventils).
Diese Beziehung kann durch eine Gleichung modelliert und/oder als eine Nachschlagetabelle gespeichert werden. Das Drehmomentschätzmodul 244 kann die APC basierend auf der gemessenen MAF und der gegenwärtigen RPM ermitteln, wodurch eine Luftregelung basierend auf der Ist-Luftströmung ermöglicht wird. Die verwendeten Einlass- und Auslass-Nockenphasenstellerpositionen können auf Ist-Positionen basieren, wenn sich die Phasensteller zu den Soll-Positionen bewegen können.
Die Ist-Zündfunkenvorverstellung kann verwendet werden, um das Ist-Motorausgangsdrehmoment zu schätzen. Wenn ein kalibrierter Zündfunkenvorverstellungswert verwendet wird, um das Drehmoment zu schätzen, kann das geschätzte Drehmoment als ein geschätztes Luftdrehmoment oder einfach als Luftdrehmoment bezeichnet werden. Das Luftdrehmoment ist eine Schätzung, wie viel Drehmoment der Motor 102 bei der gegenwärtigen Luftströmung erzeugen könnte, wenn die Zündfunkenverstellung nach spät aufgehoben werden würde (d.h. der Zündfunkenzeitpunkt auf den kalibrierten Zündfunkenvorverstellungswert eingestellt werden würde) und allen Zylindern Kraftstoff zugeführt werden würde.
Das Luftsteuermodul 228 kann ein Soll-Flächensignal an das Drossel-Aktuatormodul 116 ausgeben. Das Drossel-Aktuatormodul 116 regelt dann das Drosselventil 112, 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 ein Soll-Krümmerabsolutdrucksignal (Soll-MAP-Signal) an ein Ladedruck-Zeitplanungsmodul 248 ausgegeben. Das Ladedruck-Zeitplanungsmodul 248 verwendet das Soll-MAP-Signal, um das Ladedruck-Aktuatormodul 164 zu steuern. Das Ladedruck-Aktuatormodul 164 steuert dann einen oder mehrere Turbolader (z.B. den Turbolader, der die Turbine 160-1 und den Kompressor 160-2 umfasst) und/oder Turbokompressoren.
Das Luftsteuermodul 228 kann auch ein Soll-Luft-pro-Zylinder-Signal (Soll-APC-Signal) an ein Phasensteller-Zeitplanungsmodul 252 ausgegeben. Basierend auf dem Soll-APC-Signal und dem RPM-Signal kann das Phasensteller-Zeitplanungsmodul 252 die Positionen des Einlass- und/oder des Auslass-Nockenphasenstellers 148 und 150 unter Verwendung des Phasensteller-Aktuatormoduls 158 steuern.
Wieder auf das Zündfunkensteuermodul 232 Bezug nehmend, können die kalibrierten Zündfunkenvorverstellungswerte basierend auf verschiedenen Motorbetriebsbedingungen variieren. Lediglich beispielhaft kann eine Drehmomentbeziehung invertiert werden, um diese nach der Soll-Zündfunkenvorverstellung aufzulösen. Für eine gegebene Drehmomentanforderung (T_des ) kann die Soll-Zündfunkenvorverstellung (S_des ) ermittelt werden basierend auf $S_{des} = T^{- 1} (T_{des}, APC, I, E, AF, OT, #) .$
Diese Beziehung kann durch eine Gleichung und/oder durch eine Nachschlagetabelle verkörpert werden. Das Luft/Kraftstoffverhältnis (AF) kann das Ist-Luft/Kraftstoffverhältnis 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 wird, wenn die Zündfunkenvorverstellung erhöht wird, während Kraftstoff mit einer Oktanzahl größer als ein vorbestimmter Schwellenwert und eine stöchiometrische Kraftstoffzufuhr verwendet werden. Die Zündfunkenvorverstellung, bei der dieses maximale Drehmoment auftritt, wird als ein MBT-Zündfunken bezeichnet. Die kalibrierte Zündfunkenvorverstellung kann sich beispielsweise aufgrund der Kraftstoffqualität (wenn beispielsweise Kraftstoff mit geringerer Oktanzahl verwendet wird) und aufgrund von Umweltfaktoren von dem MBT-Zündfunken leicht unterscheiden. Das Drehmoment bei der kalibrierten Zündfunkenvorverstellung kann daher kleiner als das MBT sein.
