DE102013218163A1

DE102013218163A1 - Abgestimmte Motordrehmomentsteuerung

Info

Publication number: DE102013218163A1
Application number: DE102013218163.9A
Authority: DE
Inventors: Michael Livshiz; Jeffrey M. Kaiser; Timothy M. Karnjate; Christopher E. Whitney; Timothy J. Hartrey; Gregory J. York
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-09-13
Filing date: 2013-09-11
Publication date: 2014-03-13
Anticipated expiration: 2033-09-12
Also published as: CN103670760B; DE102013218163B4; CN103670760A; US20140074373A1; US9175628B2

Abstract

Ein Steuersystem für einen Motor umfasst ein Modul für eine Ziel-Luft pro Zylinder (Ziel-APC-Modul), ein Ziel-Flächenmodul und ein Phasensteller-Zeitplanungsmodul. Das Ziel-APC-Modul ermittelt eine Ziel-APC basierend auf einem Ziel-Zündfunkenzeitpunkt, einem Ziel-Einlass-Nockenphasenstellerwinkel und einem Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel. Das Ziel-Flächenmodul ermittelt eine Ziel-Öffnung eines Drosselventils des Motors basierend auf dem Ziel-Zündfunkenzeitpunkt, dem Ziel-Einlass-Nockenphasenstellerwinkel und dem Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel. Das Ziel-Flächenmodul steuert das Drosselventil basierend auf der Ziel-Öffnung. Das Phasensteller-Zeitplanungsmodul ermittelt den Ziel-Einlass- und den Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel basierend auf der Ziel-APC. Das Phasensteller-Zeitplanungsmodul steuert einen Einlass- sowie einen Auslass-Nockenphasensteller des Motors basierend auf dem Ziel-Einlassbzw. dem Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel.

Description

VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung steht mit der US-Patentanmeldung Nr. 13/613,683 in Beziehung, die am 13. September 2012 eingereicht wurde. Die Offenbarung der vorstehenden Anmeldung ist hierin in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme eingeschlossen.
GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Verbrennungsmotoren und insbesondere Steuersysteme und -verfahren für Fahrzeuge.
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.
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. Eine Erhöhung der Menge an Luft und Kraftstoff, die an die Zylinder geliefert werden, vergrößert die Drehmomentausgabe des Motors.
Bei Motoren mit Funkenzündung löst ein Zündfunken die Verbrennung eines Luft/Kraftstoffgemischs aus, das an die Zylinder geliefert wird. Bei Motoren mit Kompressionszündung verbrennt die Kompression in den Zylindern das Luft/Kraftstoffgemisch, das an die Zylinder geliefert wird. Der Zündfunkenzeitpunkt und die Luftströmung können die primären Mechanismen zum Einstellen der Drehmomentausgabe der Motoren mit Funkenzündung sein, während die Kraftstoffströmung der primäre Mechanismus zum Einstellen der Drehmomentausgabe der Motoren mit Kompressionszündung sein kann.
Motorsteuersysteme wurden entwickelt, um das Motorausgangsdrehmoment zum Erreichen eines Soll-Drehmoments zu steuern. Herkömmliche Motorsteuersysteme steuern das Motorausgangsdrehmoment jedoch nicht so genau wie gewünscht. Ferner liefern herkömmliche Motorsteuersysteme kein schnelles Ansprechen auf Steuersignale oder stimmen die Motordrehmomentsteuerung nicht zwischen verschiedenen Einrichtungen ab, die das Motorausgangsdrehmoment beeinflussen.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Steuersystem für einen Motor umfasst ein Modul für eine Ziel-Luft pro Zylinder (Ziel-APC-Modul), ein Ziel-Flächenmodul und ein Phasensteller-Zeitplanungsmodul. Das Ziel-APC-Modul ermittelt eine Ziel-APC basierend auf einem Ziel-Zündfunkenzeitpunkt, einem Ziel-Einlass-Nockenphasenstellerwinkel und einem Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel. Das Ziel-Flächenmodul ermittelt eine Ziel-Öffnung eines Drosselventils des Motors basierend auf dem Ziel-Zündfunkenzeitpunkt, dem Ziel-Einlass-Nockenphasenstellerwinkel und dem Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel. Das Ziel-Flächenmodul steuert das Drosselventil basierend auf der Ziel-Öffnung. Das Phasensteller-Zeitplanungsmodul ermittelt den Ziel-Einlass- und den Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel basierend auf der Ziel-APC. Das Phasensteller-Zeitplanungsmodul steuert einen Einlass- sowie einen Auslass-Nockenphasensteller des Motors basierend auf dem Ziel-Einlass- bzw. dem Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel.
Ein Steuerverfahren für einen Motor umfasst: dass eine Ziel-Luft pro Zylinder (Ziel-APC) basierend auf einem Ziel-Zündfunkenzeitpunkt, einem Ziel-Einlass-Nockenphasenstellerwinkel und einem Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel ermittelt wird; dass eine Ziel-Öffnung eines Drosselventils des Motors basierend auf dem Ziel-Zündfunkenzeitpunkt, dem Ziel-Einlass-Nockenphasenstellerwinkel und dem Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel ermittelt wird; und dass das Drosselventil basierend auf der Ziel-Öffnung gesteuert wird. Das Steuerverfahren umfasst ferner: dass der Ziel-Einlass- und der Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel basierend auf der Ziel-APC ermittelt werden; und dass ein Einlass- sowie ein Auslass-Nockenphasensteller des Motors basierend auf dem Ziel-Einlass- bzw. dem Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel gesteuert werden.
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 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 Motorsystems gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
2 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsteuersystems gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
3 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Luftsteuermoduls gemäß der vorliegenden Offenbarung ist; und
4 ein Flussdiagramm umfasst, das ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern eines Drosselventils, eines Einlass- und eines Auslassnockenphasenstellers, eines Ladedruck-Regelventils und eines Zündfunkenzeitpunkts gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ein Motorsteuermodul (ECM) steuert eine Drehmomentausgabe eines Motors. Spezieller steuert das ECM Aktuatoren des Motors jeweils basierend auf Zielwerten, um eine Ziel-Motordrehmomentausgabe zu erzeugen. Beispielsweise steuert das ECM einen Zündfunkenzeitpunkt basierend auf einem Ziel-Zündfunkenzeitpunkt, einen Einlass- sowie einen Auslass-Nockenphasensteller basierend auf einem Ziel-Einlass- sowie einem Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel, ein Drosselventil basierend auf einer Ziel-Öffnung und ein Ladedruck-Regelventil eines Turboladers basierend auf einem Ziel-Tastverhältnis für das Ladedruck-Regelventil.
Das ECM ermittelt den Ziel-Einlass- und den Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel basierend auf einer Ziel-Masse einer Luft pro Zylinder (Ziel-APC). Das ECM ermittelt das Ziel-Tastverhältnis für das Ladedruck-Regelventil basierend auf einem Ziel-Krümmerdruck. Das ECM ermittelt die Ziel-Öffnung basierend auf einer Ziel-Luftmassenströmungsrate (Ziel-MAF) in den Motor. Das ECM kann die Ziel-APC, den Ziel-Krümmerdruck und die Ziel-MAF basierend auf einem Ist-Zündfunkenzeitpunkt sowie basierend auf einem Ist-Einlass- und einem Ist-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel ermitteln.
