DE102015104099A1 - Diagnosesysteme und Diagnoseverfahren unter Verwendung einer Modellvorhersagesteuerung - Google Patents

Diagnosesysteme und Diagnoseverfahren unter Verwendung einer Modellvorhersagesteuerung Download PDF

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Abstract

Ein Kraftstoffsteuermodul überführt die Kraftmaschinenkraftstoffbeaufschlagung von kraftstoffreich zu kraftstoffarm. Ein Katalysatorfehler-Detektionsmodul diagnostiziert auf der Grundlage eines Ansprechens eines Sauerstoffsensors auf den Übergang, ob in einem Abgaskatalysator ein Fehler vorliegt. Ein Vorhersagemodul erzeugt auf der Grundlage eines Modells und eines Satzes möglicher Zielwerte eine Vorhersage. Ein Kostenmodul bestimmt auf der Grundlage von Vergleichen der Vorhersage mit Minima und Maxima Kosten für den Satz möglicher Zielwerte. Vor dem Übergang stellt ein Beschränkungsmodul wahlweise das Minimum und/oder Maxima für die Fehlerdiagnose ein. Ein Auswahlmodul wählt auf der Grundlage der Kosten aus einer Gruppe von Sätzen möglicher Zielwerte den Satz möglicher Zielwerte aus und stellt Zielwerte auf der Grundlage des ausgewählten Satzes möglicher Zielwerte ein. Ein Aktormodul steuert einen Kraftmaschinenaktor auf der Grundlage eines Ersten der Zielwerte.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Diese Anmeldung bezieht sich auf die Patentanmeldungen der Vereinigten Staaten Nr. 14/225,502, eingereicht am 26. März 2014, 14/225,116, eingereicht am 26. März 2014, 14/225,569, eingereicht am 26. März 2014, 14/225,626, eingereicht am 26. März 2014, 14/225,817, eingereicht am 26. März 2014, 14/225,896, eingereicht am 26. März 2014, 14/225,507, eingereicht am 26. März 2014, 14/225,808, eingereicht am 26. März 2014, 14/225,587, eingereicht am 26. März 2014, 14/225,492, eingereicht am 26. März 2014, 14/226,006, eingereicht am 26. März 2014, 14/226,121, eingereicht am 26. März 2014, 14/225,496, eingereicht am 26. März 2014, und 14/225,891, eingereicht am 26. März 2014. Die gesamten Offenbarungen der obigen Anmeldungen sind hier durch Bezugnahme mit aufgenommen.
  • GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Brennkraftmaschinen und insbesondere auf Kraftmaschinensteuersysteme und Kraftmaschinensteuerverfahren für Fahrzeuge.
  • HINTERGRUND
  • Die hier gegebene Hintergrundbeschreibung dient zur allgemeinen Darstellung des Kontexts der Offenbarung. Arbeit der vorliegend genannten Erfinder in dem Umfang, in dem sie in diesem Hintergrundabschnitt beschrieben ist, sowie Aspekte der Beschreibung, die nicht auf andere Weise als Stand der Technik zum Zeitpunkt der Einreichung berechtigen, sind weder explizit noch implizit als Stand der Technik gegenüber der vorliegenden Offenbarung anerkannt.
  • Brennkraftmaschinen verbrennen innerhalb von Zylindern ein Luft- und Kraftstoffgemisch, um Kolben anzutreiben, was ein Antriebsdrehmoment erzeugt. Die Luftströmung in die Kraftmaschine wird über eine Drossel geregelt. Genauer stellt die Drossel die Drosselklappen-Öffnungsfläche ein, was die Luftströmung in die Kraftmaschine erhöht oder verringert. Wenn die Drosselklappen-Öffnungsfläche zunimmt, nimmt die Luftströmung in die Kraftmaschine zu. Ein Kraftstoffsteuersystem stellt die Rate ein, mit der Kraftstoff eingespritzt wird, um ein Soll-Luft/Kraftstoff-Gemisch für die Zylinder bereitzustellen und/oder um eine Soll-Drehmomentausgabe zu erzielen. Das Erhöhen der Menge Luft und Kraftstoff, die für die Zylinder bereitgestellt wird, erhöht die Drehmomentausgabe der Kraftmaschine.
  • In Fremdzündungskraftmaschinen initiiert ein Zündfunken die Verbrennung eines für die Zylinder bereitgestellten Luft/Kraftstoff-Gemischs. In Selbstzündungskraftmaschinen verbrennt die Verdichtung in den Zylindern das für die Zylinder bereitgestellte Luft/Kraftstoff-Gemisch. Die Zündfunken-Zeiteinstellung und die Luftströmung können die primären Mechanismen zum Einstellen der Drehmomentausgabe von Fremdzündungskraftmaschinen sein, während die Kraftstoffströmung der primäre Mechanismus zum Einstellen der Drehmomentausgabe von Selbstzündungskraftmaschinen sein kann.
  • Es sind Kraftmaschinensteuersysteme entwickelt worden, um das Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoment zum Erzielen eines Soll-Drehmoments zu steuern. Allerdings steuern herkömmliche Kraftmaschinensteuersysteme das Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoment nicht so genau wie gewünscht. Ferner stellen herkömmliche Kraftmaschinensteuersysteme kein schnelles Ansprechen auf Steuersignale bereit und koordinieren sie nicht die Kraftmaschinendrehmomentsteuerung zwischen verschiedenen Vorrichtungen, die das Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoment beeinflussen.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Ein Kraftstoffsteuermodul überführt die Kraftstoffbeaufschlagung einer Kraftmaschine von kraftstoffreich zu kraftstoffarm. Ein Katalysatorfehler-Detektionsmodul diagnostiziert auf der Grundlage eines Ansprechens eines Sauerstoffsensors auf den Übergang, ob in einem Abgaskatalysator ein Fehler vorliegt, wobei sich der Sauerstoffsensor stromaufwärts oder stromabwärts von dem Abgaskatalysator befindet. Ein Vorhersagemodul erzeugt auf der Grundlage eines Modells der Kraftmaschine und eines Satzes möglicher Zielwerte, die auf der Grundlage einer Kraftmaschinen-Drehmomentanforderung bestimmt werden, einen vorhergesagten Betriebsparameter der Kraftmaschine. Ein Kostenmodul bestimmt auf der Grundlage von Vergleichen des vorhergesagten Betriebsparameters mit vorgegebenen Minimal- und Maximalwerten Kosten für den Satz möglicher Zielwerte. Vor dem Übergang stellt ein Beschränkungsmodul wahlweise die vorgegebenen Minimal- und/oder Maximalwerte für die Fehlerdiagnose ein. Ein Auswahlmodul wählt auf der Grundlage der Kosten aus einer Gruppe, die den Satz möglicher Zielwerte und N andere Sätze möglicher Zielwerte, die auf der Grundlage der Kraftmaschinen-Drehmomentanforderung bestimmt werden, wobei N eine ganze Zahl größer als null ist, enthält, den Satz möglicher Zielwerte aus und stellt Zielwerte auf der Grundlage des ausgewählten Satzes möglicher Zielwerte ein. Ein Aktormodul steuert einen Kraftmaschinenaktor auf der Grundlage eines Ersten der Zielwerte.
  • Gemäß weiterer Merkmale diagnostiziert ein Sensorfehler-Detektionsmodul auf der Grundlage des Ansprechens des Sauerstoffsensors auf den Übergang, ob in dem Sauerstoffsensor ein zweiter Fehler vorliegt.
  • Gemäß nochmals weiteren Merkmalen erhöht das Kostenmodul die Kosten für den Satz möglicher Zielwerte, wenn: der vorhergesagte Betriebsparameter kleiner als der vorgegebene Minimalwert ist; oder der vorhergesagte Betriebsparameter größer als der vorgegebene Maximalwert ist.