Nun auf 4 Bezug nehmend, ist ein Beispiel des Betätigungsmoduls 224 gezeigt. Das Betätigungsmodul 224 kann ein Mischdrehmoment-Steuermodul 300 und ein HCCI-Drehmomentsteuermodul 310 umfassen. Das Betätigungsmodul 224 empfängt eine Momentandrehmomentanforderung (ein „Soll-Drehmoment“) und eine vorausgesagte Drehmomentanforderung (eine „Drehmomentreserve“) von dem Reserven/Lastenmodul 220. Speziell kann das Reserven/Lastenmodul 220 die Drehmomentreserve erzeugen, wenn der Motor 102 in einem HCCI-Verbrennungsmodus arbeitet.
Das Mischdrehmoment-Steuermodul 300 kann das Soll-Drehmoment und die Drehmomentreserve von dem Reserven/Lastenmodul 220 empfangen. Das Soll-Drehmoment und die Drehmomentreserve können beispielsweise ermittelt werden, wie hierin vorstehend beschrieben ist. Speziell kann das Mischdrehmoment-Steuermodul 300 die Verbrennung in dem Motor 102 während der Verbrennung in dem gemischten Modus steuern. Das Mischdrehmoment-Steuermodul 300 kann die Luftströmung steuern, indem die Einlass- und/oder die Auslassnockenwelle zeitlich gesteuert werden. Für ein schnelleres Ansprechen kann das Mischdrehmoment-Steuermodul 300 jedoch den Zündfunkenzeitpunkt steuern.
Das HCCI-Drehmomentsteuermodul 310 kann ebenso das Soll-Drehmoment und die Drehmomentreserve von dem Reserven/Lastenmodul 220 empfangen. Das Soll-Drehmoment und die Drehmomentreserve können jedoch für den HCCI-Betrieb auf eine andere Weise erzeugt werden. Insbesondere kann die Drehmomentreserve erzeugt werden, wenn der Motor 102 in dem HCCI-Verbrennungsmodus arbeitet. Das HCCI-Drehmomentsteuermodul 310 kann anschließend die Verbrennung in dem Motor 102 während der HCCI-Verbrennung steuern. Das HCCI-Drehmomentsteuermodul 310 kann die Luftströmung steuern, indem die Einlass- und/oder die Auslassnockenwelle zeitlich gesteuert werden. Für ein schnelleres Ansprechen kann das HCCI-Drehmomentsteuermodul 310 jedoch die Kraftstoffzufuhr und/oder den Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt des Motors 102 steuern.
Das HCCI-Drehmomentsteuermodul 310 kann daher das Drehmoment, das durch den Motor 102 erzeugt wird, basierend auf der ermittelten Last erhöhen. Die Erhöhung des Drehmoments, das durch den Motor 102 erzeugt wird, kann kleiner als die Drehmomentreserve oder gleich dieser sein. Wenn die ermittelte Last größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, kann das HCCI-Drehmomentsteuermodul 310 speziell das Drehmoment erhöhen, das durch den Motor 102 erzeugt wird, indem eine Masse des Kraftstoffs gesteuert wird, der in den Motor 102 eingespritzt wird. Alternativ oder zusätzlich kann das HCCI-Drehmomentsteuermodul 310 das Drehmoment erhöhen, das durch den Motor 102 erzeugt wird, indem ein Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung in dem Motor 102 gesteuert wird. Darüber hinaus kann das HCCI-Drehmomentsteuermodul 310 bei einigen Implementierungen auch den Zündfunkenzeitpunkt für eine zusätzliche Präzision der Drehmomentsteuerung einstellen.
Nun auf 5 Bezug nehmend, beginnt ein beispielhaftes Verfahren zur Drehmomentsteuerung in einem HCCI-Motor bei 400. Bei 400 ermittelt das ECM 112, ob der Motor 102 in dem HCCI-Verbrennungsmodus arbeitet. Wenn nein, kann die Steuerung zu 404 voranschreiten. Wenn ja, kann die Steuerung zu 408 voranschreiten. Bei 404 kann das ECM 112 das Drehmoment, das durch den Motor 102 erzeugt wird, mittels des Zündfunkenzeitpunkts steuern. Die Steuerung kann anschließend zu 400 zurückkehren. Bei 408 kann das ECM 112 eine Drehmomentreserve erzeugen, indem der HCCI-Motor 102 bei suboptimalen Betriebsbedingungen betrieben wird. 408 kann jedoch optional sein, und daher kann die Steuerung bei einigen Implementierungen von 404 zu 412 voranschreiten.
