DE102015103174B4

DE102015103174B4 - Nockenwellen-Positionsermittlung

Info

Publication number: DE102015103174B4
Application number: DE102015103174.4A
Authority: DE
Inventors: Yan Wang
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-03-17
Filing date: 2015-03-05
Publication date: 2023-07-13
Anticipated expiration: 2035-03-06
Also published as: US20150260140A1; MX2015003414A; RU2685165C2; CN104929794A; RU2015108413A; RU2015108413A3; US9297346B2; DE102015103174A1; CN104929794B; MX359440B

Abstract

Verfahren (300), das umfasst:während eines Anwerfens (302) einer Kraftmaschine (10),Empfangen (304) einer Motorposition und einer entsprechenden Nockenwellenposition von einem einen Elektromotor (166) steuernden und die Motorposition erfassenden Elektromotorsteuergerät (170),Antreiben (306) einer Nockenwelle (162) der Kraftmaschine (10) mithilfe des Elektromotors (166), wobei die Motorposition eine Position einer im Elektromotor (166) untergebrachten oder vom Elektromotor (166) betätigten und sich drehenden Komponente ist,Ermitteln (308), ob sich die Motorposition an einer Position befindet, die der gewünschten Nockenwellenposition zum Starten der Kraftmaschine entspricht,wenn sich die Motorposition an der Position befindet, die der gewünschten Nockenwellenposition entspricht, Ermitteln (310) eines oder mehrerer Kraftmaschinenbetriebsparameter zum Steuern der Kraftmaschine (10) während des Anwerfens mithilfe einer Kraftmaschinensteuereinrichtung (12) aus der erfassten Nockenwellenposition,Einspritzen (314) einer Kraftstoffladung in den Brennraum der Kraftmaschine (10),Ermitteln (316), ob die aktuelle Drehzahl der Kraftmaschine (10) eine vorgegebene Drehzahl überschreitet,wenn die Kraftmaschinendrehzahl die vorgegebene Drehzahl überschreitet, Beenden (318) des Startmodus und des Anwerfens,nach dem Anwerfen, Erkennen (320) der Nockenwellenposition mithilfe eines mit der Nockenwelle (162) verbundenen Nockenwellensensors (172), und Steuern (322) der Kraftmaschine auf Grundlage der mithilfe des Nockenwellensensors (172) erfassten Nockenwellenposition anstelle auf Grundlage der mithilfe eines Motorgebers erfassten Nockenwellenposition.

Description

Gebiet
Das Gebiet der Offenbarung betrifft eine Kraftmaschinensteuerung und ein Erkennen einer Nockenwellenposition für eine derartige Steuerung.
Hintergrund und Kurzdarstellung
Mithilfe von Kraftmaschinensteuereinrichtungen (engine controllers) werden zahlreiche Kraftmaschinenbetriebsparameter gesteuert, wie zum Beispiel Luftladung, Kraftstoffladung, Abgasrückführung, Kraftstoffdampf-Rückgewinnung, Zündzeitpunkt, Nockenwellensteuerzeiten, Ventilsteuerzeiten und so weiter. Diese Parameter werden gesteuert, um bei minimierten Emissionen eine gewünschte Motorleistung zu erzielen.
Eine Steuerung dieser Parameter erfordert eine Kenntnis einer Nockenwellenposition. Üblicherweise wird ein Zahnrad, bei dem ein oder mehrere Zähne fehlen, auf der Nockenwelle positioniert, und durch ein Erkennen der vorbeilaufenden Zähne wird eine Nockenwellenposition ermittelt.
Kraftmaschinensteuerungen sind komplizierter bei Fahrzeugen, die mit variabler Nockenwellensteuerung ausgestattet sind. Nockenwellen werden durch einen mit der Kurbelwelle verbundenen Riemen bzw. eine derartige Kette angetrieben. Bei Kraftmaschinen, die mit einer variablen Nockenwellensteuerung ausgestattet sind, variiert die Steuerzeit bzw. Phase der Nockenwelle relativ zu der Kurbelwelle. Ein Elektromotor oder hydraulischer Aktuator dreht die Nockenwelle relativ zu der Kurbelwelle.
Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat bei den vorstehenden Ansätzen verschiedene Probleme erkannt. Wenn die Kraftmaschine während eines Kraftmaschinenstarts angeworfen wird, liefert ein Erkennen der vorbeilaufenden Nockenwellenzähne oder ein anderes Erkennungsverfahren möglicherweise keine genaue Messung einer Nockenwellenposition, wofür üblicherweise ein Erkennen mehrerer steigender und fallender Flanken erforderlich ist. Häufig wird eine standardmäßige Nockenwellenposition auf Grundlage einer letzten bekannten Position oder einer geplanten Ruheposition verwendet. Bei Kraftmaschinen, die mit einer elektrisch gesteuerten Nockenwellensteuerung ausgestattet sind, ist die letzte Nockenwellenposition möglicherweise nicht bekannt, da die Nockenwellenposition relativ zu der Kurbelwelle durch das Drehmoment gestört wurde, das nach dem Abschalten der Kraftmaschine und während eines Starts vor einem genauen Messen der Nockenwellenposition an die Nockenwelle angelegt wird. Als eine Folge davon ermittelt möglicherweise die Kraftmaschinensteuereinrichtung eine Nockenwellenposition während eines Anwerfens der Kraftmaschine nicht genau. Ohne genaue Kenntnis einer Nockenwellenposition kann jede Schätzung einer Luftladung in dem Brennraum fehlerhaft sein, und demzufolge kann die Luft-Kraftstoff-Ladung ungenau sein, was möglicherweise längere Startvorgänge der Kraftmaschine und höhere Emissionen zur Folge hat. Ähnliche Probleme können mit anderen gesteuerten Betriebsparametern auftreten. US 2012 / 0 174 883 A1 , US 2009 / 0 255 510 A1 und DE 10 2013 205 929 A1 offenbaren dass bei einem Kraftmaschinenstart die Messung einer Nockenwellenposition durch einen Nockenwellensensor ggf. ungenau ist und infolgedessen Maßnahmen für eine genauere Ermittlung der Nockenwellenposition notwendig sein können. Lm Zuge dessen ist insbesondere das Antreiben einer Nockenwelle mithilfe eines Elektromotors bei dem Kraftmaschinenstart bekannt.
Erfindungsgemäß werden die vorstehenden Probleme mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst, das bei einem Beispiel Folgendes umfasst: Während eines Anwerfens einer Kraftmaschine Antreiben einer Nockenwelle der Kraftmaschine mithilfe eines Elektromotors, der von einem Motorsteuergerät (motor controller) gesteuert wird, das eine Motorposition und eine Position der Nockenwelle anzeigt; Ermitteln eines oder mehrerer Kraftmaschinenbetriebsparameter zum Steuern der Kraftmaschine während des Anwerfens mithilfe einer Kraftmaschinensteuereinrichtung aus der angezeigten Nockenwellenposition und nach dem Anwerfen Erkennen der Nockenwellenposition mithilfe eines mit der Nockenwelle verbundenen Sensors. Durch ein Anzeigen einer Nockenwellenposition mithilfe des Elektromotorsteuergeräts während eines Anwerfens, werden die Probleme mit den vorstehend beschriebenen Ansätzen vermieden. Nach einem Anwerfen einer Kraftmaschine, d.h. wenn die Kraftmaschine angesprungen ist, werden herkömmliche Mechanismen und Verfahren zum Erkennen einer Nockenwellenposition verwendet. Auf diese Weise wird die technische Wirkung erzielt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bei einem typischen Beispiel kann es sich bei dem Motor um einen bürstenlosen Motor handeln, und das Motorsteuergerät ermittelt die Motorposition durch ein Decodieren von Signalen von drei Hallsensoren, die mit einer Welle des Motors verbunden sind. Außerdem dreht das Motorsteuergerät den Motor mithilfe einer Rückkopplungsregelung auf Grundlage der aus den decodierten Signalen und der gewünschten Position ermittelten Motorposition in eine gewünschte Position.
Bei einem weiteren Beispiel umfasst das Verfahren: Während eines Anwerfens einer Kraftmaschine Antreiben einer Nockenwelle der Kraftmaschine mithilfe eines Elektromotors, der von einem Motorsteuergerät gesteuert wird, das eine Position des Motors und eine Position der Nockenwelle anzeigt; Ermitteln einer in einen Brennraum der Kraftmaschine angesaugten Luftmenge aus der angezeigten Nockenwellenposition und Drehzahl der Kraftmaschine mithilfe einer Kraftmaschinensteuereinrichtung; Ermitteln einer dem Brennraum zuzuführenden Kraftstoffladung aus der Luftmenge mithilfe der Kraftmaschinensteuereinrichtung, um die Kraftmaschine während des Anwerfens zu starten, und nach dem Anwerfen Erkennen der Nockenwellenposition mithilfe eines mit der Nockenwelle verbundenen Sensors und nicht des Motorsteuergeräts, zur Verwendung durch die Kraftmaschinensteuereinrichtung. Auf diese Weise werden genaue Anzeigen von Nockenwellenpositionen während eines Anwerfens einer Kraftmaschine bereitgestellt, so dass Kraftmaschinenbetriebsparameter wie beispielsweise eine Luft/Kraftstoffladung in den Brennräumen genau ermittelt werden, was kürzere Kraftmaschinenstarts und geringere Emissionen zur Folge hat.