Das ECM der vorliegenden Anmeldung ermittelt jedoch die Ziel-APC, den Ziel-Krümmerdruck und die Ziel-MAF selektiv basierend auf dem Ziel-Zündfunkenzeitpunkt und dem Ziel-Einlass- sowie dem Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel. Dies kann eine Verzögerung dazwischen minimieren, dass eine Änderung in der Ziel-Motordrehmomentausgabe angefordert wird und dass die Änderung erfolgt. Es kann ebenso eine Verringerung des Kraftstoffverbrauchs realisiert werden, wenn die Zielwerte verwendet werden, da die Luftströmung in den Motor während des Ansprechens auf die Änderung verringert werden kann.
Nun auf 1 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. Luft wird durch ein Drosselventil 112 in den Motor 102 eingelassen. 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 mehrere 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 Ziel-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 der 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. Obgleich dies nicht gezeigt ist, kann der Motor 102 ein Motor mit Kompressionszündung sein, in welchem Fall die Kompression in dem Zylinder 118 das Luft/Kraftstoffgemisch zündet. Alternativ kann der Motor 102 ein Motor mit Funkenzündung sein, wie es gezeigt ist, 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. Das Zündfunken-Aktuatormodul 126 kann 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 den Zündfunkenzeitpunkt für ein nächstes Zündungsereignis variieren, wenn der Zündfunkenzeitpunkt zwischen einem letzten Zündungsereignis und dem nächsten Zündungsereignis verändert wird.
Während des Verbrennungstakts treibt die Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemischs den Kolben weg von dem TDC, 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 einen unteren Totpunkt (BDC) erreicht. Während des Auslasstakts beginnt der Kolben, sich wieder von dem BDC weg 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 nockenlose Ventilaktuatoren.
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 Kompressor 160-2 komprimiert die Luft, die in das Drosselventil 112 geführt wird. Bei verschiedenen Implementierungen kann ein 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 Motorsystem 100 kann auch einen oder mehrere andere Sensoren umfassen. 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. Jedes System empfängt einen Ziel-Aktuatorwert. Beispielsweise kann das Drossel-Aktuatormodul 116 als ein Aktuator bezeichnet werden, und die Drosselöffnungsfläche kann als der Ziel-Aktuatorwert bezeichnet werden. In dem Beispiel von 1 erreicht das Drossel-Aktuatormodul 116 die Ziel-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 Ziel-Aktuatorwert ein Ziel-Zündfunkenzeitpunkt bezogen auf einen Kolben-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 Ziel-Aktuatorwerte eine Ziel-Anzahl von aktivierten Zylindern, Ziel-Kraftstoffzufuhrparameter, einen Ziel-Einlass- und einen Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel, ein Ziel-Tastverhältnis für das Ladedruck-Regelventil bzw. eine Ziel-AGR-Ventilöffnungsfläche umfassen. Das ECM 114 kann die Ziel-Aktuatorwerte steuern, um zu bewirken, dass der Motor 102 ein Ziel-Motorausgangsdrehmoment erzeugt.
Nun auf 2 Bezug nehmend, ist ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsteuersystems dargestellt. Eine beispielhafte Implementierung des ECM 114 umfasst ein Fahrerdrehmomentmodul 202, ein Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 204 und ein Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206. Das ECM 114 kann ein Hybridoptimierungsmodul 208 umfassen. Das ECM 114 umfasst auch ein Reserven/Lastenmodul 220, ein Betätigungsmodul 224, ein Luftsteuermodul 228, ein Zündfunkensteuermodul 232, ein Zylindersteuermodul 236 und ein Kraftstoffsteuermodul 240. Das ECM 114 umfasst auch ein Luft-pro-Zylinder-Drehmomentschätzmodul (APC-Drehmomentschätzmodul) 244, ein MAP-Drehmomentschätzmodul 246, ein Ladedruck-Zeitplanungsmodul 248 und ein Phasensteller-Zeitplanungsmodul 252.
Das Fahrerdrehmomentmodul 202 kann eine Fahrerdrehmomentanforderung 254 basierend auf einer Fahrereingabe 255 von dem Fahrereingabemodul 104 ermitteln. Die Fahrereingabe 255 kann beispielsweise auf einer Gaspedalposition und/oder einer Bremspedalposition basieren. Die Fahrereingabe 255 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 Ziel-Drehmoment speichern, und es kann die Fahrerdrehmomentanforderung 254 basierend auf einer Ausgewählten der Abbildungen ermitteln.
Ein Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 204 vermittelt zwischen der Fahrerdrehmomentanforderung 254 und anderen Achsendrehmomentanforderungen 256. Ein Achsendrehmoment (Drehmoment an den Rädern) kann durch verschiedene Quellen erzeugt werden, die einen Verbrennungsmotor und/oder einen Elektromotor umfassen. Beispielsweise können die Achsendrehmomentanforderungen 256 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 anderen Achsendrehmomentanforderungen 256 können auch eine Anforderung einer Drehmomentzunahme umfassen, um einem negativen Radschlupf entgegenwirken, bei dem ein Reifen des Fahrzeugs bezogen auf die Straßenoberfläche in der anderen Richtung rutscht, da das Achsendrehmoment negativ ist.
Die Achsendrehmomentanforderungen 256 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 256 können auch von Fahrzeugstabilitäts-Kontrollsystemen erzeugt werden.
Das Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 204 gibt eine vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 und eine Momentandrehmomentanforderung 258 basierend auf den Ergebnissen einer Vermittlung zwischen den empfangenen Drehmomentanforderungen 254 und 256 aus. Wie nachstehend beschrieben ist, können die vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 und die Momentandrehmomentanforderung 258 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 258 der Betrag des derzeitigen Ziel-Achsendrehmoments, während die vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 der Betrag des Achsendrehmoments ist, der kurzfristig benötigt werden kann. Das ECM 114 steuert das Motorsystem 100, um ein Achsendrehmoment zu erzeugen, das gleich der Momentandrehmomentanforderung 258 ist. Verschiedene Kombinationen von Aktuatorwerten können jedoch zu demselben Achsendrehmoment führen. Das ECM 114 kann daher die Ziel-Aktuatorwerte anpassen, um einen schnelleren Übergang zu der vorausgesagten Drehmomentanforderung 257 zu ermöglichen, während das Achsendrehmoment weiterhin bei der Momentdrehmomentanforderung 258 gehalten wird.
Bei verschiedenen Implementierungen kann die vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 basierend auf der Fahrerdrehmomentanforderung 254 festgelegt werden. Die Momentandrehmomentanforderung 258 kann unter bestimmten Umständen kleiner als die vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 sein, beispielsweise wenn die Fahrerdrehmomentanforderung 254 auf einer vereisten Oberfläche einen Radschlupf verursacht. In einem solchen Fall kann ein Traktionssteuersystem (nicht gezeigt) eine Verringerung mittels der Momentandrehmomentanforderung 258 anfordern, und das ECM 114 verringert die Motordrehmomentausgabe auf die Momentandrehmomentanforderung 258. Das ECM 114 führt die Verringerung jedoch derart aus, dass das Motorsystem 100 die Erzeugung der vorausgesagten Drehmomentanforderung 257 schnell wieder aufnehmen kann, sobald der Radschlupf aufhört.