  • Gemäß abermals weiteren Merkmalen erhält das Beschränkungsmodul während des Übergangs und, während die Kraftstoffbeaufschlagung der Kraftmaschine mager ist, den vorgegebenen Minimal- und/oder Maximalwert aufrecht.
  • Gemäß weiterer Merkmale: erzeugt das Vorhersagemodul auf der Grundlage des Modells der Kraftmaschine und des Satzes möglicher Zielwerte eine vorhergesagte Menge Luft pro Zylinder (APC) der Kraftmaschine; bestimmt das Kostenmodul auf der Grundlage von Vergleichen der vorhergesagten Menge APC mit einer vorgegebenen Minimalmenge APC und mit einer vorgegebenen Maximalmenge APC die Kosten für den Satz möglicher Zielwerte; und stellt das Beschränkungsmodul wahlweise die vorgegebene Minimalmenge APC und/oder die vorgegebene Maximalmenge APC für die Fehlerdiagnose ein.
  • Gemäß nochmals weiteren Merkmalen: erzeugt das Vorhersagemodul auf der Grundlage des Modells der Kraftmaschine und des Satzes möglicher Zielwerte einen vorhergesagten Variationskoeffizienten (COV) des angegebenen mittleren Effektivdrucks (IMEP) der Kraftmaschine; bestimmt das Kostenmodul auf der Grundlage von Vergleichen der vorhergesagten COV des IMEP mit einem vorgegebenen Minimalwert und mit einem vorgegebenen Maximalwert die Kosten für den Satz möglicher Zielwerte; und stellt das Beschränkungsmodul wahlweise den vorgegebenen Minimalwert und/oder den vorgegebenen Maximalwert für die Fehlerdiagnose ein.
  • Gemäß abermals weiteren Merkmalen: erzeugt das Vorhersagemodul auf der Grundlage des Modells der Kraftmaschine und des Satzes möglicher Zielwerte eine vorhergesagte Menge Restverdünnung der Kraftmaschine; bestimmt das Kostenmodul auf der Grundlage von Vergleichen der vorhergesagten Menge Restverdünnung mit einer vorgegebenen Minimalmenge Restverdünnung und mit einer vorgegebenen Maximalmenge Restverdünnung die Kosten für den Satz möglicher Zielwerte; und stellt das Beschränkungsmodul die vorgegebene Minimalmenge Restverdünnung und/oder die vorgegebene Maximalmenge Restverdünnung wahlweise für die Fehlerdiagnose ein.
  • Gemäß weiterer Merkmale: erzeugt das Vorhersagemodul auf der Grundlage des Modells der Kraftmaschine und des Satzes möglicher Zielwerte eine vorhergesagte Menge externer Verdünnung der Kraftmaschine; bestimmt das Kostenmodul auf der Grundlage von Vergleichen der vorhergesagten Menge externer Verdünnung mit einer vorgegebenen Minimalmenge externer Verdünnung und mit einer vorgegebenen Maximalmenge externer Verdünnung die Kosten für den Satz möglicher Zielwerte; und wählt das Beschränkungsmodul wahlweise die vorgegebene Minimalmenge externer Verdünnung und/oder die vorgegebene Maximalmenge externer Verdünnung für die Fehlerdiagnose aus.
  • Gemäß nochmals weiteren Merkmalen: steuert ein Drosselaktormodul das Öffnen einer Drosselklappe auf der Grundlage des Ersten der Zielwerte; steuert ein Ladedruckaktormodul auf der Grundlage eines Zweiten der Zielwerte das Öffnen eines Ladedruckregelventils eines Turboladers; steuert ein Abgasrückführungs-Aktormodul (AGR-Aktormodul) auf der Grundlage eines Dritten der Zielwerte das Öffnen eines AGR-Ventils; und steuert ein Phasensteller-Aktormodul auf der Grundlage eines Vierten und Fünften der Zielwerte die Einlassventil- und die Auslassventil-Phasenlageneinstellung.
  • Gemäß abermals weiteren Merkmalen: erzeugt das Vorhersagemodul ferner auf der Grundlage des Modells der Kraftmaschine bzw. der N anderen Sätze möglicher Zielwerte N andere vorhergesagte Betriebsparameter der Kraftmaschine; bestimmt das Kostenmodul ferner auf der Grundlage von Vergleichen der N anderen vorhergesagten Betriebsparameter mit den vorgegebenen Minimal- und Maximalwerten jeweils für die N anderen Sätze möglicher Zielwerte N andere Kosten; und wählt das Auswahlmodul aus einer Gruppe, die den Satz möglicher Zielwerte und die N anderen Sätze möglicher Zielwerte enthält, den Satz möglicher Zielwerte aus, wenn die Kosten für den Satz möglicher Zielwerte kleiner als die aller N anderen Kosten sind.
  • Ein Kraftmaschinensteuerverfahren für ein Fahrzeug umfasst: Überführen der Kraftstoffbeaufschlagung einer Kraftmaschine von kraftstoffreich zu kraftstoffarm; Diagnostizieren, ob in einem Abgaskatalysator ein Fehler vorliegt, auf der Grundlage eines Ansprechens eines Sauerstoffsensors auf den Übergang, wobei sich der Sauerstoffsensor stromaufwärts oder stromabwärts von dem Abgaskatalysator befindet; Erzeugen eines vorhergesagten Betriebsparameters der Kraftmaschine auf der Grundlage eines Modells der Kraftmaschine und eines Satzes möglicher Zielwerte, die auf der Grundlage einer Kraftmaschinen-Drehmomentanforderung bestimmt werden; Bestimmen von Kosten für den Satz möglicher Zielwerte auf der Grundlage von Vergleichen des vorhergesagten Betriebsparameters mit einem vorgegebenen Minimal- und Maximalwert; wahlweises Einstellen des vorgegebenen Minimal- und/oder Maximalwerts für die Fehlerdiagnose vor dem Übergang; auf der Grundlage der Kosten: Auswählen des Satzes möglicher Zielwerte aus einer Gruppe, die den Satz möglicher Zielwerte und N andere Sätze möglicher Zielwerte, die auf der Grundlage der Kraftmaschinenanforderung bestimmt worden sind, wobei N eine ganze Zahl größer als null ist, enthält; und Einstellen von Zielwerten auf der Grundlage des ausgewählten Satzes möglicher Zielwerte; und Steuern eines Kraftmaschinenaktors auf der Grundlage eines Ersten der Zielwerte.
  • Gemäß weiterer Merkmale umfasst das Kraftmaschinensteuerverfahren ferner das Diagnostizieren, ob in dem Sauerstoffsensor ein zweiter Fehler vorliegt, auf der Grundlage des Ansprechens des Sauerstoffsensors auf den Übergang.
  • Gemäß nochmals weiteren Merkmalen umfasst das Kraftmaschinensteuerverfahren ferner das Erhöhen der Kosten für den Satz möglicher Zielwerte, wenn eines der Folgenden erfüllt ist: Der vorhergesagte Betriebsparameter ist kleiner als der vorgegebene Minimalwert; und der vorhergesagte Betriebsparameter ist größer als der vorgegebene Maximalwert.
  • Gemäß abermals weiteren Merkmalen umfasst das Kraftmaschinensteuerverfahren ferner das Aufrechterhalten des vorgegebenen Minimal- und/oder Maximalwerts während des Übergangs und während die Kraftstoffbeaufschlagung der Kraftmaschine mager ist.