Die vorstehend genannten Vorteile sowie andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Beschreibung sind leicht aus der folgenden ausführlichen Beschreibung zu ersehen, wenn diese allein oder in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen zur Kenntnis genommen wird.
Es sollte beachtet werden, dass die vorstehende Kurzdarstellung dazu dienen soll, in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten einzuführen, die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben werden. Sie ist nicht dafür bestimmt, Hauptmerkmale oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu bezeichnen, dessen Schutzbereich durch die auf die ausführliche Beschreibung folgenden Ansprüche eindeutig definiert wird. Überdies ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Realisierungen beschränkt, durch die irgendwelche der vorstehend oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung angegebenen Probleme gelöst werden.
Figurenliste

1 zeigt ein Blockschaltbild einer turbogeladenen Kraftmaschine mit einer Nockenwelle.
2 veranschaulicht ein Beispiel für ein Ermitteln der Ausrichtung einer Nockenwelle relativ zu einer Kurbelwelle, beide aus 1.
3 zeigt einen Ablaufplan, der ein Verfahren zum Steuern der Kraftmaschine aus
1 veranschaulicht.
4 zeigt einen Ablaufplan, der ein Verfahren zum Steuern eines bürstenlosen Motors veranschaulicht.
5 zeigt ein Schaubild, das Betriebsparameter während eines Abschnitts eines beispielhaften Antriebszyklus der Kraftmaschine aus 1 veranschaulicht, die gemäß dem Verfahren aus 3 betrieben wird.

Ausführliche Beschreibung
Brennkraftmaschinen können auf Grundlage einer Mehrzahl von Betriebsparametern gesteuert werden, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, Luftladung, Kraftstoffladung, Abgasrückführung, Kraftstoffdampf-Rückgewinnung, Zündzeitpunkt, Nockenwellensteuerzeiten, Ventilsteuerzeiten und so weiter. Insbesondere kann, um eine geeignete Menge an Kraftstoff zu ermitteln, die in einen Zylinder eingespritzt werden soll, auch die in den Zylinder angesaugte Luftmenge ermittelt werden. Bei Kraftmaschinen, bei denen die Einlass- (und/oder Auslass-) ventile mithilfe einer Nockenwelle betätigt werden, ist beim Ermitteln der angesaugten Luft die Position der Nockenwelle erforderlich. Die Position der Nockenwelle kann jedoch bei bestimmten Phasen eines Kraftmaschinenbetriebs unbekannt sein, zum Beispiel während eines Anlassens. Insbesondere ist ein Sensor, der so konfiguriert ist, dass er beim Sichdrehen der Nockenwelle vorbeilaufende Zähne erkennt, möglicherweise nicht in der Lage, genaue Messwerte zu melden, bis die Kraftmaschine eine ausreichend hohe Drehzahl erreicht oder eine ausreichende Anzahl von Umdrehungen ausgeführt hat. Daher kann eine relativ ungenaue letzte bekannte Nockenwellenposition verwendet werden, die beträchtlich von einer tatsächlichen Nockenwellenposition abweichen kann, was ein verlängertes Kraftmaschinenanwerfen und erhöhte Emissionen zur Folge haben kann. Dieses Problem kann bei Kraftmaschinen verschlimmert sein, die mit variabler Nockenwellensteuerung (variable cam timing, VCT) ausgestattet sind, schlimmer sein.
Es werden verschiedene Verfahren zum Ermitteln einer Nockenwellenposition auf Grundlage einer von einem Elektromotorsteuergerät angezeigten Position bereitgestellt. Bei einem Beispiel umfasst ein Verfahren: Während eines Anwerfens einer Kraftmaschine Antreiben einer Nockenwelle der Kraftmaschine mithilfe eines Elektromotors, der von einem Motorsteuergerät gesteuert wird, das eine Motorposition und eine Position der Nockenwelle anzeigt; Ermitteln eines oder mehrerer Kraftmaschinenbetriebsparameter zum Steuern der Kraftmaschine während des Anwerfens mithilfe einer Kraftmaschinensteuereinrichtung aus der angezeigten Nockenwellenposition und nach dem Anwerfen Erkennen der Nockenwellenposition mithilfe eines mit der Nockenwelle verbundenen Sensors. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer turbogeladenen Kraftmaschine mit einer Nockenwelle; 2 veranschaulicht ein Beispiel für ein Ermitteln der Ausrichtung einer Nockenwelle relativ zu einer Kurbelwelle, beide aus 1; 3 zeigt einen Ablaufplan, der ein Verfahren zum Steuern der Kraftmaschine aus 1 veranschaulicht, und 4 zeigt einen Ablaufplan, der ein Verfahren zum Steuern eines bürstenlosen Motors veranschaulicht. Die Kraftmaschine aus 1 weist auch eine Steuereinrichtung auf, die so konfiguriert ist, dass sie die in 3 und 4 gezeigten Verfahren ausführt.
1 ist ein schematisches Schaubild, das eine beispielhafte Kraftmaschine 10 zeigt, die in einem Antriebssystem eines Personenkraftwagens enthalten sein kann. Die Kraftmaschine 10 wird mit vier Zylindern 30 gezeigt. Allerdings können gemäß der aktuellen Offenbarung andere Anzahlen von Zylindern verwendet werden. Die Kraftmaschine 10 kann zumindest zum Teil durch ein Steuersystem mit einer Steuereinrichtung 12 und durch Eingaben eines Fahrzeugbedieners 132 über eine Eingabevorrichtung 130 gesteuert werden. Bei diesem Beispiel weist die Eingabevorrichtung 130 ein Gaspedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals PP auf. Jeder Brennraum (z.B. Zylinder) 30 der Kraftmaschine 10 kann Brennraumwände mit einem dazwischen angeordneten Kolben (nicht gezeigt) aufweisen. Die Kolben können mit einer Kurbelwelle 40 verbunden sein, sodass eine Hin- und Herbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle übersetzt wird. Die Kurbelwelle 40 kann über ein dazwischen angeordnetes Getriebesystem (nicht gezeigt) mit mindestens einem Antriebsrad eines Fahrzeugs verbunden sein. Außerdem kann ein Anlassermotor mit der Kurbelwelle 40 über ein Schwungrad verbunden sein, um eine Startoperation der Kraftmaschine 10 zu ermöglichen.
Die Brennräume 30 können über einen Ansaugweg 42 Ansaugluft aus einem Ansaugkrümmer 44 erhalten und können Verbrennungsgase über eine Abgasleitung 48 ausstoßen. Der Ansaugkrümmer 44 und der Austrittskrümmer 46 können über entsprechende Einlassventile und Auslassventile (nicht gezeigt) selektiv mit dem Brennraum 30 in Verbindung stehen. Bei einigen Ausführungsformen kann der Brennraum 30 zwei oder mehr Einlassventile und/oder zwei oder mehr Auslassventile aufweisen. Die Einlass- und/oder Auslassventile können mithilfe entsprechender auf einer Nockenwelle 162 angeordneter Nocken 160 betätigt (z.B. geöffnet und geschlossen) werden, während die Nockenwelle eine Drehbewegung vollführt.
Die Nockenwelle 162 kann mit der Kurbelwelle 40 über eine Verbindung 164 (z.B. Steuerkette, Riemen usw.) verbunden sein und kann außerdem mit einem Elektromotor 166 verbunden und von diesem angetrieben sein, der in 1 als mit einem Antriebszahnrad 168 der Nockenwelle verbunden dargestellt wird. Der Elektromotor 166 kann dazu imstande sein, die Phase der Nockenwelle 162 und dementsprechend die Zeitsteuerung der Nockenwelle relativ zu der Kurbelwelle 40 zu steuern, wodurch wiederum die Steuerzeiten geändert werden, an denen die Einlass- und/oder Auslassventile betätigt werden, um dadurch einen Betrieb der Kraftmaschine 10 zu optimieren (z.B. eine Kraftmaschinenleistung zu steigern und/oder Emissionen zu verringern). Daher kann der Elektromotor 166 als ein VCT-Aktuator bezeichnet werden.