Allgemein ausgedrückt kann die Differenz zwischen der Momentandrehmomentanforderung 258 und der (im Allgemeinen höheren) vorausgesagten Drehmomentanforderung 257 als eine Drehmomentreserve bezeichnet werden. Die Drehmomentreserve kann den Betrag eines zusätzlichen Drehmoments (oberhalb der Momentandrehmomentanforderung 258) repräsentieren, den das Motorsystem 100 mit einer minimalen Verzögerung zu erzeugen beginnen kann. Schnelle Motoraktuatoren werden verwendet, um das gegenwärtige Achsendrehmoment mit einer minimalen Verzögerung 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. Die obere Grenze des Bereichs ist die vorausgesagte Drehmomentanforderung 257, während die untere Grenze des Bereichs durch die (variierende) Drehmomentkapazität der schnellen Aktuatoren begrenzt ist. Lediglich beispielhaft können die schnellen Aktuatoren das Achsendrehmoment nur um einen ersten Betrag verringern, wobei der erste Betrag ein Maß für die Drehmomentkapazität der schnellen Aktuatoren ist. Der erste Betrag kann basierend auf Motorbetriebsbedingungen variieren, die durch die langsamen Motoraktuatoren festgelegt werden.
Wenn die Momentandrehmomentanforderung 258 innerhalb des Bereichs liegt, können die schnellen Motoraktuatoren gesteuert werden, um zu bewirken, dass das Achsendrehmoment gleich der Momentandrehmomentanforderung 258 ist. Wenn das ECM 114 anfordert, dass die vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 ausgegeben werden soll, können die schnellen Motoraktuatoren gesteuert werden, um das Achsendrehmoment bis zum dem Spitzenwert des Bereichs zu variieren, der die vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 ist.
Allgemein ausgedrückt können die schnellen Motoraktuatoren das Achsendrehmoment schneller als die langsamen Motoraktuatoren 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 Achsendrehmoment 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 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 257 zu erzeugen, wenn die schnellen Aktuatoren auf geeignete Werte eingestellt werden würden. In der Zwischenzeit kann das ECM 114 die Ziel-Aktuatorwerte für die schnellen Aktuatoren auf Werte einstellen, die für die gegebenen Werte der langsamen Aktuatoren bewirken, dass das Motorsystem 100 die Momentandrehmomentanforderung 258 anstelle der vorausgesagten Drehmomentanforderung 257 erzeugt.
Die schnellen Aktuatoren bewirken, dass das Motorsystem 100 die Momentandrehmomentanforderung 258 erzeugt. Wenn das ECM 114 entscheidet, das Achsendrehmoment von der Momentandrehmomentanforderung 258 zu der vorausgesagten Drehmomentanforderung 257 überzuleiten, ändert ECM 114 die Ziel-Aktuatorwerte für einen oder mehrere schnelle Aktuatoren auf Werte, die der vorausgesagten Drehmomentanforderung 257 entsprechen. Da die Ziel-Aktuatorwerte für die langsamen Aktuatoren bereits basierend auf der vorausgesagten Drehmomentanforderung 257 eingestellt wurden, ist das Motorsystem 100 in der Lage, die vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 nach nur einer solchen (minimalen) 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 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, durch Anwendung eines Zündfunkens verbrennen. Im Gegensatz dazu kann bei einem Motor mit Kompressionszündung die Kraftstoffströmung ein schneller Aktuatorwert sein, während die Drosselposition als ein Aktuatorwert für andere Motoreigenschaften als das Drehmoment verwendet werden kann. Motoren mit Kompressionszündung können Kraftstoffe, die beispielsweise Diesel umfassen, mittels Kompression verbrennen.
Wenn der Motor 102 ein Motor mit Funkenzündung ist, kann das Zündfunken-Aktuatormodul 126 ein schneller Aktuator sein, und das Drossel-Aktuatormodul 116 kann ein langsamer Aktuator sein. Nachdem ein neuer Ziel-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 optimalen Wert eingestellt wird, kann ein maximaler Drehmomentbetrag während des Verbrennungstakts unmittelbar nach dem Zündungsereignis erzeugt werden. Ein Zündfunkenzeitpunkt, der von dem optimalen 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 des Zündfunkenzeitpunkts zu verändern, sobald das nächste Zündungsereignis auftritt. Lediglich beispielhaft kann eine Tabelle mit optimalen Zündfunkenzeitpunkten, die verschiedenen Motorbetriebsbedingungen entsprechen, während einer Kalibrierungsphase der Fahrzeugkonstruktion ermittelt werden, und der optimale 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 Drossel-Aktuatormodul 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 Ziel-Aktuatorwert von seiner vorhergehenden Position in eine neue Position bewegt. Zusätzlich sind Luftströmungsänderungen basierend auf der Drosselöffnungsfläche 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.
Unter Verwendung dieser Aktuatoren als ein Beispiel kann eine Drehmomentreserve erzeugt werden, indem die Drosselöffnung auf einen Wert eingestellt wird, der dem Motor 102 ermöglichen würde, eine vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 zu erzeugen. In der Zwischenzeit kann der Zündfunkenzeitpunkt basierend auf einer Momentandrehmomentanforderung 258 eingestellt werden, die kleiner als die vorgesagte Drehmomentanforderung 257 ist. Obwohl die Drosselöffnungsfläche eine ausreichende Luftströmung für den Motor 102 erzeugt, um die vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 zu erzeugen, wird der Zündfunkenzeitpunkt basierend auf der Momentandrehmomentanforderung 258 nach spät verstellt (was das Drehmoment verringert). Das Motorausgangsdrehmoment wird daher gleich der Momentandrehmomentanforderung 258 sein.
Wenn ein zusätzliches Drehmoment erforderlich ist, kann der Zündfunkenzeitpunkt basierend auf der vorausgesagten Drehmomentanforderung 257 oder einem Drehmoment zwischen der vorausgesagten Drehmomentanforderung 257 und der Momentandrehmomentanforderung 258 eingestellt werden. Mit dem nachfolgenden Zündungsereignis kann das Zündfunken-Aktuatormodul 126 den Zündfunkenzeitpunkt auf einen optimalen 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 257 erhöht werden, ohne dass Verzögerungen aufgrund des Änderns der Drosselöffnungsfläche wahrgenommen werden.
Das Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 204 kann die vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 und die Momentandrehmomentanforderung 258 an ein Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 ausgeben. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 204 die vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 und die Momentandrehmomentanforderung 258 an das Hybridoptimierungsmodul 208 ausgeben.
Das Hybridoptimierungsmodul 208 kann ermitteln, 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 259 bzw. eine modifizierte Momentandrehmomentanforderung 260 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 Hybridoptimierungsmodul 208, als Teil von diesem oder an dessen Stelle auftreten.
Das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 vermittelt zwischen Antriebsdrehmomentanforderungen 290, einschließlich der umgewandelten vorausgesagten Drehmomentanforderung und der umgewandelten Momentandrehmomentanforderung. Das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 erzeugt eine vermittelte vorausgesagte Drehmomentanforderung 261 und eine vermittelte Momentandrehmomentanforderung 262. Die vermittelte vorausgesagte Drehmomentanforderung 261 und die vermittelte Momentandrehmomentanforderung 262 können erzeugt werden, indem eine gewinnende Anforderung unter den empfangenen Anforderungen ausgewählt wird. Alternativ oder zusätzlich können die vermittelten Drehmomentanforderungen erzeugt werden, indem eine der empfangenen Anforderungen basierend auf einer oder mehreren anderen der empfangenen Drehmomentanforderungen modifiziert wird.
Die Antriebsdrehmomentanforderungen 290 können beispielsweise 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 290 können auch 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 290 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 dann, wenn eine Motorabschaltanforderung vorliegt, die Motorabschaltanforderung als die gewinnende Anforderung aus. Wenn die Motorabschaltanforderung vorliegt, kann das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 Null für die vermittelte vorausgesagte Drehmomentanforderung 261 und die vermittelte Momentandrehmomentanforderung 262 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.