  • Gemäß weiterer Merkmale umfasst das Kraftmaschinensteuerverfahren ferner: Erzeugen einer vorhergesagten Menge Luft pro Zylinder (APC) der Kraftmaschine auf der Grundlage des Modells der Kraftmaschine und des Satzes möglicher Zielwerte; Bestimmen der Kosten für den Satz möglicher Zielwerte auf der Grundlage von Vergleichen der vorhergesagten Menge APC mit einer vorgegebenen Minimalmenge der APC und mit einer vorgegebenen Maximalmenge APC; und wahlweises Einstellen der vorgegebenen Minimalmenge APC und/oder der vorgegebenen Maximalmenge APC für die Fehlerdiagnose.
  • Gemäß nochmals weiteren Merkmalen umfasst das Kraftmaschinensteuerverfahren ferner: Erzeugen eines vorhergesagten Variationskoeffizienten (COV) des indizierten mittleren Drucks (IMEP) der Kraftmaschine auf der Grundlage des Modells der Kraftmaschine und des Satzes möglicher Zielwerte; Bestimmen der Kosten für den Satz möglicher Zielwerte auf der Grundlage von Vergleichen der vorhergesagten COV des IMEP mit einem vorgegebenen Minimalwert und mit einem vorgegebenen Maximalwert; und wahlweises Einstellen des vorgegebenen Minimalwerts und/oder des vorgegebenen Maximalwerts für die Fehlerdiagnose.
  • Gemäß abermals weiteren Merkmalen umfasst das Kraftmaschinensteuerverfahren ferner: Erzeugen einer vorhergesagten Menge Restverdünnung der Kraftmaschine auf der Grundlage des Modells der Kraftmaschine und des Satzes möglicher Zielwerte; Bestimmen der Kosten für den Satz möglicher Zielwerte auf der Grundlage von Vergleichen der vorhergesagten Menge Restverdünnung mit einer vorgegebenen Minimalmenge Restverdünnung und mit einer vorgegebenen Maximalmenge Restverdünnung; und wahlweises Einstellen der vorgegebenen Minimalmenge Restverdünnung und/oder der vorgegebenen Maximalmenge Restverdünnung für die Fehlerdiagnose.
  • Gemäß weiterer Merkmale umfasst das Kraftmaschinensteuerverfahren ferner: Erzeugen einer vorhergesagten Menge externer Verdünnung der Kraftmaschine auf der Grundlage des Modells der Kraftmaschine und des Satzes möglicher Zielwerte; Bestimmen der Kosten für den Satz möglicher Zielwerte auf der Grundlage von Vergleichen der vorhergesagten Menge externer Verdünnung mit einer vorgegebenen Minimalmenge externer Verdünnung und mit einer vorgegebenen Maximalmenge externer Verdünnung; und wahlweises Einstellen der vorgegebenen Minimalmenge externer Verdünnung und/oder der vorgegebenen Maximalmenge externer Verdünnung für die Fehlerdiagnose.
  • Gemäß nochmals weiteren Merkmalen umfasst das Kraftmaschinensteuerverfahren ferner: Steuern des Öffnens einer Drosselklappe auf der Grundlage des Ersten der Zielwerte; Steuern des Öffnens eines Ladedruckregelventils eines Turboladers auf der Grundlage eines Zweiten der Zielwerte; Steuern des Öffnens eines Abgasrückführungs-Ventils (AGR-Ventils) auf der Grundlage eines Dritten der Zielwerte; und Steuern der Einlassventil- und der Auslassventil-Phasenlageneinstellung auf der Grundlage eines Vierten und eines Fünften der Zielwerte.
  • Gemäß abermals weiteren Merkmalen umfasst das Kraftmaschinensteuerverfahren ferner: Erzeugen N anderer vorhergesagter Betriebsparameter der Kraftmaschine auf der Grundlage des Modells der Kraftmaschine bzw. der N anderen Sätze möglicher Zielwerte; Bestimmen N anderer Kosten jeweils für die N anderen Sätze möglicher Zielwerte auf der Grundlage von Vergleichen der N anderen vorhergesagten Betriebsparameter mit den vorgegebenen Minimal- und Maximalwerten; und Auswählen des Satzes möglicher Zielwerte aus der Gruppe, die den Satz möglicher Zielwerte und die N anderen Sätze möglicher Zielwerte enthält, wenn die Kosten für den Satz möglicher Zielwerte kleiner als alle anderen N Kosten sind.
  • Weitere Bereiche der Anwendbarkeit der vorliegenden Offenbarung gehen aus der ausführlichen Beschreibung, aus den Ansprüchen und aus den Zeichnungen hervor. Die ausführliche Beschreibung und die spezifischen Beispiele sind nur zu Veranschaulichungszwecken bestimmt und sollen den Schutzumfang der Offenbarung nicht einschränken.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorliegende Offenbarung wird umfassender verständlich aus der ausführlichen Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, in denen:
  • 1 ein Funktionsblockschaltplan eines beispielhaften Kraftmaschinensystems gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
  • 2 ein Funktionsblockschaltplan eines beispielhaften Kraftmaschinensteuersystems gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
  • 3 ein Funktionsblockschaltplan eines beispielhaften Luftsteuermoduls gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
  • 4 ein Ablaufplan enthält, der ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern einer Drosselklappe, einer Einlassventil- und einer Auslassventil-Phasenlageneinstellung, eines Ladedruckregelventils und eines Abgasrückführungs-Ventils (AGR-Ventils) unter Verwendung einer Modellvorhersagesteuerung gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt;
  • 5 ein Funktionsblockschaltplan einer beispielhaften Implementierung eines Katalysatorüberwachungssystems gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
  • 6 ein Funktionsblockschaltplan einer beispielhaften Implementierung eines Sensorüberwachungsmoduls gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
  • 7 ein Ablaufplan ist, der ein beispielhaftes Verfahren zum Diagnostizieren, ob in einem Katalysator ein Fehler vorliegt, gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt;
  • 8 ein Ablaufplan ist, der ein beispielhaftes Verfahren zum Diagnostizieren, ob in einem Sauerstoffsensor stromabwärts eines Katalysators ein Fehler vorliegt, gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt; und
  • 9 einen beispielhaften Graphen des Äquivalenzverhältnisses in Abhängigkeit von der Zeit für eine beispielhafte Diagnose eines Katalysators und eines stromabwärtigen Sauerstoffsensors enthält.
  • In den Zeichnungen können Bezugszeichen wiederverwendet sein, um ähnliche und/oder gleiche Elemente zu identifizieren.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Ein Kraftmaschinensteuermodul (ECM) steuert die Drehmomentausgabe einer Kraftmaschine. Genauer steuert das ECM jeweils Aktoren der Kraftmaschine auf der Grundlage von Zielwerten auf der Grundlage eines angeforderten Drehmomentbetrags. Zum Beispiel steuert das ECM die Einlassnockenwellen-Phasenlageneinstellung und die Auslassnockenwellen-Phasenlageneinstellung auf der Grundlage des Ziel-Einlassphasensteller- und des Ziel-Auslassphasenstellerwinkels, eine Drosselklappe auf der Grundlage einer Ziel-Drosselklappenöffnung, ein Abgasrückführungs-Ventil (AGR-Ventil) auf der Grundlage einer Ziel-AGR-Öffnung und ein Ladedruckregelventil eines Turboladers auf der Grundlage eines Ziel-Ladedruckregelventil-Tastgrads.
  • Das ECM könnte die Zielwerte unter Verwendung mehrerer Einzeleingabe-Einzelausgabe-Controller (SISO-Controller) wie etwa Proportional-Integral-Differential-Regler bzw. -Controller (PID-Regler/-Controller) einzeln bestimmen. Allerdings können die Zielwerte so eingestellt werden, dass die Systemstabilität auf Kosten möglicher Kraftstoffverbrauchverringerungen aufrechterhalten wird, wenn mehrere SISO-Controller verwendet werden. Außerdem können die Kalibrierung und der Entwurf der einzelnen SISO-Controller kostspielig und zeitaufwendig sein.