Der Elektromotor 166 kann mithilfe eines Motorsteuergeräts 170 gesteuert werden, das geeignete Komponenten (z.B. ein logisches Untersystem) aufweisen kann, die so konfiguriert sind, dass sie ein Ändern der Phase der Nockenwelle 162 und ihrer Zeitsteuerung relativ zu der Kurbelwelle 40 erleichtern. Der Elektromotor 166 und das Motorsteuergerät 170 können zusammen als ein VCT-Elektromotorsystem bezeichnet werden. Der Elektromotor 166 kann die Position einer sich drehenden Komponente (z.B. einer Welle) anzeigen, die innerhalb des Motors untergebracht ist oder andernfalls von diesem betätigt wird, was hier nachfolgend als eine „Motorposition“ bezeichnet wird, und/oder die Position der Nockenwelle 162 (z.B. eine Drehlage der Nockenwelle), die bei einigen Beispielen aus der Motorposition abgeleitet werden kann. Bei einigen Beispielen kann die Nockenwellenposition durch Steuern der relativen Position zwischen einem Rotor und Stator des Elektromotors 166 gesteuert werden. In diesem Fall kann der Stator mechanisch mit der Kurbelwelle 40 verbunden sein (z.B. über Riemen/Ketten), und der Rotor kann über Zahnräder mechanisch mit der Nockenwelle 162 verbunden sein. Durch ein Variieren dieser relativen Position kann die Nockenwellenposition relativ zu der Kurbelwellenposition geändert werden, was wiederum die Nockenwellenposition verändert.
1 zeigt das Motorsteuergerät 170, das die Position der Nockenwelle 162 als das an eine Kraftmaschinensteuereinrichtung 12 gesendete CAM-Signal ausgibt. Wie nachfolgend ausführlicher beschrieben, kann das CAM-Signal eine genauere Anzeige der Position der Nockenwelle 162 liefern, von der ein oder mehrere Kraftmaschinenbetriebsparameter abgeleitet werden können. Bei einigen Ausführungsformen können das CAM-Signal (und/oder die Motorposition) mithilfe eines Controller-Area-Netzwerk-Busses (CAN-Bus) an die Steuereinrichtung 12 weitergeleitet werden. Eine Mehrzahl von Komponenten (z.B. Aktuatoren, die Steuereinrichtung 12 usw.) können miteinander über ein den CAN-Bus umfassendes Controller-Area-Netzwerk oder ein anderes Fahrzeugnetzwerk kommunikativ gekoppelt sein.
Der Elektromotor 166 kann verschiedene geeignete Formen aufweisen. Bei einem Beispiel kann der Elektromotor 166 ein bürstenloser Motor sein, der eine Motorposition durch Decodieren von Signalen von Hallsensoren ermitteln kann. Die Hallsensoren können auf eine stationäre Weise angebracht und so konfiguriert sein, dass sie einen unterschiedlichen Magnetfluss erkennen, der durch ein Vorbeidrehen eines oder mehrerer benachbarter Permanentmagneten induziert wird, die auf einem sich drehenden Abschnitt (z.B. einer Welle) des Motors angebracht sind. Alternativ können die Hallsensoren auf dem sich drehenden Abschnitt des Motors angebracht und so konfiguriert sein, dass sie einen induzierten Magnetfluss erkennen, der von einer Drehung in der Nachbarschaft eines oder mehrerer Magneten herrührt, die an einer festen, stationären Position angeordnet sind. Als ein nicht einschränkendes Beispiel können drei Hallsensoren, die in einem Abstand von etwa 120° voneinander angeordnet sind, mit der Welle des Elektromotors 166 verbunden sein. Bei Ausführungsformen, bei denen der Elektromotor 166 Hallsensoren verwendet, um eine Dreherfassung (rotational sensing) zu erleichtern, kann das Motorsteuergerät 170 den Motor mithilfe einer Rückkopplungsregelung auf Grundlage einer Motorposition, ermittelt aus decodierten Signalen, die von den Hallsensoren ausgegeben wurden, und auch der gewünschten Position, in eine gewünschte Position drehen. Die von den Hallsensoren ausgegebenen, decodierten Signale können als eine Anzeige der Position der Nockenwelle 162 verwendet werden. Bei einigen Beispielen kann die gewünschte Position relativ zu der Position (z.B. Drehlage) der Kurbelwelle 40 ermittelt werden, von der eine Anzeige mithilfe von der Steuereinrichtung 12 ausgegebenen Signalen empfangen werden kann. Diese Signale können mithilfe des vorstehend beschriebenen CAN-Busses weitergeleitet werden.
Bei anderen Ausführungsformen kann eine Dreherfassung in dem Elektromotor 166 mithilfe eines Drehgebers oder durch Messen einer Gegeninduktionsspannung (back-EMF) ausgeführt werden. Ein Ermitteln einer absoluten Motorposition kann dementsprechend an die Konfiguration des Elektromotors 166 angepasst sein. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann ein Potentiometer, dessen Widerstand mit einer Winkellage variiert, verwendet werden, um die absolute Drehlage des VCT-Aktuators zu ermitteln. Bei einigen Ausführungsformen kann das
Motorsteuergerät 170 von der Steuereinrichtung 12 Signale empfangen, die die Drehlage der Kurbelwelle 40 anzeigen, um die Drehlage der Nockenwelle 162 zu erkennen.
Bei noch anderen Ausführungsformen kann der Elektromotor 166 ein Schrittmotor sein. Hier kann das Motorsteuergerät 170 dem Elektromotor 166 mehrere Spannungsphasen zuführen, um beispielsweise den Motor auf diese Weise gesteuert (via open loop control) in eine gewünschte Position zu drehen. Insbesondere kann die Steuereinrichtung 12 drei Signale auf verschiedenen Phasen erzeugen, um den Schrittmotor gesteuert zu drehen, um dadurch die gewünschte Position zu erreichen, und kann die Erzeugung der drei Signale als eine Anzeige der Position der Nockenwelle 162 nutzen.
Unabhängig von der bei dem Elektromotor 166 eingesetzten Konfiguration, steht die von dem Motor angezeigte Nockenwellenposition in Beziehung zu der Zeitsteuerung und Dauer der Öffnung eines mit einem Brennraum 30 verbundenen Einlassventils. Daher kann die Nockenwellenposition verwendet werden, um einen oder mehrere Betriebsparameter zu ermitteln, gemäß denen die Kraftmaschine 10 betrieben werden kann. Zum Beispiel kann die Steuereinrichtung 12 die in die Brennräume 30 angesaugte Luftmenge aus den Steuerzeiten und der Öffnungsdauer des Einlassventils ermitteln, die von der Nockenwellenposition abgeleitet wurden. Eine geeignete einzuspritzende Kraftstoffladung kann anschließend auf Grundlage der angesaugten Luft ermittelt werden, um dadurch eine Kraftmaschinenleistung zu steigern und Emissionen zu verringern. Während des gesamten Kraftmaschinenbetriebs kann die Steuereinrichtung 12 dem Motorsteuergerät 170 außerdem gewünschte Motorpositionen liefern, die gewünschten Nockenwellenpositionen entsprechen.
Es sollte beachtet werden, dass die in 1 gezeigte Nockenwellenkonfiguration als ein Beispiel angeführt wird und nicht einschränkend sein soll. Bei einigen Ausführungsformen kann eine Nockenwelle bereitgestellt werden, die zum Öffnen eines der Einlass- und Auslassventile imstande ist. Außerdem können zwei Nockenwellen für andere Zylinderkonfigurationen als die in 1 gezeigte bereitgestellt werden, wie beispielsweise V-6, V-8, V-10 oder V-12-Zylinderkonfigurationen.