Bei 412 kann das ECM 112 ermitteln, ob eine Last an dem Motor 102 größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist. Die Lastzunahme kann beispielsweise auf (i) ein Ende eines DFCO-Ereignisses, (ii) eine Aktivierung eines A/C-Kompressors, (iii) eine Aktivierung einer PS-Pumpe oder (iv) einen Umschaltvorgang eines Getriebes ansprechen. Wenn nein, kann die Steuerung zu 416 voranschreiten. Wenn ja, kann die Steuerung zu 420 voranschreiten. Bei 416 kann das ECM 112 das Drehmoment, das durch den Motor 102 erzeugt wird, mittels der Kraftstoffmasse und/oder des Kraftstoffeinspritzungszeitpunkts steuern. Die Steuerung kann anschließend zu 400 zurückkehren.
Bei 420 kann das ECM 112 das Drehmoment, das durch den Motor 102 erzeugt wird, basierend auf der Last erhöhen. Speziell kann das ECM 112 das Drehmoment erhöhen, das durch den Motor 102 erzeugt wird, indem sowohl die Luftströmung als auch die Kraftstoffzufuhr (d.h. die Kraftstoffmasse und/oder der Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt) für den Motor 102 gesteuert werden. Die Zunahme des Drehmoments, das durch den Motor 102 erzeugt wird, kann kleiner als eine Drehmomentreserve oder gleich dieser sein. Die Steuerung kann anschließend zu 400 zurückkehren.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Motors (102) mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Motors), wobei das Verfahren umfasst, dass: eine Drehmomentreserve erzeugt wird, wenn der HCCI-Motor (102) in einem HCCI-Verbrennungsmodus arbeitet, indem der HCCI-Motor (102) bei suboptimalen Betriebsbedingungen betrieben wird; eine Last an dem HCCI-Motor (102) ermittelt wird, wenn der HCCI-Motor (102) in dem HCCI-Verbrennungsmodus arbeitet; ein Drehmoment, das durch den HCCI-Motor (102) erzeugt wird, basierend auf der ermittelten Last und einem vorbestimmten Schwellenwert gesteuert wird, wobei: eine Luftströmung und eine Kraftstoffmasse und/oder ein Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt das Drehmoment erhöhen, das durch den HCCI-Motor (102) erzeugt wird, wenn die ermittelte Last größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist, wobei das Drehmoment um einen Betrag kleiner als die Drehmomentreserve oder gleich dieser erhöht wird, und die Kraftstoffmasse und/oder der Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt gesteuert werden, um das Drehmoment zu steuern, das durch den HCCI- Motor (102) erzeugt wird, wenn die ermittelte Last kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass ein Einlass- und ein Auslassventil (122, 130) mittels eines Einlass- bzw. eines Auslassnockenphasenstellers (148, 150) zeitlich gesteuert werden, um die Luftströmung zu steuern.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Lastzunahme an dem HCCI-Motor (102) eine Folge (i) eines Aktivierens eines Klimaanlagenkompressors (A/C-Kompressors), (ii) eines Aktivierens einer Servolenkungspumpe (PS-Pumpe) und/oder (iii) eines Umschaltens eines Getriebes ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Lastzunahme an dem HCCI-Motor (102) eine Folge eines Endes eines Verlangsamungs-Kraftstoffabschaltereignisses (DFCO-Ereignisses) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass das Drehmoment, das durch den HCCI-Motor (102) erzeugt wird, während einer Motordrehzahlsteuerung erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass das Drehmoment, das durch den HCCI-Motor (102) erzeugt wird, gesteuert wird, indem ein Zündfunkenzeitpunkt in dem HCCI-Motor (102) gesteuert wird, wenn der HCCI-Motor (102) in einem gemischten Verbrennungsmodus arbeitet.