  • Das ECM der vorliegenden Offenbarung erzeugt die Zielwerte unter Verwendung einer Modellvorhersagesteuerung (MPC). Das ECM kann Sätze möglicher Zielwerte identifizieren, die auf der Grundlage einer Kraftmaschinen-Drehmomentanforderung verwendet werden könnten. Das ECM kann auf der Grundlage der möglichen Zielwerte der Sätze und eines mathematischen Modells der Kraftmaschine für jeden der Sätze vorhergesagte Parameter bestimmen. Zum Beispiel bestimmt das ECM für jeden der Sätze möglicher Zielwerte ein vorhergesagtes Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoment, eine vorhergesagte Luft pro Zylinder (APC), eine vorhergesagte Restverdünnung, eine vorhergesagte externe Verdünnung und einen vorhergesagten Variationskoeffizienten (COV) des indizierten mittleren Drucks (IMEP). Das ECM kann für jeden Satz möglicher Zielwerte einen oder mehrere andere vorhergesagte Parameter bestimmen.
  • Das ECM kann für jeden der Sätze auf der Grundlage der vorhergesagten Parameter der Sätze einen Kostenwert und für die vorhergesagten Parameter einen vorgegebenen Minimal- und Maximalwert bestimmen. Wenn ein für den Satz bestimmter vorhergesagter Parameter größer als der vorgegebene Maximalwert für diesen vorhergesagten Parameter oder kleiner als der vorgegebene Minimalwert für diesen vorhergesagten Parameter ist, kann das ECM den Kostenwert für einen Satz erhöhen. Das ECM kann den einen der Sätze mit dem niedrigsten Kostenwert auswählen und die Drosselklappe, das AGR-Ventil, den Turbolader und die Einlassnockenwellen-Phasenlageneinstellung und die Auslassnockenwellen-Phasenlageneinstellung auf der Grundlage der Zielwerte des ausgewählten Satzes steuern. In verschiedenen Implementierungen kann das ECM-Modul, anstatt oder zusätzlich dazu, mögliche Sätze von Zielwerten zu identifizieren und die Kosten jedes der Sätze zu bestimmen, eine Fläche erzeugen, die die Kosten möglicher Sätze von Zielwerten repräsentiert. Daraufhin kann das ECM-Modul auf der Grundlage des Anstiegs der Kostenfläche denjenigen möglichen Satz, der die niedrigsten Kosten aufweist, identifizieren.
  • Die Kraftmaschine gibt Abgas an einen Katalysator aus. Der Katalysator reagiert mit einer oder mit mehreren Komponenten des Abgases. Wenn das Abgas im Vergleich zur Stöchiometrie sauerstoffreich (kraftstoffarm) ist, kann der Katalysator Sauerstoff in dem Abgas speichern. Allerdings kann sich die Fähigkeit des Katalysators, Sauerstoff zu speichern, im Zeitverlauf verschlechtern.
  • Unter einigen Umständen kann das ECM die Kraftstoffbeaufschlagung der Kraftmaschine von kraftstoffreich zu kraftstoffarm und/oder von kraftstoffarm zu kraftstoffreich überführen, um zu bestimmen, ob in dem Katalysator ein Fehler vorliegt, und um zu bestimmen, ob in einem oder in mehreren Sauerstoffsensoren, die sich stromaufwärts und/oder stromabwärts des Katalysators befinden, ein Fehler vorliegt. Zum Beispiel kann das ECM die Kraftstoffbeaufschlagung der Kraftmaschine für die Fehlerbestimmungen überführen, wenn eine oder mehrere Bedingungen zum Abschalten des Kraftstoffs zu der Kraftmaschine vorliegen.
  • Das ECM der vorliegenden Offenbarung stellt einen oder mehrere der vorgegebenen Minimal- und Maximalwerte für einen vorgegebenen Parameter für die Fehlerbestimmungen ein. Dies kann die Genauigkeit der Bestimmungen, ob in dem Katalysator und in dem Sauerstoffsensor Fehler vorliegen, während die Drosselklappe, das AGR-Ventil, der Turbolader und die Einlassnocken-Phasenlageneinstellung und Auslassnocken-Phasenlageneinstellung unter Verwendung der MPC gesteuert werden, erhöhen.
  • Nun in 1 ist ein Funktionsblockschaltplan eines beispielhaften Kraftmaschinensystems 100 dargestellt. Das Kraftmaschinensystem 100 enthält eine Kraftmaschine 102, die auf der Grundlage einer Fahrereingabe von einem Fahrereingabemodul 104 ein Luft/Kraftstoff-Gemisch verbrennt, um ein Antriebsdrehmoment für ein Fahrzeug zu erzeugen. Die Kraftmaschine 102 kann eine Benzin-Fremdzündungs-Brennkraftmaschine sein.
  • Durch eine Drosselklappe 112 wird Luft in einen Einlasskrümmer 110 angesaugt. Nur beispielhaft kann die Drosselklappe 112 eine Absperrklappe mit einer drehbaren Klappe enthalten. Ein Kraftmaschinensteuermodul (ECM) 114 steuert ein Drosselbetätigungsmodul 116, das das Öffnen der Drosselklappe 112 reguliert, um die Menge der in den Einlasskrümmer 110 angesaugten Luft zu steuern.
  • Luft von dem Einlasskrümmer 110 wird in Zylinder der Kraftmaschine 102 angesaugt. Obgleich die Kraftmaschine 102 mehrere Zylinder enthalten kann, ist für Veranschaulichungszwecke ein einzelner repräsentativer Zylinder 118 gezeigt. Nur beispielhaft kann die Kraftmaschine 102 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 und/oder 12 Zylinder enthalten. Das ECM 114 kann ein Zylinderaktormodul 110 anweisen, einige der Zylinder wahlweise zu deaktivieren, was die Kraftstoffwirtschaftlichkeit unter bestimmten Kraftmaschinenbetriebsbedingungen verbessern kann.
  • Die Kraftmaschine 102 kann unter Verwendung eines Viertaktzyklus arbeiten. Die im Folgenden beschriebenen vier Takte können als der Ansaugtakt, der Verdichtungstakt, der Arbeitstakt und der Ausstoßtakt bezeichnet werden. Während jeder Umdrehung einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) finden innerhalb des Zylinders 118 zwei der vier Takte statt. Somit sind zwei Kurbelwellenumdrehungen notwendig, damit der Zylinder 118 alle vier Takte erfährt.
  • Während des Ansaugtakts wird über eine Drosselklappe 122 Luft von dem Einlasskrümmer 110 in den Zylinder 118 angesaugt. Das ECM 114 steuert ein Kraftstoffaktormodul 124, das die Kraftstoffeinspritzung regelt, um ein Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu erzielen. Der Kraftstoff kann an einem zentralen Ort oder an mehreren Orten wie etwa in der Nähe des Einlassventils 122 jedes der Zylinder in den Einlasskrümmer 110 eingespritzt werden. In verschiedenen Implementierungen (nicht gezeigt) kann Kraftstoff direkt in die Zylinder oder in den Zylindern zugeordnete Mischkammern eingespritzt werden. Das Kraftstoffaktormodul 124 kann die Einspritzung von Kraftstoff in Zylinder, die deaktiviert sind, anhalten.