Das Reserven/Lastenmodul 220 empfängt die vermittelte vorausgesagte Drehmomentanforderung 261 und die vermittelte Momentandrehmomentanforderung 262. Das Reserven/Lastenmodul 220 kann die vermittelte vorausgesagte Drehmomentanforderung 261 und die vermittelte Momentandrehmomentanforderung 262 anpassen, um eine Drehmomentreserve zu erzeugen und/oder eine oder mehrere Lasten zu kompensieren. Das Reserven/Lastenmodul 220 gibt anschließend eine angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung 263 und eine angepasste Momentandrehmomentanforderung 264 an das Betätigungsmodul 224 aus.
Lediglich beispielhaft kann ein Katalysator-Anspringprozess oder ein Prozess zur Verringerung von Kaltstartemissionen erfordern, dass der Zündfunkenzeitpunkt nach spät verstellt wird. Das Reserven/Lastenmodul 220 kann daher die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung 263 über die angepasste Momentandrehmomentanforderung 264 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 und/oder durch ein Spülen eines neuen Motors. 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, 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 263 erhöhen, während die angepasste Momentandrehmomentanforderung 264 unverändert belassen wird, um die Drehmomentreserve zu erzeugen. Dann, wenn die A/C-Kompressorkupplung einrückt, kann das Reserven/Lastenmodul 220 die angepasste Momentandrehmomentanforderung 264 um die geschätzte Last der A/C-Kompressorkupplung erhöhen.
Das Betätigungsmodul 224 empfängt die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung 263 und die angepasste Momentandrehmomentanforderung 264. Das Betätigungsmodul 224 ermittelt, wie die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung 263 und die angepasste Momentandrehmomentanforderung 264 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 eine 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 Motoren mit Funkenzündung und Motoren 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 in einem Motor mit Funkenzündung das Öffnen des Drosselventils 112 als einen langsamen Aktuator variieren, was einen weiten Bereich für die Drehmomentsteuerung ermöglicht. Das Betätigungsmodul 224 kann Zylinder unter Verwendung des Zylinder-Aktuatormoduls 120 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 265 basierend auf der angepassten vorausgesagten Drehmomentanforderung 263 erzeugen. Die Luftdrehmomentanforderung 265 kann der angepassten vorausgesagten Drehmomentanforderung 263 gleich sein und die Luftströmung derart einstellen, dass die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung 263 durch Änderungen der anderen (z. B. der schnellen) Motoraktuatoren erreicht werden kann.
Ziel-Aktuatorwerte für die Aktuatoren, welche die Luftströmung steuern, können basierend auf der Luftdrehmomentanforderung 265 ermittelt werden. Lediglich beispielhaft kann das Luftsteuermodul 228 (siehe auch 3) einen Ziel-Krümmerabsolutdruck (Ziel-MAP) 266, eine Ziel-Drosselöffnung (z. B. eine Ziel-Fläche) 267 und/oder eine Ziel-Luft pro Zylinder (Ziel-APC) 268 basierend auf der Luftdrehmomentanforderung 265 ermitteln. Das Ladedruck-Zeitplanungsmodul 248 kann ein Ziel-Tastverhältnis 269 für das Ladedruck-Regelventil 162 basierend auf dem Ziel-MAP 266 ermitteln. Obgleich das Ziel-Tastverhältnis 269 diskutiert wird, kann das Ladedruck-Zeitplanungsmodul 248 einen anderen geeigneten Wert zum Steuern des Ladedruck-Regelventils 162 ermitteln. Das Phasensteller-Zeitplanungsmodul 252 kann einen Ziel-Einlass- und einen Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel 270 und 271 basierend auf der Ziel-APC 268 ermitteln. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Luftsteuermodul 228 auch eine Ziel-Öffnung des AGR-Ventils 170 basierend auf der Luftdrehmomentanforderung 265 ermitteln.
Das Betätigungsmodul 224 kann auch eine Zündfunken-Drehmomentanforderung 272, eine Zylinderabschalt-Drehmomentanforderung 273 und eine Kraftstoff-Drehmomentanforderung 274 erzeugen. Das Zündfunkensteuermodul 232 kann basierend auf der Zündfunken-Drehmomentanforderung 272 ermitteln, um wie viel der Zündfunkenzeitpunkt bezogen auf einen optimalen Zündfunkenzeitpunkt nach spät verstellt werden soll (was das Motorausgangsdrehmoment verringert). Lediglich beispielhaft kann eine Drehmomentbeziehung invertiert werden, um diese nach einem Soll-Zündfunkenzeitpunkt 299 aufzulösen. Für eine gegebene Drehmomentanforderung (T_des) kann der Soll-Zündfunkenzeitpunkt (S_des) 299 ermittelt werden basierend auf: S_des = f^–1(T_des, APC, I, E, AF, OT, #). (0)
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. Das Zündfunkensteuermodul 232 kann einen Ziel-Zündfunkenzeitpunkt 275 erzeugen, wie es nachstehend in Verbindung mit 3 weiter diskutiert wird.
Wenn der Zündfunkenzeitpunkt auf den optimalen Zündfunkenzeitpunkt 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 der Zündfunkenzeitpunkt vorverstellt wird, während Kraftstoff mit einer Oktanzahl größer als eine vorbestimmte Oktanzahl und eine stöchiometrische Kraftstoffzufuhr verwendet werden. Der Zündfunkenzeitpunkt, bei dem dieses maximale Drehmoment auftritt, wird als ein MBT-Zündfunkenzeitpunkt bezeichnet. Der optimale 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 bei dem optimalen Zündfunkenzeitpunkt kann daher kleiner als das MBT sein.
Die Zylinderabschalt-Drehmomentanforderung 273 kann durch das Zylindersteuermodul 236 verwendet werden, um eine Ziel-Anzahl 276 für eine Deaktivierung zu ermitteln. 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. Das Zündfunkensteuermodul 232 kann die Lieferung des Zündfunkens für einen Zylinder stoppen, sobald ein Luft/Kraftstoffgemisch, das bereits in dem Zylinder vorhanden ist, verbrannt worden ist.
Das Kraftstoffsteuermodul 240 kann die Kraftstoffmenge, die an jeden Zylinder geliefert wird, basierend auf der Kraftstoff-Drehmomentanforderung 274 variieren. Spezieller kann das Kraftstoffsteuermodul 240 Ziel-Kraftstoffzufuhrparameter 277 basierend auf der Kraftstoff-Drehmomentanforderung 274 erzeugen. Die Ziel-Kraftstoffzufuhrparameter 277 können beispielsweise eine Ziel-Masse des Kraftstoffs, einen Ziel-Startzeitpunkt der Einspritzung und eine Ziel-Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen umfassen.
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 Kraftstoffzufuhr basierend auf der Luftströmung gesteuert wird. Das Kraftstoffsteuermodul 240 kann eine Ziel-Kraftstoffmasse ermitteln, die eine stöchiometrische Verbrennung ergeben wird, wenn sie mit einer gegenwärtigen Masse der Luft pro Zylinder (APC) kombiniert wird.
Bei Systemen mit Kompressionszündung kann das Kraftstoffsteuermodul 240 in einem kraftstoffgeführten Modus arbeiten, in dem das Kraftstoffsteuermodul 240 eine Ziel-Kraftstoffmasse für jeden Zylinder ermittelt, welche die Kraftstoff-Drehmomentanforderung 274 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 Erzeugung von schwarzem Rauch verhindern kann.