Die Kraftmaschine 10 kann zusätzliche Mechanismen aufweisen, mit denen eine Drehung der Nockenwelle 162 erfasst werden kann. Insbesondere kann ein Impulsrad 171 mit der Nockenwelle 162 verbunden und einem Antriebsrad 168 benachbart positioniert sein. Das Impulsrad 171 kann eine Mehrzahl von Zähnen aufweisen, deren Drehung mithilfe eines Nockenwellensensors 172 erfasst werden kann, bei dem es sich um einen Sensor mit variabler Reluktanz (variable reluctance sensor, VRS) wie zum Beispiel einen Hallsensor handeln kann. Die Anzahl von auf dem Impulsrad 171 positionierten Zähnen kann abhängig von der Anzahl von Zylindern in der Kraftmaschine unterschiedlich sein; beispielsweise können drei Zähne für vier Zylinder, vier Zähne für sechs Zylinder und fünf Zähne für acht Zylinder vorhanden sein. Im Allgemeinen wird durch den Winkelabstand, in dem die Zähne angeordnet sind, der zeitliche Abstand zwischen Impulsen in einer Impulsfolge gesteuert, die von dem Nockenwellensensor 172 erzeugt wird, während sich das Impulsrad 171 dreht. Derartige Impulse können als das in 1 gezeigte VCT-Signal an die Steuereinrichtung 12 weitergeleitet werden. Insbesondere können die Zähne ungleichmäßig beabstandet sein, sodass einige Zähne nahe beieinander positioniert sind, während andere Zähne relativ weiter voneinander entfernt positioniert sind. Über das Impulsrad kann man sagen, dass es einen „fehlenden Zahn“ in den Bereichen eines größeren (oder des größten) Winkelabstands aufweist. Ungleiche zeitliche Abstände zwischen Impulsen in einer Impulsfolge sind die Folge davon, was ein Unterscheiden mindestens eines Zahns von den anderen ermöglicht. Dieser Zahn kann mit einer bestimmten Ausrichtung der Nockenwelle 162 übereinstimmen, wie zum Beispiel der TDC-Position des ersten Zylinders 30 bei einer Zündfolge. Bei einigen Beispielen kann eine Ausgabe des Nockenwellensensors 172 verwendet werden, um die absolute Position des Elektromotors 166 zu ermitteln. Zum Beispiel können von einer Ausgabe des Nockenwellensensors 172 abgeleitete Motordrehwinkel auf Grundlage eines bekannten Gangverhältnisses des Elektromotors 166 zu der Nockenwelle in eine absolute Bewegung der Nockenwelle 162 übersetzt werden.
Von einem Nockenwellensensor 172 erzeugte Impulsfolgen können mit Impulsfolgen verglichen werden, die von einem Kurbelwellensensor 118 erzeugt wurden, bei dem möglicherweise ein ähnlicher Mechanismus verwendet wird, um eine Kurbelwellendrehung zu erfassen. Bei einem Beispiel kann der Sensor 118, der auch als ein Kraftmaschinendrehzahlsensor verwendet werden kann, eine vorgegebene Anzahl gleichmäßig beabstandeter Impulse bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle 40 erzeugen. Derartige Impulse können an die Steuereinrichtung 12 als ein Zündsignal (profile ignition pickup signal, PIP) weitergeleitet werden. Insbesondere kann ein Ermitteln von Zeitdauern zwischen einem VCT-Impuls und benachbarten PIP-Impulsen eine Anzeige einer Nockenwellenausrichtung relativ zu der Kurbelwelle in Grad liefern. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann diese relative Nockenwellenausrichtung mithilfe der folgenden Formel ermittelt werden: Θ_Nockenwelle = (720(t_VCT - t_PIP,R1))/((n)*(t_PIP,R1 - t_PIP,R0)), wobei t_VCT der Zeitpunkt ist, an dem der VCT-Impuls auftrat, t_PIP,R1 der Zeitpunkt des Auftretens der steigenden Flanke eines unmittelbar vorhergehenden PIP-Impulses ist, n die Anzahl von Zylindern in der Kraftmaschine ist und t_PIP,R0 der Zeitpunkt des Auftretens der steigenden Flanke eines PIP-Impulses ist, der dem ersten PIP-Impuls unmittelbar vorangeht.
2 veranschaulicht ein Beispiel einer Ermittlung einer Ausrichtung einer Nockenwelle relativ zu einer Kurbelwelle und veranschaulicht möglicherweise insbesondere ein Verfahren, durch das zum Beispiel die Drehlage der Nockenwelle 162 relativ zu der Kurbelwelle 40 ermittelt werden kann. Es werden eine von dem Kurbelwellensensor 118 erzeugte Impulsfolge 202 und eine von dem Nockenwellensensor 172 erzeugte Impulsfolge 204 gezeigt. Die Impulsfolge 202 umfasst eine Mehrzahl gleichmäßig beabstandeter Impulse, während die Impulsfolge 204 aufgrund der Winkelanordnung von Zähnen auf dem Impulsrad eine Mehrzahl asymmetrisch beabstandeter Impulse umfasst. T_VCT markiert das Auftreten eines bestimmten VCT-Impulses, der zum Beispiel den TDC des ersten Zylinders in einer Zündfolge kennzeichnen kann. 2 zeigt außerdem das Auftreten steigender Flanken entsprechender PIP-Impulse (t_PIP,R0 und t_PIP,R1), die, zusammen mit t_VCT, zum Ermitteln der Ausrichtung der Nockenwelle 162 relativ zu der Kurbelwelle 40 mithilfe der vorstehend angegebenen Formel verwendet werden können. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die Impulsfolgen 202 und 204 als Beispiele angeführt werden und in keiner Weise einschränkend sein sollen. Die Impulsfolgen stellen insbesondere einen Kraftmaschinenbetrieb unter Bedingungen eines stationären Zustands dar.
Nochmals mit Bezug auf 1: Die Kraftstoffeinspritzventile 50 werden direkt mit einem Brennraum 30 verbunden gezeigt, um Kraftstoff proportional zu der Pulsbreite eines von der Steuereinrichtung 12 empfangenen Signals FPW direkt dort hinein einzuspritzen. Auf diese Weise liefert das Einspritzventil 50 das, was als Direkteinspritzung von Kraftstoff in den Brennraum 30 bekannt ist. Das Einspritzventil kann beispielsweise in der Seite des Brennraums oder im oberen Teil des Brennraums angebracht sein. Kraftstoff kann dem Kraftstoffeinspritzventil 50 mithilfe eines Kraftstoffsystems (nicht gezeigt) mit einem Kraftstofftank, einer Kraftstoffpumpe und einem Kraftstoffverteiler zugeführt werden. Bei einigen Ausführungsformen können die Brennräume 30 alternativ oder zusätzlich ein Einspritzventil aufweisen, das in dem Ansaugkrümmer 44 in einer Konfiguration angeordnet ist, die das liefert, was als Kanaleinspritzung von Kraftstoff in den Ansaugkanal stromauf jedes Brennraums 30 bekannt ist.
Der Ansaugweg 42 kann eine Drossel 21 und 23 mit jeweiligen Drosselklappen 22 und 24, aufweisen. Bei diesem speziellen Beispiel kann die Position der Drosselklappen 22 und 24 von der Steuereinrichtung 12 mithilfe von Signalen variiert werden, die einem zusammen mit den Drosseln 21 und 23 angeordneten Aktuator zugeführt werden. Bei einem Beispiel kann es sich bei den Aktuatoren um elektrische Aktuatoren (z.B. Elektromotoren) handeln, eine Konfiguration, die üblicherweise als elektronische Drosselsteuerung (electronic throttle control, ETC) bezeichnet wird. Auf diese Weise können die Drosseln 21 und 23 so betrieben werden, dass sie dem Brennraum 30 zugeführte Ansaugluft zwischen anderen Kraftmaschinenzylindern variieren. Die Position der Drosselklappen 22 und 24 kann der Steuereinrichtung 12 durch ein Drosselpositionssignal DP geliefert werden. Der Ansaugweg 42 kann außerdem einen Luftmassensensor 120, einen Saugrohrdrucksensor 122 und einen Drosseleinlassdrucksensor 123 aufweisen, um der Steuereinrichtung 12 entsprechende Signale, MAF (Luftmassenstrom) und MAP (Saugrohrdruck), zuzuführen.
Die Abgasleitung 48 kann Abgase aus den Zylindern 30 aufnehmen. Der Abgassensor 128 wird mit der Abgasleitung 48 stromauf einer Turbine 62 und einer Abgasreinigungsvorrichtung 78 verbunden gezeigt. Der Sensor 128 kann aus verschiedenen geeigneten Sensoren zum Bereitstellen einer Anzeige eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses im Abgas ausgewählt sein, wie beispielsweise einem linearen Sauerstoffsensor oder UEGO-Sensor (universal or wide-range exhaust gas oxygen sensor, universeller oder Breitband-Abgassauerstoffsensor), einem binären Sauerstoffsensor oder EGO-Sensor, einem NOx-, HC- oder CO-Sensor. Bei der Abgasreinigungsvorrichtung 78 kann es sich um einen Drei-Wege-Katalysator (TWC), eine NOx-Falle, verschiedene andere Abgasreinigungsvorrichtungen oder Kombinationen davon handeln.
Eine Abgastemperatur kann mithilfe eines oder mehrerer Temperatursensoren (nicht gezeigt) gemessen werden, die sich in der Abgasleitung 48 befinden. Alternativ kann eine Abgastemperatur auf Grundlage von Kraftmaschinenbetriebsbedingungen wie zum Beispiel Drehzahl, Last, Luft-Kraftstoff-Verhältnis (LKV), Spätzündung usw. gefolgert werden.