  • Der eingespritzte Kraftstoff mischt sich in dem Zylinder 118 mit Luft und erzeugt ein Luft/Kraftstoff-Gemisch. Während des Verdichtungstakts verdichtet ein Kolben (nicht gezeigt) innerhalb des Zylinders 118 das Luft/Kraftstoff-Gemisch. Ein Zündfunkenaktormodul 126 setzt eine Zündkerze 128 in dem Zylinder 118 auf der Grundlage eines Signals von dem ECM 114 unter Strom, was das Luft/Kraftstoff-Gemisch zündet. Die Zeiteinstellung des Zündfunkens kann im Vergleich zu dem Zeitpunkt, zu dem der Kolben in seiner obersten Position ist, was als oberer Totpunkt (TDC) bezeichnet wird, spezifiziert werden.
  • Das Zündfunkenaktormodul 126 kann durch ein Zeiteinstellungssignal gesteuert werden, das spezifiziert, wie weit vor oder nach dem TDC der Zündfunken erzeugt werden soll. Da die Kolbenposition direkt mit der Kurbelwellendrehung zusammenhängt, kann der Betrieb des Zündfunkenaktormoduls 126 mit dem Kurbelwellenwinkel synchronisiert werden. Das Erzeugen des Zündfunkens kann als ein Zündereignis bezeichnet werden. Das Zündfunkenaktormodul 126 kann die Fähigkeit besitzen, die Zeiteinstellung des Zündfunkens für jedes Zündereignis zu ändern. Wenn die Zündfunken-Zeiteinstellung zwischen einem letzten Zündereignis und dem nächsten Zündereignis geändert wird, kann das Zündfunkenaktormodul 126 die Zündfunken-Zeiteinstellung für ein nächstes Zündereignis variieren. Das Zündfunkenaktormodul 126 kann die Bereitstellung des Zündfunkens für deaktivierte Zylinder anhalten.
  • Während des Arbeitstakts treibt die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemischs den Kolben von dem TDC weg an und treibt sie dadurch die Kurbelwelle an. Der Arbeitstakt kann als die Zeitdauer zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der Kolben den TDC erreicht, und dem Zeitpunkt, zu dem der Kolben den unteren Totpunkt (BDC) erreicht, definiert werden. Während des Ausstoßtakts beginnt sich der Kolben von dem BDC wegzubewegen, wobei er die Nebenprodukte der Verbrennung durch ein Auslassventil 130 ausstößt. Die Nebenprodukte der Verbrennung werden von dem Fahrzeug über ein Abgassystem 134 ausgestoßen. Das Abgassystem 134 enthält einen Katalysator 136 wie etwa einen Dreiwegekatalysator (TWC). Der Katalysator 136 reagiert mit einer oder mit mehreren Komponenten des Abgases, das durch den Katalysator 136 strömt. Wenn das Abgas kraftstoffarm (sauerstoffreich) ist, speichert der Katalysator 136 Sauerstoff.
  • Das Einlassventil 122 kann durch eine Einlassnockenwelle 140 gesteuert werden, während das Auslassventil 130 durch eine Auslassnockenwelle 142 gesteuert werden kann. In verschiedenen Implementierungen können mehrere Einlassnockenwellen (einschließlich der Einlassnockenwelle 140) mehrere Einlassventile (einschließlich des Einlassventils 122) für den Zylinder 118 steuern und/oder können sie die Einlassventile (einschließlich des Einlassventils 122) mehrerer Bänke von Zylindern (einschließlich des Zylinders 118) steuern. Ähnlich können mehrere Auslassnockenwellen (einschließlich der Auslassnockenwelle 142) mehrere Auslassventile für den Zylinder 118 steuern und/oder können sie Auslassventile (einschließlich des Auslassventils 130) für mehrere Bänke von Zylindern (einschließlich des Zylinders 118) steuern. In verschiedenen anderen Implementierungen können das Einlassventil 122 und/oder das Auslassventil 130 durch andere Vorrichtungen als Nockenwellen wie etwa durch nockenlose Ventilaktoren gesteuert werden. Das Zylinderaktormodul 120 kann den Zylinder 118 dadurch deaktivieren, dass es das Öffnen des Einlassventils 122 und/oder des Auslassventils 130 sperrt.
  • Der Zeitpunkt, zu dem das Einlassventil 122 geöffnet wird, kann in Bezug auf den Kolben-TDC durch einen Einlassnocken-Phasensteller 148 geändert werden. Der Zeitpunkt, zu dem das Auslassventil 130 geöffnet wird, kann in Bezug auf den Kolben-TDC durch einen Auslassnocken-Phasensteller 150 geändert werden. Ein Phasensteller-Aktormodul 158 kann den Einlassnocken-Phasensteller 148 und den Auslassnocken-Phasensteller 150 auf der Grundlage von Signalen von dem ECM 114 steuern. Wenn ein variabler Ventilhub implementiert ist (nicht gezeigt), kann er ebenfalls durch das Phasensteller-Aktormodul 158 gesteuert werden.
  • Das Kraftmaschinensystem 100 kann einen Turbolader enthalten, der eine heiße Turbine 160-1 enthält, die durch heiße Abgase, die durch das Abgassystem 134 strömen, mit Leistung versorgt wird. Außerdem enthält der Turbolader einen Kaltluftverdichter 160-2, der durch die Turbine 160-1 angetrieben wird. Der Verdichter 160-2 verdichtet Luft, die in die Drosselklappe 112 führt. In verschiedenen Implementierungen kann ein durch die Kurbelwelle angetriebener Lader (nicht gezeigt) Luft von der Drosselklappe 112 verdichten und die Druckluft an den Einlasskrümmer 110 liefern.
  • Ein Abgasregelventil 162 kann ermöglichen, dass Abgas die Turbine 160-1 umgeht, wodurch der durch den Turbolader bereitgestellte Ladedruck (der Betrag der Einlassluftverdichtung) verringert wird. Das Ladedruckaktormodul 164 kann den Ladedruck des Turboladers dadurch steuern, dass es das Öffnen des Ladedruckregelventils 162 steuert. In verschiedenen Implementierungen können zwei oder mehr Turbolader implementiert sein und können diese durch das Ladedruckaktormodul 164 gesteuert werden.
  • Ein Luftkühler (nicht gezeigt) kann Wärme von der Druckluftladung an ein Kühlmedium wie etwa an ein Kraftmaschinenkühlmittel oder an Luft übertragen. Ein Luftkühler, der die Druckluftladung unter Verwendung von Kraftmaschinenkühlmittel kühlt, kann als ein Zwischenkühler bezeichnet werden. Ein Luftkühler, der die Druckluftladung unter Verwendung von Luft kühlt, kann als ein Ladeluftkühler bezeichnet werden. Die Druckluftladung kann Wärme z. B. über Verdichtung und/oder von Komponenten des Abgassystems 134 empfangen. Obgleich die Turbine 160-1 und der Verdichter 160-2 zu Veranschaulichungszwecken getrennt gezeigt sind, können sie aneinander angebracht sein, was Einlassluft in nächster Nähe zu heißem Abgas anordnet.
  • Das Kraftmaschinensystem 100 kann ein Abgasrückführungsventil (AGR-Ventil) 170 enthalten, das wahlweise Abgas zu dem Einlasskrümmer 110 zurück umleitet. Das AGR-Ventil 170 kann sich stromaufwärts der Turbine 160-1 des Turboladers befinden. Das AGR-Ventil 170 kann durch ein AGR-Aktormodul 172 auf der Grundlage von Signalen von dem ECM 114 gesteuert werden.
  • Ein stromaufwärtiger Sauerstoffsensor 176 misst eine Menge (z. B. eine Konzentration) des Sauerstoffs in dem in den Katalysator 136 strömenden Abgas. Ein stromabwärtiger Sauerstoffsensor 177 misst eine Menge (z. B. eine Konzentration) des Sauerstoffs in dem Abgas stromabwärts des Katalysators 136. Das ECM 114 kann Signale von den Sensoren und/oder von einem oder von mehreren anderen Sensoren verwenden, um Steuerentscheidungen für das Kraftmaschinensystem 100 zu treffen.