Das Luftsteuermodul 228 erzeugt den Ziel-MAP 266 ferner basierend auf einem geschätzten MAP-Drehmoment 278. Das geschätzte MAP-Drehmoment 278 entspricht einem geschätzten Wert der gegenwärtigen Motordrehmomentausgabe, die basierend auf einem MAP 279 ermittelt wird, welcher unter Verwendung des MAP-Sensors 184 gemessen wird. Das MAP-Drehmomentschätzmodul 246 erzeugt das geschätzte MAP-Drehmoment 278 basierend auf dem MAP 279 und basierend auf anderen gemessenen Motorbetriebsparametern. Beispielsweise erzeugt das MAP-Drehmomentschätzmodul 246 das geschätzte MAP-Drehmoment 278 unter Verwendung der Beziehung: T_MAP = f(MAP, RPM, S_M, I_M, E_M, AF, OT, #), (1) wobei T_MAP das geschätzte MAP-Drehmoment 278 ist, MAP der MAP 279 ist, RPM die Motordrehzahl ist (die Drehzahl der Kurbelwelle), S_M der gegenwärtige Zündfunkenzeitpunkt 280 ist, der durch das Zündfunken-Aktuatormodul 126 verwendet wird, I_M ein gemessener Einlass-Nockenphasenstellerwinkel 281 ist, E_M ein gemessener Auslass-Nockenphasenstellerwinkel 282 ist, AF das gegenwärtige Luft/Kraftstoffverhältnis ist, das durch das Kraftstoff-Aktuatormodul 124 verwendet wird, OT die Öltemperatur ist und # die gegenwärtige Anzahl von Zylindern ist, die deaktiviert sind. Die Beziehung kann als eine Gleichung oder als eine Nachschlagetabelle verkörpert werden.
Das Phasensteller-Zeitplanungsmodul 252 kann den gemessenen Einlass- und den gemessenen Auslass-Nockenphasenstellerwinkel 281 und 282 liefern. Das Phasensteller-Zeitplanungsmodul 252 kann den gemessenen Einlass- und den gemessenen Auslass-Nockenphasenstellerwinkel 281 und 282 basierend auf vorhergehenden Werten des gemessenen Einlass- und des gemessenen Auslass-Nockenphasenstellerwinkels 281 und 282 sowie basierend auf dem Ziel-Einlass- und dem Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel 270 und 271 erzeugen. Beispielsweise kann das Phasensteller-Zeitplanungsmodul 252 den gemessenen Einlass- und den gemessenen Auslass-Nockenphasenstellerwinkel 281 und 282 unter Verwendung der Beziehungen erzeugen: I_M = f(I_T) + k·(I_T – I_{M_PREV}), (2) und E_T = f(E_T) + k·(E_T – E_{M_PREV}), (3) wobei I_M der gemessene Einlass-Nockenphasenstellerwinkel 281 ist, I_T der Ziel-Einlass-Nockenphasenstellerwinkel 270 ist, k ein vorbestimmter Skalar/Verstärkungswert ist, I_{M_PREV} ein vorhergehender Wert des gemessenen Einlass-Nockenphasenstellerwinkels 281 ist, E_M der gemessene Auslass-Nockenphasenstellerwinkel 282 ist, E_T der Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel 271 ist, k ein vorbestimmter Skalar/Verstärkungswert ist und E_{M_PREV} ein vorhergehender Wert des gemessenen Auslass-Nockenphasenstellerwinkels 282 ist.
Das Luftsteuermodul 228 erzeugt den Ziel-MAP 266, die Ziel-Drosselöffnung 267 und die Ziel-APC 268 ferner basierend auf einem geschätzten APC-Drehmoment 283. Das geschätzte APC-Drehmoment 283 entspricht einem geschätzten Wert der gegenwärtigen Motordrehmomentausgabe, die basierend auf einer gegenwärtigen APC 284 ermittelt wird. Die gegenwärtige APC 284 wird basierend auf einem oder mehreren gemessenen Parametern ermittelt, wie beispielsweise basierend auf der MAF, dem MAP und/oder der IAT. Das APC-Drehmomentschätzmodul 244 erzeugt das geschätzte APC-Drehmoment 283 basierend auf der gegenwärtigen APC 284 und basierend auf anderen gemessenen Motorbetriebsparametern. Das APC-Drehmomentschätzmodul 244 erzeugt das geschätzte APC-Drehmoment 283 unter Verwendung der Beziehung: T_APC = f(APC_M, RPM, S_M, I_M, E_M, AF, OT, #), (4) wobei T_APC1 das geschätzte APC-Drehmoment 283 ist, APC_M die gegenwärtige APC 284 ist, RPM die Motordrehzahl ist, S_M der gegenwärtige Zündfunkenzeitpunkt 280 ist, der durch das Zündfunken-Aktuatormodul 126 verwendet wird I_M der gemessene Einlass-Nockenphasenstellerwinkel 281 ist, E_M der gemessene Auslass-Nockenphasenstellerwinkel 282 ist, AF das gegenwärtige Luft/Kraftstoffverhältnis ist, das durch das Kraftstoff-Aktuatormodul 124 verwendet wird, OT die Öltemperatur ist und # die gegenwärtige Anzahl von Zylindern ist, die deaktiviert sind. Die Beziehung kann als eine Gleichung oder als eine Nachschlagetabelle verkörpert werden.
Das Luftsteuermodul 228 gibt die Ziel-Drosselöffnung 267 an das Drossel-Aktuatormodul 116 aus. Das Drossel-Aktuatormodul 116 regelt das Drosselventil 112, um die Ziel-Drosselöffnung 267 zu erzeugen. Das Luftsteuermodul 228 kann den Ziel-MAP 266 an das Ladedruck-Zeitplanungsmodul 248 ausgeben. Das Ladedruck-Zeitplanungsmodul 248 steuert das Ladedruck-Regelventil 162 basierend auf dem Ziel-MAP 266. Das Luftsteuermodul 228 gibt die Ziel-APC 268 an das Phasensteller-Zeitplanungsmodul 252 aus. Basierend auf der Ziel-APC 268 und der Motordrehzahl (und/oder der Kurbelwellenposition) kann das Phasensteller-Zeitplanungsmodul 252 Positionen des Einlass- und/oder des Auslass-Nockenphasenstellers 148 und 150 mittels des Phasensteller-Aktuatormoduls 158 steuern.
Nun auf 3 Bezug nehmend, ist ein Funktionsblockdiagramm einer beispielhaften Implementierung des Luftsteuermoduls 228 dargestellt. Ein Drehmomentabweichungsmodul 304 ermittelt eine Drehmomentabweichung 308 basierend auf einer Differenz zwischen der Luftdrehmomentanforderung 265 und dem geschätzten APC-Drehmoment 283. Beispielsweise kann das Drehmomentabweichungsmodul 304 die Drehmomentabweichung 308 gleich der Luftdrehmomentanforderung 265 minus das geschätzte APC-Drehmoment 283 setzen.
Ein Anpassungsmodul 312 erzeugt eine Drehmomentanpassung 316 basierend auf der Drehmomentabweichung 308. Das Anpassungsmodul 312 kann die Drehmomentanpassung 316 beispielsweise unter Verwendung der Beziehung erzeugen: T_ADJ = K_P·(T_ERROR) + K_I·∫T_ERROR∂t, (5) wobei T_ADJ die Drehmomentanpassung 316 ist, K_P eine Proportionalverstärkung ist, T_ERROR die Drehmomentabweichung 308 ist und K_I eine Integralverstärkung ist. Bei verschiedenen Implementierungen kann ein anderer geeigneter Typ eines Regelungscontrollers verwendet werden, um die Drehmomentanpassung 316 basierend auf der Drehmomentabweichung 308 zu erzeugen.