Die Steuereinrichtung 12 wird in 1 als ein Mikrocomputer gezeigt, der eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingabe/Ausgabeanschlüsse 104, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrationswerte, bei diesem speziellen Beispiel als ein Nur-Lese-Chip 106 gezeigt, Direktzugriffsspeicher 108, Keep-Alive-Speicher 110 und einen Datenbus aufweist. Die Steuereinrichtung 12 kann neben den bereits erörterten Signalen verschiedene Signale von mit der Kraftmaschine 10 verbundenen Sensoren empfangen, darunter eine Messung eines angesaugten Luftmassenstroms (MAF) von dem Luftmassensensor 120; eine Kraftmaschinenkühlmitteltemperatur (engine coolant temperature, ECT) von dem schematisch an einer Stelle in der Kraftmaschine 10 gezeigten Temperatursensor 112; das PIP-Signal von dem wie erörtert mit der Kurbelwelle 40 verbundenen Kurbelwellensensor 118 (z.B. einem Hallsensor oder einem anderen Typ); das VCT-Signal von dem Nockenwellensensor 172, wie erörtert; die Drosselposition (DP) von einem Drosselpositionssensor, wie erörtert, und ein Saugrohrdrucksignal MAP von dem Sensor 122, wie erörtert. Ein Kraftmaschinendrehzahlsignal UPM kann von der Steuereinrichtung 12 aus dem Signal PIP erstellt werden. Das Saugrohrdrucksignal MAP von einem Saugrohrdrucksensor kann verwendet werden, um eine Anzeige eines Unterdrucks oder Drucks in dem Ansaugkrümmer 44 zu liefern. Es sollte beachtet werden, dass verschiedene Kombinationen der vorstehend angegebenen Sensoren verwendet werden können, wie beispielsweise ein MAF-Sensor ohne einen MAP-Sensor oder umgekehrt. Während eines stöchiometrischen Betriebs kann der MAP-Sensor eine Anzeige eines Kraftmaschinendrehmoments liefern. Außerdem kann dieser Sensor zusammen mit der erkannten Kraftmaschinendrehzahl eine Schätzung einer in den Zylinder eingeführten Ladung (Luft eingeschlossen) liefern. Bei einigen Beispielen kann das Speichermedium, der Nur-Lese-Speicher 106, mit computerlesbaren Daten programmiert sein, die von dem Prozessor 102 ausführbare Anweisungen zum Ausführen der nachfolgend beschriebenen Verfahren wie auch anderer Varianten darstellen, die vorausgesehen, aber nicht speziell aufgeführt werden.
Die Kraftmaschine 10 kann außerdem über eine Verdichtungsvorrichtung wie beispielsweise einen Turbolader oder Superlader mit mindestens einem entlang dem Ansaugkrümmer 44 angeordneten Verdichter 60 verfügen. Im Fall eines Turboladers kann der Verdichter 60 zumindest zum Teil durch eine Turbine 62 angetrieben werden, z.B. über eine Welle oder eine andere Kopplungsanordnung. Die Turbine 62 kann entlang der Abgasleitung 48 angeordnet sein und mit durch diese strömenden Abgasen in Verbindung stehen. Verschiedene Anordnungen können bereitgestellt werden, um den Verdichter anzutreiben. Im Fall eines Superladers kann der Verdichter 60 zumindest zum Teil durch die Kraftmaschine und/oder eine elektrische Maschine angetrieben werden und weist möglicherweise keine Turbine auf. Daher kann das Ausmaß an Verdichtung, dass für einen oder mehrere Zylinder der Kraftmaschine mithilfe eines Turboladers oder Superladers bereitgestellt wird, von der Steuereinrichtung 12 variiert werden. In einigen Fällen kann die Turbine 62 zum Beispiel einen elektrischen Generator 64 antreiben, um eine Batterie 66 mithilfe eines Turbotreibers 68 mit Strom zu versorgen. Strom von der Batterie 66 kann dann zum Antreiben des Verdichters 60 über einen Motor 70 verwendet werden. Außerdem kann ein Sensor 123 im Ansaugkrümmer 44 angeordnet sein, um der Steuereinrichtung 12 ein BOOST-Signal zuzuführen.
Überdies kann die Abgasleitung 48 ein Bypassventil (wastegate) 26 zum Umlenken von Abgas weg von der Turbine 62 aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen kann das Bypassventil 26 ein mehrstufiges Bypassventil sein wie zum Beispiel ein zweistufiges Bypassventil mit einer ersten Stufe, die für ein Steuern eines Ladedrucks konfiguriert ist, und einer zweiten Stufe, die für ein Erhöhen eines Wärmeflusses zur Abgasreinigungsvorrichtung 78 konfiguriert ist. Das Bypassventil 26 kann mithilfe eines Aktuators 150 betrieben werden, bei dem es sich beispielsweise um einen elektrischen oder einen pneumatischen Aktuator handeln kann. Der Ansaugweg 42 kann ein Verdichter-Bypassventil 27 aufweisen, das so konfiguriert ist, dass es Ansaugluft um den Verdichter 60 herum umlenkt. Das Bypassventil 26 und/oder das Verdichter-Bypassventil 27 können von der Steuereinrichtung 12 mithilfe von Aktuatoren (z.B. dem Aktuator 150) so gesteuert werden, dass sie zum Beispiel geöffnet werden, wenn ein niedrigerer Ladedruck gewünscht wird.
Der Ansaugweg 42 kann außerdem einen Ladeluftkühler (CAC) 80 (z.B. einen Zwischenkühler) aufweisen, um die Temperatur der turbogeladenen oder aufgeladenen Ansauggase zu verringern. Bei einigen Ausführungsformen kann der Ladeluftkühler 80 ein Luft-Luft-Wärmetauscher sein. Bei anderen Ausführungsformen kann der Ladeluftkühler 80 ein Luft-Flüssigkeit-Wärmetauscher sein.
Außerdem kann bei den offenbarten Ausführungsformen ein Abgasrückführsystem (AGR-System) über einen AGR-Kanal 140 einen gewünschten Teil des Abgases aus der Abgasleitung 48 zu dem Ansaugweg 42 leiten. Die dem Ansaugweg 42 zugeführte Menge an AGR kann von der Steuereinrichtung 12 mithilfe eines AGR-Ventils 142 variiert werden. Außerdem kann ein AGR-Sensor (nicht gezeigt) in der AGR-Leitung angeordnet sein und kann eine Anzeige eines oder mehrerer aus Druck, Temperatur und Konzentration des Abgases liefern. Alternativ kann die AGR mithilfe eines berechneten Werts auf Grundlage von Signalen des MAF-Sensors (stromauf), des MAP- (Ansaugkrümmer), MAT- (Gastemperatur im Ansaugkrümmer, manifold gas temperature) und des Kurbelwellendrehzahlsensors gesteuert werden. Außerdem kann die AGR auf Grundlage eines Abgas-O₂-Sensors und/oder eines Ansaugsauerstoffsensors (Ansaugkrümmer) gesteuert werden. Unter manchen Bedingungen kann das AGR-System verwendet werden, um die Temperatur des Luft- und Kraftstoffgemisches in dem Brennraum zu regeln. 1 zeigt ein Hochdruck-AGR-System, bei dem AGR von stromauf einer Turbine eines Turboladers nach stromab eines Verdichters eines Turboladers geleitet wird. Bei anderen Ausführungsformen kann die Kraftmaschine zusätzlich oder alternativ ein Niederdruck-AGR-System aufweisen, bei dem AGR von stromab einer Turbine eines Turboladers nach stromauf eines Verdichters des Turboladers geleitet wird.
3 zeigt einen Ablaufplan, der ein Verfahren 300 zum Steuern der Kraftmaschine aus 1 veranschaulicht. Insbesondere kann das Verfahren 300 eine Steuerung der Kraftmaschine 10 aus 1 ermöglichen, die zum Teil auf Nockenwellenpositionen beruht, die von der Kraftmaschinensteuereinrichtung 12 mithilfe des CAM-Signals von dem Motorsteuergerät 170 empfangen wurden.
Das Verfahren kann eingeleitet werden, wenn ein Fahrzeugbediener einen Kraftmaschinenstartmodus auslöst, zum Beispiel beim Auftreten eines Schlüssel-ein-Ereignisses.
Das Verfahren beinhaltet bei Schritt 302 ein Anwerfen der Kraftmaschine, das ein Betätigen eines mit einer Kurbelwelle der Kraftmaschine verbundenen Anlassermotors beinhalten kann, um ein Sichdrehen der Kurbelwelle auszulösen.
Als Nächstes beinhaltet das Verfahren bei Schritt 304 ein Empfangen einer Motorposition und einer entsprechenden Nockenwellenposition von einem Motorsteuergerät (z.B. dem Motorsteuergerät 170 aus 1), das mit einem Elektromotor (z.B. dem Motor 166) in Zusammenhang stehen kann, der zum Ändern der Phase einer Nockenwelle (z.B. der Nockenwelle 162) imstande ist. Wie vorstehend beschrieben, kann die Motorposition die Drehlage des Motors anzeigen und kann eine Grundlage für ein Ableiten der Nockenwellenposition liefern. Die Motor- und/oder die entsprechende Nockenwellenposition können mithilfe des vorstehend beschriebenen CAM-Signals an die Kraftmaschinensteuereinrichtung weitergeleitet werden.