  • Unter Verwendung eines Kurbelwellenpositionssensors 180 kann eine Position der Kurbelwelle gemessen werden. Auf der Grundlage der Kurbelwellenposition kann eine Drehzahl der Kurbelwelle (eine Kraftmaschinendrehzahl) bestimmt werden. Unter Verwendung eines Kraftmaschinenkühlmitteltemperatur-Sensors (ECT-Sensors) 182 kann eine Temperatur des Kraftmaschinenkühlmittels gemessen werden. Der ECT-Sensor 182 kann sich innerhalb der Kraftmaschine 102 oder an anderen Orten, an denen Kühlmittel umgewälzt wird, wie etwa bei einem Kühler (nicht gezeigt) befinden.
  • Unter Verwendung eines Krümmerabsolutdruck-Sensors (MAP-Sensors) 184 kann ein Druck innerhalb des Einlasskrümmers 110 gemessen werden. In verschiedenen Implementierungen kann ein Kraftmaschinenunterdruck, der die Differenz zwischen dem Umgebungsluftdruck und dem Druck innerhalb des Einlasskrümmers 110 ist, gemessen werden. Unter Verwendung eines Luftmassenströmungs-Sensors (MAF-Sensors) 186 kann ein Massendurchfluss der in den Einlasskrümmer 110 strömenden Luft gemessen werden. In verschiedenen Implementierungen kann sich der MAF-Sensor 186 in einem Gehäuse befinden, das ebenfalls die Drosselklappe 112 enthält.
  • Das Drosselaktormodul 116 kann unter Verwendung eines oder mehrerer Drosselpositionssensoren (TPS) 190 die Position der Drosselklappe 112 überwachen. Unter Verwendung eines Einlasslufttemperatur-Sensors (IAT-Sensors) 192 kann eine Umgebungstemperatur der in die Kraftmaschine 102 angesaugten Luft gemessen werden. Außerdem kann das Kraftmaschinensystem 100 einen oder mehrere andere Sensoren 193 wie etwa einen Umgebungsfeuchtigkeitssensor, einen oder mehrere Klopfsensoren, einen Verdichterauslassdrucksensor und/oder einen Drosseleinlassdrucksensor, einen Ladedruckregelventil-Positionssensor, einen AGR-Positionssensor und/oder einen oder mehrere andere geeignete Sensoren enthalten. Das ECM 114 kann Signale von den Sensoren verwenden, um Steuerentscheidungen für das Kraftmaschinensystem 100 zu treffen.
  • Das ECM 114 kann mit einem Getriebesteuermodul 194 kommunizieren, um das Schalten von Gängen in einem Getriebe (nicht gezeigt) zu koordinieren. Zum Beispiel kann das ECM 114 während einer Gangschaltung das Kraftmaschinendrehmoment verringern. Das ECM 114 kann mit einem Hybridsteuermodul 196 kommunizieren, um den Betrieb der Kraftmaschine 102 und eines Elektromotors 198 zu koordinieren.
  • Der Elektromotor 198 kann ebenfalls als ein Generator fungieren und kann verwendet werden, um elektrische Energie zur Verwendung durch Fahrzeugelektriksysteme und/oder zur Speicherung in einer Batterie zu erzeugen. In verschiedenen Implementierungen können verschiedene Funktionen des ECM 114, des Getriebesteuermoduls 194 und des Hybridsteuermoduls 196 in einem oder in mehreren Modulen integriert sein.
  • Jedes System, das einen Kraftmaschinenparameter variiert, kann als ein Kraftmaschinenaktor bezeichnet werden. Zum Beispiel kann das Drosselaktormodul 116 die Öffnung der Drosselklappe 116 einstellen, um eine Ziel-Drosselklappen-Öffnungsfläche zu erzielen. Das Zündfunkenaktormodul 126 steuert die Zündkerzen, um eine Ziel-Zündfunken-Zeiteinstellung relativ zum Kolben-TDC zu erzielen. Das Kraftstoffaktormodul 124 steuert die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen, um Ziel-Kraftstoffbeaufschlagungsparameter zu erzielen. Das Phasensteller-Aktormodul 158 kann den Einlassnocken-Phasensteller und den Auslassnocken-Phasensteller 148 und 150 steuern, um Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel bzw. Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel zu erzielen. Das AGR-Aktormodul 172 kann das AGR-Ventil 170 steuern, um eine Ziel-AGR-Öffnungsfläche zu erzielen. Das Ladedruckaktormodul 164 steuert das Ladedruckregelventil 162, um eine Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche zu erzielen. Das Zylinderaktormodul 120 steuert die Zylinderdeaktivierung, um eine Ziel-Anzahl aktivierter oder deaktivierter Zylinder zu erzielen.
  • Das ECM 114 erzeugt die Zielwerte für die Kraftmaschinenaktoren, um zu veranlassen, dass die Kraftmaschine 102 ein Ziel-Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoment erzeugt. Wie im Folgenden weiter diskutiert wird, erzeugt das ECM 114 die Zielwerte für die Kraftmaschinenaktoren unter Verwendung der Modellvorhersagesteuerung.
  • Nun in 2 ist ein Funktionsblockschaltplan eines beispielhaften Kraftmaschinensteuersystems dargestellt. Eine beispielhafte Implementierung des ECM 114 enthält ein Fahrerdrehmomentmodul 202, ein Achsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 204 und ein Vortriebsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 206. Das ECM 114 kann ein Hybridoptimierungsmodul 208 enthalten. Außerdem enthält das ECM 114 ein Reserven/Lasten-Modul 220, ein Drehmomentanforderungsmodul 224, ein Luftsteuermodul 228, ein Zündfunkensteuermodul 232, ein Zylindersteuermodul 236 und ein Kraftstoffsteuermodul 280.
  • Das Fahrerdrehmomentmodul 202 kann auf der Grundlage einer Fahrereingabe 255 von dem Fahrereingabemodul 104 eine Fahrerdrehmomentanforderung 254 bestimmen. Die Fahrereingabe 255 kann z. B. auf einer Position eines Fahrpedals und auf einer Position eines Bremspedals beruhen. Außerdem kann die Fahrereingabe 255 auf einem Tempomat beruhen, der ein adaptives Tempomatsystem sein kann, das die Fahrzeuggeschwindigkeit variiert, um einen vorgegebenen Folgeabstand einzuhalten. Das Fahrerdrehmomentmodul 202 kann eine oder mehrere Abbildungen der Fahrpedalposition auf das Zieldrehmoment speichern und kann auf der Grundlage einer Ausgewählten der Abbildungen die Fahrerdrehmomentanforderung 254 bestimmen.
  • Ein Achsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 204 arbitriert zwischen der Fahrerdrehmomentanforderung 254 und anderen Achsdrehmomentanforderungen 256. Das Achsdrehmoment (das Drehmoment bei den Rädern) kann durch verschiedene Quellen einschließlich einer Kraftmaschine und/oder eines Elektromotors erzeugt werden. Zum Beispiel können die Achsdrehmomentanforderungen 256 eine Drehmomentverringerung enthalten, die durch ein Traktionssteuersystem angefordert wird, wenn ein positiver Radschlupf detektiert wird. Ein positiver Radschlupf tritt auf, wenn das Achsdrehmoment die Reibung zwischen den Rädern und der Straßenoberfläche überwindet und die Räder gegenüber der Straßenoberfläche zu rutschen beginnen. Außerdem können die Achsdrehmomentanforderungen 256 eine Drehmomenterhöhungsanforderung erhalten, um einem negativen Radschlupf entgegenzuwirken, bei dem ein Reifen des Fahrzeugs in der anderen Richtung in Bezug auf die Straßenoberfläche rutscht, da das Achsdrehmoment negativ ist.