Ein Ziel-Ermittlungsmodul 320 ermittelt ein Ziel-Drehmoment 324 basierend auf der Luftdrehmomentanforderung 265 und der Drehmomentanpassung 316. Beispielsweise kann das Ziel-Ermittlungsmodul 320 das Ziel-Drehmoment 324 gleich der Luftdrehmomentanforderung 265 plus die Drehmomentanpassung 316 setzen.
Ein Ziel-APC-Modul 328 erzeugt die Ziel-APC 368 basierend auf dem Ziel-Drehmoment 324, dem Ziel-Zündfunkenzeitpunkt 275 und dem Ziel-Einlass- sowie dem Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel 270 sowie 271. Das Ziel-APC-Modul 328 erzeugt die Ziel-APC 268 ferner basierend auf der Motordrehzahl, dem gegenwärtigen Luft/Kraftstoffverhältnis, der Öltemperatur und der gegenwärtigen Anzahl der aktiven Zylinder. Die vorstehend angegebene Beziehung (4) kann invertiert und zur Ermittlung der Ziel-APC 268 aufgelöst werden. Beispielsweise kann das Ziel-APC-Modul 328 die Ziel-APC 268 unter Verwendung der Beziehung erzeugen: APC_T = T^–1(T_T, RPM, S_T, I_T, E_T, AF, OT, #), (6) wobei APC_T die Ziel-APC 268 ist, T_T das Ziel-Drehmoment 324 ist, RPM die Motordrehzahl ist, S_T der Ziel-Zündfunkenzeitpunkt 275 ist, I_T der Ziel-Einlass-Nockenphasenstellerwinkel 270 ist, E_T der Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel 271 ist, AF das gegenwärtige Luft/Kraftstoffverhältnis ist, das durch das Kraftstoff-Aktuatormodul 124 verwendet wird, OT die Öltemperatur ist, # die gegenwärtige Anzahl von Zylindern ist, die aktiviert sind, und T^–1 die Invertierung der Beziehung (4) bezeichnet, die vorstehend verwendet wird, um die gegenwärtige APC 284 und das geschätzte APC-Drehmoment 283 in Beziehung zu setzen. Diese Beziehung kann als eine Gleichung oder als eine Nachschlagetabelle verkörpert werden.
Wie vorstehend festgestellt wurde, erzeugt das Phasensteller-Zeitplanungsmodul 252 den Ziel-Einlass- und den Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel 270 und 271 basierend auf der Ziel-APC 268. Das Phasensteller-Zeitplanungsmodul 252 kann zuerst einen Filter auf die Ziel-APC 268 anwenden, wie beispielsweise einen Tiefpassfilter (LPF), um eine gefilterte Ziel-APC (nicht gezeigt) zu erzeugen. Das Phasensteller-Zeitplanungsmodul 252 kann den Ziel-Einlass- und den Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel 270 und 271 basierend auf der gefilterten Ziel-APC und der Motordrehzahl ermitteln. Beispielsweise kann das Phasensteller-Zeitplanungsmodul 252 den Ziel-Einlass- und den Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel 270 und 271 unter Verwendung der Beziehungen erzeugen: I_T = f(RPM, APC_{T_F}); (7) und E_T = f(RPM, APC_{T_F}), (8) wobei I_T der Ziel-Einlass-Nockenphasenstellerwinkel 270 ist, RPM die Motordrehzahl ist, APC_{T_F} die gefilterte Ziel-APC ist und E_T der Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel 271 ist. Diese Beziehungen können als Gleichungen oder als Nachschlagetabellen verkörpert werden. Das Phasensteller-Aktuatormodul 158 steuert den Einlass- und den Auslass-Nockenphasensteller 148 und 150 basierend auf dem Ziel-Einlass- bzw. dem Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel 270 bzw. 271.
Ein Ziel-MAP-Modul 332 erzeugt den Ziel-MAP 266 basierend auf dem Ziel-Drehmoment 324, dem Ziel-Zündfunkenzeitpunkt 275 und dem Ziel-Einlass- sowie dem Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel 270 sowie 271. Das Ziel-MAP-Modul 332 erzeugt den Ziel-MAP 266 ferner basierend auf der Motordrehzahl, dem gegenwärtigen Luft/Kraftstoffverhältnis, der Öltemperatur, der gegenwärtigen Anzahl aktiver Zylinder und einer geschätzten Drehmomentdifferenz 336. Die vorstehend angegebene Beziehung (1) kann invertiert und zur Ermittlung des Ziel-MAP 266 aufgelöst werden. Beispielsweise kann das Ziel-MAP-Modul 332 den Ziel-MAP 266 unter Verwendung der Beziehung erzeugen: MAP_T = T^–1((T_T + f(T_{EST_DIFF})), RPM, S_T, I_T, E_T, AF, OT, #), (9) wobei MAP_T der Ziel-MAP 266 ist, T_T das Ziel-Drehmoment 324 ist, T_{EST_DIFF} die geschätzte Drehmomentdifferenz 336 ist, RPM die Motordrehzahl ist, S_T der Ziel-Zündfunkenzeitpunkt 275 ist, I_T der Ziel-Einlass-Nockenphasenstellerwinkel 270 ist, E_T der Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel 271 ist, AF das gegenwärtige Luft/Kraftstoffverhältnis ist, das durch das Kraftstoff-Aktuatormodul 124 verwendet wird, OT die Öltemperatur ist, # die gegenwärtige Anzahl von Zylindern ist, die aktiviert sind, und T^–1 die Invertierung der Beziehung (1) bezeichnet, die vorstehend verwendet wird, um den MAP 279 und das geschätzte MAP-Drehmoment 278 in Beziehung zu setzen. Diese Beziehung kann als eine Gleichung oder als eine Nachschlagetabelle verkörpert werden.
Ein Differenzmodul 340 ermittelt die geschätzte Drehmomentdifferenz 336. Das Differenzmodul 340 ermittelt die geschätzte Drehmomentdifferenz 336 basierend auf einer Differenz zwischen dem geschätzten MAP-Drehmoment 278 und dem geschätzten APC-Drehmoment 283. Das Differenzmodul 340 kann auch einen Filter auf die Differenz zwischen dem geschätzten MAP-Drehmoment 278 und dem geschätzten APC-Drehmoment 283 anwenden, wie beispielsweise einen Tiefpassfilter, und die gefilterte Differenz als die geschätzte Drehmomentdifferenz 336 ausgeben.
Wie vorstehend festgestellt wurde, kann das Ladedruck-Zeitplanungsmodul 248 das Ziel-Tastverhältnis 269 für das Ladedruck-Regelventil basierend auf der Ziel-APC 268 erzeugen. Das Ladedruck-Aktuatormodul 164 steuert das Ladedruck-Regelventil 162 (und daher den Turbolader) basierend auf dem Ziel-Tastverhältnis 269 für das Ladedruck-Regelventil.
Ein Ziel-MAF-Modul 344 erzeugt eine Ziel-MAF 348 in den Motor 102 basierend auf der Ziel-APC 268. Das Ziel-MAF-Modul 344 erzeugt die Ziel-MAF 348 ferner basierend auf der Motordrehzahl und der gesamten Anzahl an Zylindern des Motors 102. Beispielsweise kann das Ziel-MAF-Modul 344 die Ziel-MAF 348 unter Verwendung der Beziehung erzeugen:
wobei MAF_T die Ziel-MAF 348 ist, APC_T die Ziel-APC 268 ist, RPM die Motordrehzahl ist und k_CYL ein vorbestimmter Wert ist, der basierend auf der gesamten Anzahl an Zylindern des Motors 102 festgelegt wird. Lediglich beispielhaft kann k_CYL für einen 8-Zylindermotor ungefähr 15 und für einen 4-Zylindermotor ungefähr 30 sein.