Als Nächstes beinhaltet das Verfahren bei Schritt 306 ein Antreiben der Nockenwelle mithilfe des Elektromotorsteuergeräts. Das Elektromotorsteuergerät kann die Nockenwelle antreiben, um eine gewünschte Nockenwellenposition zu erzielen, die von der Kraftmaschinensteuereinrichtung auf Grundlage von einer oder mehreren Kraftmaschinen- und/oder Fahrzeugbedingungen ermittelt und an das Motorsteuergerät gesendet werden kann. Dementsprechend beinhaltet das Verfahren bei Schritt 308 zu ermitteln, ob sich die Motorposition an einer Position befindet, die der gewünschten Nockenwellenposition zum Starten der Kraftmaschine entspricht. Wenn sich die Motorposition an der Position befindet, die der gewünschten Nockenwellenposition entspricht (JA), schreitet das Verfahren fort zu Schritt 310. Wenn sich die Motorposition nicht an dieser Position befindet (NEIN), kehrt das Verfahren zurück zu Schritt 308. Bei Ausführungsformen, bei denen das Motorsteuergerät einen bürstenlosen Motor steuert, wobei eine Drehung mithilfe von Hallsensoren erfasst wird, können decodierte, von den Hallsensoren ausgegebene Signale analysiert werden, um zu ermitteln, ob diese Position erreicht wurde, wie vorstehend beschrieben.
Als Nächstes beinhaltet das Verfahren bei Schritt 310 beinhalten, einen oder mehrere Betriebsparameter zum Steuern der Kraftmaschine während eines Anwerfens zu ermitteln, wobei der eine oder mehrere Betriebsparameter aus der Motorposition und einer abgeleiteten Nockenwellenposition ermittelt werden. Die abgeleitete Nockenwellenposition kann aus der Motorposition auf die vorstehend beschriebenen Weisen abgeleitet werden. Als Teil eines Ermittelns des einen oder mehrerer Betriebsparameter zum Steuern der Kraftmaschine während eines Anwerfens kann das Verfahren bei Schritt 312 beinhalten, aus der abgeleiteten Nockenwellenposition und der Augenblicksdrehzahl der Kraftmaschine eine in einen Brennraum angesaugte Luftmenge zu ermitteln. Da diese Luftmenge in hohem Maße abhängig von einer Einlassventil-Steuerzeit und damit einer Nockenwellenposition sein kann, kann eine genauere Schätzung angesaugter Luft durch Ermitteln einer Nockenwellenposition aus der Motorposition erlangt werden.
Als Nächstes beinhaltet das Verfahren bei Schritt 314 ein Einspritzen einer Kraftstoffladung in den Brennraum. Die eingespritzte Kraftstoffmenge kann auf Grundlage der bei 312 ermittelten in den Brennraum angesaugten Luftmenge ermittelt werden. Daher kann die Kraftstoffladung für Kraftmaschinenbetriebsbedingungen optimiert werden, was eine Kraftmaschinenleistung steigern und/oder Emissionen verringern kann.
Als Nächstes beinhaltet das Verfahren bei Schritt 316 zu ermitteln, ob die aktuelle Drehzahl der Kraftmaschine eine vorgegebene Drehzahl überschreitet. Die vorgegebene Drehzahl kann einer Schwelle entsprechen oberhalb derer Kraftmaschinendrehzahlen ausreichend sind, um ein Anwerfen zu beenden. Dementsprechend schreitet das Verfahren, wenn die Kraftmaschinendrehzahl die vorgegebene Drehzahl überschreitet (JA), fort zu Schritt 318. Wenn die Kraftmaschinendrehzahl die vorgegebene Drehzahl nicht überschreitet (NEIN), kehrt das Verfahren zurück zu Schritt 302.
Als Nächstes beinhaltet das Verfahren bei Schritt 318 ein Beenden des Startmodus und ein Beenden des Anwerfens. Eine als „nach dem Anwerfen“ bezeichnete Zeitspanne kann eine Zeitspanne nach einem ersten Verbrennungsereignis (z.B. Zünden eines ersten Zylinders in einer Zylinderzündfolge) beinhalten, die sich ab dem Rest des Kraftmaschinenanwerfens und darüber hinaus bis nachdem sowohl der Kurbelwellen- als auch der Nockenwellensensor validiert wurden (z.B. ist ihre Ausgabe von ausreichender Qualität, um zum Ermitteln eines oder mehrerer Kraftmaschinenbetriebsparameter verwendet zu werden, wie vorstehend mit Bezug auf 2 erläutert) erklärt.
Als Nächstes beinhaltet das Verfahren bei Schritt 320 ein Erkennen der Nockenwellenposition mithilfe eines Nockenwellensensors (z.B. dem Nockenwellensensor 172). Die Nockenwellenposition kann zum Beispiel auf Grundlage des in 1 gezeigten VCT-Signals erkannt werden.
Als Nächstes beinhaltet das Verfahren bei Schritt 322 ein Steuern der Kraftmaschine auf Grundlage der mithilfe des Nockenwellensensors erfassten Nockenwellenposition und nicht auf Grundlage der mithilfe des Motorgebers (z.B. Hallsensoren, Drehgeber usw.) erfassten Nockenwellenposition. Bei der Kraftmaschine 10 aus 1 können mithilfe des Motorsteuergeräts 170 erfasste und mithilfe von CAM-Signalen weitergeleitete Nockenwellenpositionen anschließend mithilfe des Nockenwellensensors 172 und von VCT-Signalen erfasst werden. Ein derartiges Übergeben einer Nockenwellenpositionserfassung kann ausgeführt werden, da bei einigen Ausführungsformen ein Impulsrad möglicherweise eine Positionserfassung mit höherer Auflösung liefert als mehrere Hallsensoren. Bei einigen Szenarios kann ein Unterschied zwischen einer über das Motorsteuergerät bereitgestellten Nockenwellenposition und einer über den Nockenwellensensor bereitgestellten Nockenwellenposition vorhanden sein. Die über den Nockenwellensensor bereitgestellte Nockenwellenposition kann gewählt werden, um die Differenz aufzulösen, obwohl bei anderen Beispielen die Differenz durch Auswählen der über das Motorsteuergerät bereitgestellten Nockenwellenposition oder durch Ausführen einer geeigneten Mittelwertbildung und/oder Filterung aufgelöst werden kann.
Das Verfahren kann außerdem als Teil einer Kraftmaschinensteuerung bei Schritt 322 ein Ermitteln einer in einen Brennraum angesaugten Luftmenge und einer entsprechenden Kraftstoffladung nach dem Startmodus zum Teil auf Grundlage einer von dem Nockenwellensensor bei Schritt 324 bereitgestellten Nockenwellenposition beinhalten. Auf diese Weise kann die Genauigkeit, mit der eine Luftansaugung und entsprechende Kraftstoffladungen ermittelt werden, durch Schätzen einer Luftansaugung mithilfe von von Motorpositionen während des Startmodus abgeleiteten Nockenwellenpositionen und mithilfe von von dem Nockenwellensensor nach dem Startmodus erlangten Nockenwellenpositionen erhöht werden. Daher können von einem VCT-Elektromotorsystem erlangte Nockenwellenpositionen verwendet werden, um eine Kraftstoffeinspritzung während eines Kraftmaschinenanwerfens anzupassen, während von Nockenwellen- und Kurbelwellensensor angezeigte andere Nockenwellenpositionen zum Anpassen einer Kraftstoffeinspritzung nach dem Anwerfen verwendet werden können. Ein Anpassen einer Kraftstoffeinspritzung kann hier ein Anpassen auf Grundlage einer geschätzten Luftladung beinhalten, was auf einem Luftmassensensor (z.B. dem Sensor 120 aus 1) und/oder einem Saugrohrdrucksensor (z.B. dem Sensor 122 aus 1) beruhen kann. Die geschätzte Luftladung kann außerdem auf Grundlage einer Nockenwellenposition geschätzt werden, die von dem VCT-Elektromotorsystem während eines Kraftmaschinenanwerfens angezeigt wird, und mithilfe einer anderen Nockenwellenposition nach dem Anwerfen.