  • Außerdem können die Achsdrehmomentanforderungen 256 Bremsmanagementanforderungen und Fahrzeugübergeschwindigkeits-Drehmomentanforderungen enthalten. Die Bremsmanagementanforderungen können das Achsdrehmoment verringern, um sicherzustellen, dass das Achsdrehmoment die Fähigkeit der Bremsen, das Fahrzeug zu halten, wenn das Fahrzeug angehalten wird, nicht übersteigt. Fahrzeugübergeschwindigkeits-Drehmomentanforderungen können das Achsdrehmoment verringern, um zu verhindern, dass das Fahrzeug eine vorgegebene Geschwindigkeit übersteigt. Die Achsdrehmomentanforderungen 256 können ebenfalls durch Fahrzeugstabilitätssteuersysteme erzeugt werden.
  • Das Achsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 204 gibt auf der Grundlage der Ergebnisse der Arbitrierung zwischen den empfangenen Drehmomentanforderungen 254 und 256 eine vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 und eine Sofortdrehmomentanforderung 258 aus. Wie im Folgenden beschrieben wird, können die vorhergesagte Drehmomentanforderung und die Sofortdrehmomentanforderung 257 und 258 von dem Achsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 204 wahlweise durch andere Module des ECM 114 eingestellt werden, bevor sie zum Steuern der Kraftmaschinenaktoren verwendet werden.
  • Allgemein gesagt kann die Sofortdrehmomentanforderung 258 ein Betrag des aktuell Soll-Achsdrehmoments sein, während die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 ein Betrag des Achsdrehmoments sein kann, das kurzfristig notwendig sein kann. Das ECM 114 steuert das Kraftmaschinensystem 100, um ein Achsdrehmoment gleich der Sofortdrehmomentanforderung 258 zu erzeugen. Allerdings können verschiedene Kombinationen von Zielwerten zu demselben Achsdrehmoment führen. Somit kann das ECM 114 die Zielwerte so einstellen, dass ein schnellerer Übergang zu der vorhergesagten Drehmomentanforderung 257 ermöglicht wird, während das Achsdrehmoment weiterhin bei der Zieldrehmomentanforderung 258 gehalten wird.
  • In verschiedenen Implementierungen kann die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 auf der Grundlage der Fahrerdrehmomentanforderung 254 eingestellt werden. Unter bestimmten Umständen, wie etwa, wenn die Fahrerdrehmomentanforderung 254 auf einer vereisten Oberfläche einen Radschlupf verursacht, kann die Sofortdrehmomentanforderung 258 auf weniger als die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 eingestellt werden. In diesem Fall kann ein Traktionssteuersystem (nicht gezeigt) über die Sofortdrehmomentanforderung 258 eine Verringerung anfordern, wobei das ECM 114 die Kraftmaschinendrehmomentausgabe auf die Sofortdrehmomentausgabe 258 verringert. Allerdings führt das ECM 114 die Verringerung so aus, dass das Kraftmaschinensystem 100 die Erzeugung der vorhergesagten Drehmomentanforderung 257 schnell wieder aufnehmen kann, wenn der Radschlupf aufhört.
  • Allgemein gesagt kann die Differenz zwischen der Sofortdrehmomentanforderung 258 und der (allgemein höheren) vorhergesagten Drehmomentanforderung 257 als eine Drehmomentreserve bezeichnet werden. Die Drehmomentreserve kann den Betrag an zusätzlichem Drehmoment (über der Sofortdrehmomentanforderung 258) repräsentieren, das das Kraftmaschinensystem 100 mit minimaler Verzögerung zu erzeugen beginnen kann. Um das aktuelle Achsdrehmoment mit minimaler Verzögerung zu erhöhen oder zu verringern, werden schnelle Kraftmaschinenaktoren verwendet. Schnelle Kraftmaschinenaktoren sind im Gegensatz zu langsamen Kraftmaschinenaktoren definiert.
  • Allgemein gesagt können schnelle Kraftmaschinenaktoren das Achsdrehmoment schneller als langsame Kraftmaschinenaktoren ändern. Langsame Aktoren können auf Änderungen ihrer jeweiligen Zielwerte langsamer als schnelle Aktoren ansprechen. Ein langsamer Aktor kann z. B. mechanische Komponenten enthalten, die mehr Zeit erfordern, um sich in Ansprechen auf eine Änderung eines Zielwerts von einer Position zu einer anderen zu bewegen. Ein langsamer Aktor kann durch die Zeitdauer charakterisiert werden, die es dauert, damit sich das Achsdrehmoment zu ändern beginnt, wenn der langsame Aktor den geänderten Zielwert zu implementieren beginnt. Allgemein ist diese Zeitdauer für langsame Aktoren länger als für schnelle Aktoren. Außerdem kann es, selbst nachdem die Änderung begonnen hat, länger dauern, bis das Achsdrehmoment auf eine Änderung eines langsamen Aktors vollständig anspricht.
  • Nur beispielhaft kann das Zündfunkenaktormodul 126 ein schneller Aktor sein. Fremdzündungskraftmaschinen können Kraftstoffe einschließlich z. B. Benzin und Ethanol durch Anwenden eines Zündfunkens verbrennen. Im Gegensatz dazu kann das Drosselaktormodul 116 ein langsamer Aktor sein.
  • Zum Beispiel kann das Zündfunkenaktormodul 126 wie oben beschrieben die Zündfunken-Zeiteinstellung für ein nächstes Zündereignis variieren, wenn die Zündfunken-Zeiteinstellung zwischen einem letzten Zündereignis und dem nächsten Zündereignis geändert wird. Im Gegensatz dazu kann es länger dauern, bis Änderungen der Drosselklappenöffnung das Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoment beeinflussen. Das Drosselaktormodul 116 ändert die Drosselklappenöffnung dadurch, dass es den Winkel der Klappe der Drosselklappe 112 einstellt. Somit gibt es eine mechanische Verzögerung, während sich die Drosselklappe 112 in Ansprechen auf die Änderung aus ihrer vorhergehenden Position in eine neue Position bewegt, wenn der Zielwert zum Öffnen der Drosselklappe 112 geändert wird. Außerdem unterliegen Luftströmungsänderungen auf der Grundlage der Drosselklappenöffnung Lufttransportverzögerungen in dem Einlasskrümmer 110. Ferner wird eine erhöhte Luftströmung in dem Einlasskrümmer 110 erst als eine Zunahme des Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoments verwirklicht, wenn der Zylinder 118 in dem nächsten Einlasstakt zusätzliche Luft empfängt, die zusätzliche Luft verdichtet und mit dem Arbeitstakt beginnt.
  • Unter Verwendung dieser Aktoren als ein Beispiel kann dadurch, dass die Drosselklappenöffnung auf einen Wert eingestellt wird, der ermöglichen würde, dass die Kraftmaschine 102 die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 erzeugt, eine Drehmomentreserve erzeugt werden. Währenddessen kann die Zündfunken-Zeiteinstellung auf der Grundlage der Sofortdrehmomentanforderung 258 eingestellt werden, die kleiner als die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 ist. Obgleich die Drosselklappenöffnung ausreichend Luftströmung erzeugt, damit die Kraftmaschine 102 die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 erzeugt, wird die Zündfunken-Zeiteinstellung auf der Grundlage der Sofortdrehmomentanforderung 258 nach spät verstellt (was das Drehmoment verringert). Somit wird das Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoment gleich der Sofortdrehmomentanforderung 258.