Ein Ziel-Flächenmodul 352 ermittelt die Ziel-Drosselöffnung 267 für das Drosselventil 112 basierend auf der Ziel-MAF 348. Das Ziel-Flächenmodul 352 ermittelt die Ziel-Drosselöffnung 267 ferner basierend auf dem Ziel-MAP 266, einer Lufttemperatur und einem barometrischen Druck. Beispielsweise kann das Ziel-Flächenmodul 352 die Ziel-Drosselöffnung 267 unter Verwendung der Beziehung ermitteln:
wobei AREA_T die Ziel-Drosselöffnung 267 ist, MAF_T die Ziel-MAF 348 ist, MAP_T der Ziel-MAP 266 ist, R_GAS die ideale Gaskonstante ist, T die Lufttemperatur ist (z. B. in der Umgebung oder im Einlass), B der barometrische Druck ist und Φ ein Luftdichtefunktion repräsentiert. Wie vorstehend festgestellt wurde, steuert das Drossel-Aktuatormodul 116 das Drosselventil 112 basierend auf der Ziel-Drosselöffnung 267.
Wieder auf die Ermittlung des Ziel-Zündfunkenzeitpunkts 275 Bezug nehmend, kann die vorstehend angegebene Drehmomentbeziehung (4) invertiert werden, um diese nach einer Zündfunken-APC (nicht gezeigt) aufzulösen. Beispielsweise kann das Zündfunkensteuermodul 232 die Zündfunken-APC unter Verwendung der Beziehung ermitteln: APC_SPARK = T^–1(T_SPARK, RPM, S_M, I_T, E_T, AF, OT, #), (12) wobei APC_SPARK die Zündfunken-APC ist, T_SPARK die Zündfunken-Drehmomentanforderung 272 ist, RPM die Motordrehzahl ist, S_M der gegenwärtige Zündfunkenzeitpunkt 280 ist, der durch das Zündfunken-Aktuatormodul 126 verwendet wird, I_T der Ziel-Einlass-Nockenphasenstellerwinkel 270 ist, E_T der Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel 271 ist, AF das gegenwärtige Luft/Kraftstoffverhältnis ist, das durch das Kraftstoff-Aktuatormodul 124 verwendet wird, OT die Öltemperatur ist, # die gegenwärtige Anzahl an Zylindern ist, die aktiviert sind, und T^–1 die Invertierung der Beziehung (4) bezeichnet, die vorstehend verwendet wird, um die gegenwärtige APC 284 mit dem geschätzten APC-Drehmoment 283 in Beziehung zu setzen. Diese Beziehung kann als eine Gleichung oder als eine Nachschlagetabelle verkörpert werden.
Das Zündfunkensteuermodul 232 ermittelt den Ziel-Zündfunkenzeitpunkt 275 basierend auf der Zündfunken-APC und der Motordrehzahl. Beispielsweise kann Zündfunkensteuermodul 232 den Ziel-Zündfunkenzeitpunkt 275 unter Verwendung der Beziehung ermitteln: S_T = f(APC_SPARK, RPM), (13) wobei S_T der Ziel-Zündfunkenzeitpunkt 275 ist, APC_SPARK die Zündfunken-APC ist und RPM die Motordrehzahl ist.
Bezogen auf die Verwendung des gegenwärtigen Zündfunkenzeitpunkts 280 (S_M), des gemessenen Einlass-Nockenphasenstellerwinkels 281 (I_M) und des gemessenen Auslass-Nockenphasenstellerwinkels 282 (E_M) kann das Ermitteln des Ziel-MAP 266, der Ziel-Drosselöffnung 267 und der Ziel-APC 268 basierend auf dem Ziel-Einlass- und dem Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel 270 und dem Ziel-Zündfunkenzeitpunkt 275 die Fahrbarkeit verbessern und die Verzögerung verringern, die mit einer Änderung der Motordrehmomentausgabe verbunden ist. Das Ermitteln des Ziel-MAP 266, der Ziel-Drosselöffnung 267 und der Ziel-APC 268 basierend auf dem Ziel-Einlass- und dem Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel 270 und dem Ziel-Zündfunkenzeitpunkt 275 kann auch für eine Verringerung im Kraftstoffverbrauch sorgen, da eine übermäßige Luftströmung in den Motor 102 (z. B. mittels des Öffnens des Drosselventils 112) verhindert werden kann.
Nun auf 4 Bezug nehmend, ist ein Flussdiagramm dargestellt, das ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern des Drosselventils 112, des Einlass- und des Auslass-Nockenphasenstellers 148 und 150, des Ladedruck-Regelventils 162 und des Zündfunkenzeitpunkts zeigt. Die Steuerung kann mit 404 beginnen, wo das Betätigungsmodul 224 die Luftdrehmomentanforderung 265 erzeugt, das APC-Drehmomentschätzmodul 244 das geschätzte APC-Drehmoment 283 und das MAP-Drehmomentschätzmodul 246 das geschätzte MAP-Drehmoment 278 erzeugt. Wie vorstehend diskutiert wurde, erzeugt das APC-Drehmomentschätzmodul 244 das geschätzte APC-Drehmoment 283 basierend auf dem gemessenen Einlass- und dem gemessenen Auslass-Nockenphasenstellerwinkel 281 und 282, dem gegenwärtigen Zündfunkenzeitpunkt 280 und der gegenwärtigen APC 284. Wie ebenso vorstehend diskutiert wurde, erzeugt das MAP-Drehmomentschätzmodul 246 das geschätzte MAP-Drehmoment 278 basierend auf dem gemessenen Einlass- und dem gemessenen Auslass-Nockenphasenstellerwinkel 281 und 282, dem gegenwärtigen Zündfunkenzeitpunkt 280 und dem MAP 279.
Bei 408 ermittelt das Differenzmodul 340 die geschätzte Drehmomentdifferenz 336, das Drehmomentabweichungsmodul 304 ermittelt die Drehmomentabweichung 308, das Anpassungsmodul 312 ermittelt die Drehmomentanpassung 316, und das Ziel-Ermittlungsmodul 320 ermittelt das Ziel-Drehmoment 324. Das Differenzmodul 340 ermittelt die geschätzte Drehmomentdifferenz 336 basierend auf einer Differenz zwischen dem geschätzten APC-Drehmoment 283 und dem geschätzten MAP-Drehmoment 278. Das Drehmomentabweichungsmodul 304 ermittelt die Drehmomentabweichung 308 basierend auf einer Differenz zwischen der Luftdrehmomentanforderung 265 und dem geschätzten APC-Drehmoment 283. Das Anpassungsmodul 312 ermittelt die Drehmomentanpassung 316 basierend auf der Drehmomentabweichung 308. Das Ziel-Ermittlungsmodul 320 ermittelt das Ziel-Drehmoment 324 basierend auf einer Summe der Luftdrehmomentanforderung 265 und der Drehmomentanpassung 316.