Es sollte beachtet werden, dass das Verfahren 300 auf verschiedene geeignete Weisen abgewandelt werden kann. Bei einigen Ausführungsformen können Nockenwellenpositionen mithilfe des Motorsteuergeräts und nicht des Nockenwellensensors erkannt werden, nachdem der Startmodus geendet und ein Anwerfen aufgehört hat. Bei anderen Ausführungsformen können Nockenwellenpositionen kontinuierlich von dem Motorsteuergerät an die Kraftmaschinensteuereinrichtung weitergeleitet werden, selbst wenn die Kraftmaschine auf Grundlage von über den Nockenwellensensor erfassten Nockenwellenpositionen gesteuert wird. Bei einigen Ausführungsformen können sowohl von dem Motorsteuergerät als auch von dem Nockenwellensensor empfangene Nockenwellenpositionen zum Steuern der Kraftmaschine verwendet werden.
Außerdem kann eine gewünschte Nockenwellensteuerzeit auf Grundlage von Betriebsbedingungen und dem Nockenwellensensor an das VCT-Elektromotorsystem gesendet werden. Ein Senden der gewünschten Nockenwellensteuerzeit kann nach einem Kraftmaschinenanwerfen ausgeführt werden, und während oder vor dem Anwerfen kann das Senden der gewünschten Nockenwellenposition auf der Nockenwellenposition des VCT-Elektromotorsystems beruhen, die über ein Fahrzeugnetzwerk (z.B. CAN) übertragen wird. Ein Senden der gewünschten Nockenwellenposition kann ebenfalls über das Fahrzeugnetzwerk erfolgen.
4 zeigt einen Ablaufplan, der ein Verfahren 400 zum Steuern eines bürstenlosen Motors veranschaulicht. Das Verfahren 400 kann zum Steuern des Elektromotors 166 verwendet werden, zum Beispiel bei Ausführungsformen, bei denen der Motor ein bürstenloser Motor ist. Das Verfahren kann außerdem dazu verwendet werden, um Nockenwellenpositionen zur Verwendung durch eine Kraftmaschinensteuereinrichtung (z.B. die Steuereinrichtung 12 aus 1) von Motorpositionen abzuleiten.
Das Verfahren kann bei Schritt 402 ein Empfangen von Drehsignalen des Rotors von einem oder mehreren Hallsensoren beinhalten. Wie vorstehend beschrieben, können die Hallsensoren an einer stationären, festen Position angebracht und so konfiguriert werden, dass sie eine Drehung des Rotors auf Grundlage von Änderungen in einem Magnetfluss erkennen, der durch ein Vorbeidrehen benachbarter Magnete induziert wird, die an einem sich drehenden Abschnitt (z.B. einer Welle) des Motors angebracht sind, obwohl auch Ausführungsformen in Betracht gezogen werden, bei denen die Hallsensoren mit dem sich drehenden Abschnitt verbunden sind, wobei die Magneten an einer festen Position angeordnet sind.
Als Nächstes kann das Verfahren bei Schritt 404 ein Decodieren der bei Schritt 402 empfangenen Drehsignale des Rotors beinhalten. Bei einigen Ausführungsformen kann jedes Drehsignal des Rotors ein binäres Signal sein, das einen von zwei Werten (z.B. ein oder aus/0 oder 1) annimmt. Ein Decodieren der Drehsignale des Rotors kann daher ein Verwenden einer binären Decodierung beinhalten, um zu ermitteln, welche aus dem einen oder mehreren Hallsensoren eingeschaltet sind (z.B. 1 ausgeben).
Als Nächstes kann das Verfahren bei Schritt 406 ein Ermitteln von Ansteuersignalen einer Stromversorgungsvorrichtung auf Grundlage der bei Schritt 404 decodierten Drehsignale des Rotors beinhalten. Bei einigen Beispielen können jedem decodierten Drehsignal des Rotors ein oder mehrere Ansteuersignale einer Stromversorgungsvorrichtung in einer geeigneten Datenstruktur (z.B. einer Verweistabelle) zugeordnet sein, sodass geeignete Ansteuersignale beim Decodieren der Drehsignale ermittelt werden können.
Als Nächstes kann das Verfahren bei Schritt 408 ein Ansteuern von Motorwicklungen auf Grundlage der bei Schritt 406 ermittelten Ansteuersignale der Stromversorgungsvorrichtung beinhalten. Der Motor kann eine Mehrzahl von Stromversorgungsvorrichtungen aufweisen, von denen jede elektrisch mit einer oder mehreren Wicklungen des Motors verbunden ist. Durch ein Ansteuern der Stromversorgungsvorrichtungen kann daher die Zufuhr von elektrischem Strom zu ihren zugeordneten Wicklungen ermöglicht werden, wodurch wiederum eine Drehbewegung in dem Motor induziert wird, um eine gewünschte Position zu erreichen (z.B. eine Drehlage).
Als Nächstes kann das Verfahren bei Schritt 410 ein Ableiten einer Nockenwellenposition auf Grundlage einer Motorposition beinhalten. Bei der Motorposition kann es sich um eine absolute Drehlage des Motors handeln, und sie kann auf verschiedene geeignete Weisen ermittelt werden - zum Beispiel mithilfe eines Gebers mit einem Potentiometer, dessen Widerstand sich mit dem Winkel ändert. Bei einigen Beispielen kann die Motorposition alternativ oder zusätzlich von einer Position einer Kurbelwelle (z.B. der Kurbelwelle 40 aus 1) abgeleitet werden, die mit der von dem Motor betätigten Nockenwelle (z.B. der Nockenwelle 162) verbunden ist. Die Nockenwellenposition kann dann auf die vorstehend beschriebenen Weisen auf Grundlage der Motorposition abgeleitet werden.
Als Nächstes kann das Verfahren bei Schritt 412 ein Senden der bei Schritt 410 abgeleiteten Nockenwellenposition an die Kraftmaschinensteuereinrichtung beinhalten. Ein oder mehrere Betriebsparameter zum Steuern einer Kraftmaschine können auf Grundlage der abgeleiteten Nockenwellenposition ermittelt werden, wie vorstehend beschrieben und in 3 gezeigt.
Schließlich kann das Verfahren bei Schritt 414 beinhalten zu ermitteln, ob eine gewünschte Motorposition erreicht wurde. Die gewünschte Motorposition kann beispielsweise von der Kraftmaschinensteuereinrichtung an das Motorsteuergerät gesendet worden sein. Wenn die gewünschte Motorposition erreicht wurde (YES), endet das Verfahren. Wenn die gewünschte Motorposition nicht erreicht wurde (NEIN), kehrt das Verfahren zurück zu 402.
5 zeigt ein Schaubild 500, das Betriebsparameter während eines Abschnitts eines beispielhaften Antriebszyklus der Kraftmaschine 10 aus 1 veranschaulicht, die gemäß dem Verfahren 300 aus 3 betrieben wird. Wie gezeigt, zählen zu den Betriebsparametern bei diesem Beispiel Kraftmaschinendrehzahl (UPM), Motorposition (z.B. wie von dem Motorsteuergerät 170 mithilfe des CAM-Signals angezeigt), Nockenwellenposition (z.B. wie von dem Nockenwellensensor 172 mithilfe des VCT-Signals angezeigt), die Position der Ausgangswelle eines Elektromotors (z.B. des Elektromotors 166), der mit einer Nockenwelle verbunden und so konfiguriert ist, dass er selektiv die Phase der Nockenwelle ändert, sowie die in einem Zylinder (z.B. dem Zylinder 30) der Kraftmaschine enthaltene Luftladung.
Nach einer endlichen Dauer, während der die Kraftmaschine nicht betriebsfähig ist, beginnt ein Anwerfen und dauert während einer gesamten Dauer 502 fort, was in 5 mithilfe einer Schraffur betont wird. Ab Beginn des Antriebszyklus bis zu einer Zeit 504 stehen Nockenwellenpositionen von einem Nockenwellensensor (z.B. dem Nockenwellensensor 172) nicht zur Verfügung, aber Nockenwellenpositionen von dem Motorsteuergerät schon. Daher werden ab dem Beginn des Antriebszyklus bis zur Zeit 504 verschiedene Kraftmaschinenbetriebsparameter wie zum Beispiel eine Zylinderluftladung auf Grundlage der von dem Motorsteuergerät empfangenen Nockenwellenpositionen ermittelt. Nach der Zeit 504 werden jedoch Nockenwellenpositionen von dem Nockenwellensensor genau genug für Kraftmaschinensteuerungszwecke (in der Figur mit gestrichelten Linien gezeigt), und die Grundlage einer Ermittlung von Kraftmaschinenbetriebsparametern wird von Motorsteuergerät-Nockenwellenpositionen zu Nockenwellensensor-Nockenwellenpositionen gewechselt. Allerdings kann eine Differenz zwischen den zwei Arten von Nockenwellenpositionen vorhanden sein. Daher können bei diesem Beispiel eine geeignete Mittelwertbildung und/oder Filterung eingesetzt werden, um die Differenz auszugleichen. Wie vorstehend beschrieben, kann die Grundlage einer Ermittlung einer Zylinderluftladung ebenfalls auf diese Weise gewechselt werden.