Das Ziel-APC-Modul 328 erzeugt bei 412 die Ziel-APC 268, und das Ziel-MAP-Modul 332 erzeugt den Ziel-MAP 266. Das Ziel-APC-Modul 328 erzeugt die Ziel-APC 268 basierend auf dem Ziel-Einlass- und dem Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel 270 und 271 sowie basierend auf dem Ziel-Zündfunkenzeitpunkt 275, wie es vorstehend diskutiert wurde. Das Ziel-MAP-Modul 332 erzeugt den Ziel-MAP 266 basierend auf dem Ziel-Einlass- und dem Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel 270 und 271 sowie basierend auf dem Ziel-Zündfunkenzeitpunkt 275, wie es vorstehend diskutiert wurde.
Bei 416 erzeugt das Ziel-MAF-Modul 344 die Ziel-MAF 348. Das Ziel-MAF-Modul 344 erzeugt die Ziel-MAF 348 basierend auf der Ziel-APC 268, wie es vorstehend diskutiert wurde. Bei 420 erzeugt das Ladedruck-Zeitplanungsmodul 248 das Ziel-Tastverhältnis 269 für das Ladedruck-Regelventil 162 basierend auf dem Ziel-MAP 266, wie es vorstehend diskutiert wurde. Bei 420 erzeugt das Phasensteller-Zeitplanungsmodul 252 auch den Ziel-Einlass- und den Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel 270 und 271 basierend auf der Ziel-APC 268, wie es vorstehend diskutiert wurde. Ebenso ermittelt das Ziel-Flächenmodul 352 bei 420 die Ziel-Drosselöffnung 267 basierend auf der Ziel-MAF 348 und dem Ziel-MAP 266, wie es vorstehend diskutiert wurde.
Das Zündfunkensteuermodul 232 erzeugt den Ziel-Zündfunkenzeitpunkt 275 bei 424 basierend auf dem Ziel-Einlass- und dem Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel 270 und 271, wie es vorstehend beschrieben wurde. Bei 428 steuert das Ladedruck-Aktuatormodul 164 das Ladedruck-Regelventil 162 basierend auf dem Ziel-Tastverhältnis 269, das Drossel-Aktuatormodul 116 steuert das Drosselventil 112 basierend auf der Ziel-Drosselöffnung 267, das Phasensteller-Steuermodul 158 steuert den Einlass- und den Auslass-Nockenphasensteller 148 und 150 basierend auf dem Ziel-Einlass- bzw. dem Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel 270 bzw. 271, und das Zündfunken-Aktuatormodul 126 steuert die Lieferung des Zündfunkens basierend auf dem gewünschten Zündfunkenzeitpunkt 299. Obgleich 4 derart gezeigt ist, dass sie nach 428 endet, kann 4 eine Veranschaulichung einer Steuerschleife sein, und die Steuerung kann zu 404 zurückkehren.
Die vorstehende Beschreibung ist nur beispielhafter Natur und ist in keiner Weise dazu gedacht, die Offenbarung, ihre Anwendungsmöglichkeit oder Verwendungen einzuschränken. Die breiten Lehren der Offenbarung können in einer Vielzahl von Formen implementiert werden. Während diese Offenbarung spezielle Beispiele aufweist, soll der wahre Umfang der Offenbarung daher nicht auf diese beschränkt sein, da andere Modifikationen nach einem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der nachfolgenden Ansprüche offensichtlich werden. 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 ein oder mehrere Schritte innerhalb eines Verfahrens in unterschiedlicher Reihenfolge (oder gleichzeitig) ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu verändern.
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 Hardwarekomponenten, 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.

Claims

Steuerverfahren für einen Motor, das umfasst, dass: eine Ziel-Luft pro Zylinder (Ziel-APC) basierend auf einem Ziel-Zündfunkenzeitpunkt, einem Ziel-Einlass-Nockenphasenstellerwinkel und einem Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel ermittelt wird; eine Ziel-Öffnung eines Drosselventils des Motors basierend auf dem Ziel-Zündfunkenzeitpunkt, dem Ziel-Einlass-Nockenphasenstellerwinkel und dem Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel ermittelt wird; das Drosselventil basierend auf der Ziel-Öffnung gesteuert wird; der Ziel-Einlass- und der Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel basierend auf der Ziel-APC ermittelt werden; und ein Einlass- und ein Auslass-Nockenphasensteller des Motors jeweils basierend auf dem Ziel-Einlass- bzw. dem Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel gesteuert werden.
Steuerverfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass: ein Ziel-Krümmerabsolutdruck (Ziel-MAP) basierend auf dem Ziel-Zündfunkenzeitpunkt, dem Ziel-Einlass-Nockenphasenstellerwinkel und dem Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel ermittelt wird; ein Ziel-Tastverhältnis eines Ladedruck-Regelventils eines Turboladers basierend auf dem Ziel-MAP ermittelt wird; und das Ladedruck-Regelventil des Turboladers basierend auf dem Ziel-Tastverhältnis gesteuert wird.
Steuerverfahren nach Anspruch 2, das ferner umfasst, dass: eine Ziel-Luftmassenströmungsrate (Ziel-MAF) in den Motor basierend auf der Ziel-APC ermittelt wird; und die Ziel-Öffnung des Drosselventils basierend auf der Ziel-MAF und dem Ziel-MAP ermittelt wird.
Steuerverfahren nach Anspruch 2, das ferner umfasst, dass: eine erste geschätzte Drehmomentausgabe des Motors basierend einem MAP ermittelt wird, der unter Verwendung eines MAP-Sensors gemessen wird; eine zweite geschätzte Drehmomentausgabe des Motors basierend auf einer gegenwärtigen APC des Motors ermittelt wird; und der Ziel-MAP ferner basierend auf dem ersten geschätzten Drehmoment und dem zweiten geschätzten Drehmoment ermittelt wird.
Steuerverfahren nach Anspruch 4, das ferner umfasst, dass der Ziel-MAP basierend auf dem Ziel-Zündfunkenzeitpunkt, dem Ziel-Einlass-Nockenphasenstellerwinkel, dem Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel und einer Differenz zwischen dem ersten geschätzten Drehmoment und dem zweiten geschätzten Drehmoment ermittelt wird.
Steuerverfahren nach Anspruch 4, das ferner umfasst, dass die Ziel-APC ferner basierend auf dem zweiten geschätzten Drehmoment ermittelt wird.
Steuerverfahren nach Anspruch 6, das ferner umfasst, dass: eine Luftdrehmomentanforderung basierend auf einer Fahrer-Drehmomentanforderung erzeugt wird; und die Ziel-APC ferner basierend auf der Luftdrehmomentanforderung ermittelt wird.
Steuerverfahren nach Anspruch 7, das ferner umfasst, dass: eine Drehmomentabweichung basierend auf einer Differenz zwischen dem zweiten geschätzten Drehmoment und der Luftdrehmomentanforderung ermittelt wird; eine Drehmomentanpassung basierend auf der Drehmomentabweichung ermittelt wird; und ein Ziel-Drehmoment basierend auf der Luftdrehmomentanforderung und der Drehmomentanpassung ermittelt wird; und die Ziel-APC basierend auf dem Ziel-Zündfunkenzeitpunkt, dem Ziel-Einlass-Nockenphasenstellerwinkel, dem Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel und dem Ziel-Drehmoment ermittelt wird.
Steuerverfahren nach Anspruch 8, das ferner umfasst, dass das Ziel-Drehmoment gleich einer Summe des Luftdrehmoments und der Drehmomentanpassung gesetzt wird.
Steuerverfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass der Ziel-Zündfunkenzeitpunkt basierend auf dem Ziel-Einlass- und dem Ziel-Auslass-Nockenphasenstellerwinkel ermittelt wird.