Zu beachten ist, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Kraftmaschinen- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in nichtflüchtigem Speicher gespeichert werden. Die hier beschriebenen speziellen Routinen können eine oder mehrere aus einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien darstellen wie beispielsweise ereignisgesteuerte, interruptgesteuerte, Multitasking-, Multithreading-Verarbeitungsstrategien und dergleichen. Daher können verschiedene veranschaulichte Aktionen, Operationen und/oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge oder parallel ausgeführt werden oder in einigen Fällen entfallen. In ähnlicher Weise ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erzielen, sondern dient zur Vereinfachung der Veranschaulichung und Beschreibung. In Abhängigkeit von der speziellen angewendeten Strategie können eine oder mehrere der veranschaulichten Aktionen, Operationen und/oder Funktionen wiederholt ausgeführt werden. Außerdem können die beschriebenen Aktionen, Operationen und/oder Funktionen grafisch Code darstellen, der in nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Kraftmaschinensteuersystem programmiert werden soll.
Es sollte beachtet werden, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen ihrem Wesen nach beispielhaft sind, und dass diese speziellen Ausführungsformen nicht als einschränkend betrachtet werden sollen, da zahlreiche Variationen möglich sind. Zum Beispiel kann die vorstehend dargelegte Technologie auf V-6-, 1-4-, 1-6-, V-12-, 4-Zylinder-Boxermotor- sowie andere Kraftmaschinentypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Teilkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen sowie andere hier offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.

Claims

Verfahren (300), das umfasst: während eines Anwerfens (302) einer Kraftmaschine (10), Empfangen (304) einer Motorposition und einer entsprechenden Nockenwellenposition von einem einen Elektromotor (166) steuernden und die Motorposition erfassenden Elektromotorsteuergerät (170), Antreiben (306) einer Nockenwelle (162) der Kraftmaschine (10) mithilfe des Elektromotors (166), wobei die Motorposition eine Position einer im Elektromotor (166) untergebrachten oder vom Elektromotor (166) betätigten und sich drehenden Komponente ist, Ermitteln (308), ob sich die Motorposition an einer Position befindet, die der gewünschten Nockenwellenposition zum Starten der Kraftmaschine entspricht, wenn sich die Motorposition an der Position befindet, die der gewünschten Nockenwellenposition entspricht, Ermitteln (310) eines oder mehrerer Kraftmaschinenbetriebsparameter zum Steuern der Kraftmaschine (10) während des Anwerfens mithilfe einer Kraftmaschinensteuereinrichtung (12) aus der erfassten Nockenwellenposition, Einspritzen (314) einer Kraftstoffladung in den Brennraum der Kraftmaschine (10), Ermitteln (316), ob die aktuelle Drehzahl der Kraftmaschine (10) eine vorgegebene Drehzahl überschreitet, wenn die Kraftmaschinendrehzahl die vorgegebene Drehzahl überschreitet, Beenden (318) des Startmodus und des Anwerfens, nach dem Anwerfen, Erkennen (320) der Nockenwellenposition mithilfe eines mit der Nockenwelle (162) verbundenen Nockenwellensensors (172), und Steuern (322) der Kraftmaschine auf Grundlage der mithilfe des Nockenwellensensors (172) erfassten Nockenwellenposition anstelle auf Grundlage der mithilfe eines Motorgebers erfassten Nockenwellenposition.
Verfahren (300) nach Anspruch 1, wobei die Nockenwelle (162) mit einer Kurbelwelle (40) der Kraftmaschine (10) verbunden ist und außerdem von dem Elektromotor (166) angetrieben wird, um eine Phase der Nockenwelle (162) zu ändern und dementsprechend die Steuerzeiten der Nockenwelle (162), und wobei der mit der Nockenwelle (162) verbundene Nockenwellensensor (172) sich von dem Elektromotorsteuergerät (170) unterscheidet und von diesem unabhängig ist.
Verfahren (300) nach Anspruch 2, wobei es sich bei dem Elektromotor (166) um einen bürstenlosen Motor handelt und das Elektromotorsteuergerät (170) die Motorposition durch Decodieren von Signalen von drei Hallsensoren ermittelt.
Verfahren (300) nach Anspruch 3, wobei das Elektromotorsteuergerät (170) den Elektromotor (166) mithilfe einer Rückkopplungsregelung auf Grundlage der aus den decodierten Signalen und der gewünschten Position ermittelten Motorposition in eine gewünschte Position dreht.
Verfahren (300) nach Anspruch 4, wobei die gewünschte Position relativ zu einer Kurbelwellenposition ermittelt wird.
Verfahren (300) nach Anspruch 2, wobei es sich bei dem Elektromotor (166) um einen Schrittmotor handelt und das Elektromotorsteuergerät (170) dem Elektromotor (166) mehrere Spannungsphasen zuführt, um den Elektromotor (166) gesteuert in eine gewünschte Position zu drehen.
Verfahren (300) nach Anspruch 1, wobei das Verfahren (300) umfasst: Ermitteln (312) einer in einen Brennraum der Kraftmaschine (10) angesaugten Luftmenge mithilfe der Kraftmaschinensteuereinrichtung (12) aus der erfassten Nockenwellenposition und der Drehzahl der Kraftmaschine (10); Ermitteln einer dem Brennraum zuzuführenden Kraftstoffladung aus der Luftmenge mithilfe der Kraftmaschinensteuereinrichtung (12), um die Kraftmaschine (10) während des Anwerfens zu starten.
Verfahren (300) nach Anspruch 7, wobei die Nockenwelle (162) mit einer Kurbelwelle (40) der Kraftmaschine (10) verbunden ist und außerdem von dem Elektromotor (166) angetrieben wird, um eine Phase der Nockenwelle (162) und dementsprechend die Zeitsteuerung der Nockenwelle (162) relativ zu der Kurbelwelle (40) zu ändern.
Verfahren (300) nach Anspruch 8, wobei es sich bei dem Elektromotor (166) um einen bürstenlosen Motor handelt und das Elektromotorsteuergerät (170) die Motorposition durch ein Decodieren von Signalen von drei Hallsensoren ermittelt, die in einer Entfernung von etwa 120 Grad voneinander angeordnet sind.
Verfahren (300) nach Anspruch 9, wobei das Elektromotorsteuergerät (170) den Elektromotor (166) mithilfe einer Rückkopplungsregelung auf Grundlage der aus den decodierten Signalen und der gewünschten Position ermittelten Motorposition in eine gewünschte Position dreht.
Verfahren (300) nach Anspruch 1, wobei das Verfahren (300) umfasst: während des Anwerfens der Kraftmaschine (10), Anpassen einer Kraftstoffeinspritzung auf Grundlage der Nockenwellenposition, die von einem Elektromotorsystem, das durch den Elektromotor (166) und das Elektromotorsteuergerät (170) gebildet ist, mit variabler Nockenwellensteuerung (VCT-Elektromotorsystem) erfasst wird, das eine Nockenwellenposition über ein Fahrzeugnetzwerk überträgt; nach dem Anwerfen, Anpassen (322) der Kraftstoffeinspritzung auf Grundlage einer anderen Nockenwellenposition, die von Nockenwellen- und Kurbelwellensensoren (172, 118) ermittelt wird.
Verfahren (300) nach Anspruch 11, das außerdem ein Senden einer gewünschten Nockenwellensteuerzeit auf Grundlage von Betriebsbedingungen und auf Grundlage des Kurbelwellensensors (118) an das VCT-Elektromotorsystem umfasst, wobei nach dem Anwerfen nach einem ersten Verbrennungsereignis ab einem Rest des Kraftmaschinenanwerfens und nachdem sowohl der Kurbelwellen- als auch der Nockenwellensensor (172, 118) validiert wurden, einschließt, und wobei das Anpassen (322) einer Kraftstoffeinspritzung ein Anpassen einer Kraftstoffeinspritzung auf Grundlage einer geschätzten Luftladung beinhaltet, wobei die geschätzte Luftladung auf einem Luftmassensensor (120) und/oder einem Saugrohrdrucksensor (122) beruht, wobei die geschätzte Luftladung außerdem auf einer Nockenwellenposition beruht, die von dem VCT-Elektromotorsystem während eines Kraftmaschinenanwerfens erfasst wird, und auf der anderen Nockenwellenposition nach einem Anwerfen, wobei das Senden der gewünschten Nockenwellensteuerzeit auf Grundlage des Kurbelwellensensors (118) nach dem Anwerfen erfolgt, und während oder vor einem Anwerfen das Senden der gewünschten Nockenwellensteuerzeit auf der Nockenwellenposition des VCT-Elektromotorsystems beruht, die über das Fahrzeugnetzwerk übertragen wird, wobei das Senden über das Fahrzeugnetzwerk erfolgt.