  • Wenn ein zusätzliches Drehmoment notwendig ist, kann die Zündfunken-Zeiteinstellung auf der Grundlage der vorhergesagten Drehmomentanforderung 257 oder eines Drehmoments zwischen der vorhergesagten Drehmomentanforderung und der Sofortdrehmomentanforderung 257 und 258 eingestellt werden. Durch das folgende Zündereignis kann das Zündfunkenaktormodul 126 die Zündfunken-Zeiteinstellung auf einen Optimalwert zurückstellen, der ermöglicht, dass die Kraftmaschine 102 das volle Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoment erzeugt, das erzielt werden kann, wenn die Luftströmung bereits vorhanden ist. Somit kann das Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoment schnell auf die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 erhöht werden, ohne dass Verzögerungen vom Ändern der Drosselklappenöffnung erfahren werden.
  • Das Achsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 204 kann die vorhergesagte Drehmomentanforderung 257 und die Sofortdrehmomentanforderung 258 an ein Vortriebsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 206 ausgeben. In verschiedenen Implementierungen kann das Achsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 204 die vorhergesagte Drehmomentanforderung und die Sofortdrehmomentanforderung 257 und 258 an das Hybridoptimierungsmodul 208 ausgeben.
  • Das Hybridoptimierungsmodul 208 kann bestimmen, wie viel Drehmoment durch die Kraftmaschine 102 erzeugt werden sollte und wie viel Drehmoment durch den Elektromotor 198 erzeugt werden sollte. Daraufhin gibt das Hybridoptimierungsmodul 208 die geänderte vorhergesagte Drehmomentanforderung und die geänderte Sofortdrehmomentanforderung 259 bzw. 260 an das Vortriebsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 206 aus. In verschiedenen Implementierungen kann das Hybridoptimierungsmodul 208 in dem Hybridsteuermodul 196 implementiert sein.
  • Die vorhergesagte Drehmomentanforderung und die Sofortdrehmomentanforderung, die durch das Vortriebsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 206 empfangen werden, werden aus einem Achsdrehmomentbereich (Drehmoment bei den Rädern) in einen Vortriebsdrehmomentbereich (Drehmoment bei der Kurbelwelle) umgesetzt. Diese Umsetzung kann vor dem, nach dem, als Teil des oder anstelle des Hybridoptimierungsmoduls 208 stattfinden.
  • Das Vortriebsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 206 arbitriert zwischen Vortriebsdrehmomentanforderungen 290, die die umgesetzten vorhergesagten Drehmomentanforderungen und Sofortdrehmomentanforderungen enthalten. Das Vortriebsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 206 erzeugt eine arbitrierte vorhergesagte Drehmomentanforderung 261 und eine arbitrierte Sofortdrehmomentanforderung 262. Die arbitrierten Drehmomentanforderungen 261 und 262 können dadurch erzeugt werden, dass unter den empfangenen Drehmomentanforderungen eine siegreiche Anforderung ausgewählt wird. Alternativ oder zusätzlich können die arbitrierten Drehmomentanforderungen dadurch erzeugt werden, dass eine der empfangenen Anforderungen auf der Grundlage einer oder mehrerer anderer der empfangenen Drehmomentanforderungen abgeändert wird.
  • Die Vortriebsdrehmomentanforderungen 290 können z. B. Drehmomentverringerungen für den Kraftmaschinen-Überdrehzahlschutz, Drehmomenterhöhungen zum Verhindern von Stehenbleiben und durch das Getriebesteuermodul 194 zur Anpassung an Gangschaltungen angeforderte Drehmomentverringerungen enthalten. Außerdem können sich die Vortriebsdrehmomentanforderungen 290 aus einer Kupplungskraftstoffabschaltung ergeben, die das Kraftstoffausgangsdrehmoment verringert, wenn der Fahrer in einem Handschaltgetriebefahrzeug das Kupplungspedal niederdrückt, um ein Hochdrehen der Kraftmaschinendrehzahl zu verhindern.
  • Außerdem können die Vortriebsdrehmomentanforderungen 290 eine Kraftmaschinenabschaltanforderung enthalten, die initiiert werden kann, wenn ein kritischer Fehler detektiert wird. Nur beispielhaft können kritische Fehler die Detektion eines Fahrzeugdiebstahls, eines festgefahrenen Startermotors, Probleme der elektronischen Drosselsteuerung und unerwartete Drehmomentzunahmen enthalten. In verschiedenen Implementierungen wählt die Arbitrierung die Kraftmaschinenabschaltanforderung als die siegreiche Anforderung aus, wenn eine Kraftmaschinenabschaltanforderung vorhanden ist. Wenn die Kraftmaschinenabschaltanforderung vorhanden ist, kann das Vortriebsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 206 als die arbitrierte vorhergesagte Drehmomentanforderung und als die arbitrierte Sofortdrehmomentanforderung 261 und 262 null ausgeben.
  • In verschiedenen Implementierungen kann eine Kraftmaschinenabschaltanforderung die Kraftmaschine 102 einfach getrennt von dem Arbitrierungsprozess abschalten. Das Vortriebsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 206 kann weiterhin die Kraftmaschinenabschaltanforderung empfangen, sodass z. B. geeignete Daten an andere Drehmomentanforderungseinrichtungen rückgekoppelt werden können. Zum Beispiel können alle anderen Drehmomentanforderungseinrichtungen informiert werden, dass sie die Arbitrierung verloren haben.
  • Das Reserven/Lasten-Modul 220 empfängt die arbitrierte vorhergesagte Drehmomentanforderung und die arbitrierte Sofortdrehmomentanforderung 261 und 262. Das Reserven/Lasten-Modul 220 kann die arbitrierte vorhergesagte Drehmomentanforderung und die arbitrierte Sofortdrehmomentanforderung 261 und 262 so einstellen, dass eine Drehmomentreserve erzeugt wird und/oder dass eine oder mehrere Lasten kompensiert werden. Daraufhin gibt das Reserven/Lasten-Modul 220 die eingestellte vorhergesagte Drehmomentanforderung und die eingestellte Sofortdrehmomentanforderung 263 und 264 an das Drehmomentanforderungsmodul 224 aus.
  • Nur beispielhaft können ein Katalysatoranspringprozess oder ein Kaltstartemissions-Verringerungsprozess eine nach spät verstellte Zündfunken-Zeiteinstellung erfordern. Somit kann das Reserven/Lasten-Modul 220 die eingestellte vorhergesagte Drehmomentanforderung 263 über die eingestellte Sofortdrehmomentanforderung 264 erhöhen, um für den Kaltstartemissions-Verringerungsprozess einen nach spät verstellten Zündfunken zu erzeugen. In einem anderen Beispiel können das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Kraftmaschine und/oder die Luftmassenströmung wie etwa durch intrusive Diagnoseäquivalenzverhältnistests und/oder durch Spülung einer neuen Kraftmaschine direkt variiert werden. Bevor diese Prozesse begonnen werden, kann eine Drehmomentreserve erzeugt oder erhöht werden, um Verringerungen des Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoments, die sich aus dem Lernen des Luft/Kraftstoff-Gemischs während dieser Prozesse ergeben, schnell auszugleichen.
  • Außerdem kann das Reserven/Lasten-Modul 220 eine Drehmomentreserve in Erwartung einer künftigen Last wie etwa eines Servolenkungspumpenbetriebs oder des Einrückens einer Klimaanlagen-Kompressorkupplung (A/C-Kompressorkupplung) erzeugen oder erhöhen. Die Reserve für das Einrücken der A/C-Kompressorkupplung kann erzeugt werden, wenn der Fahrer erstmals die Klimatisierung anfordert. Das Reserven/Lasten-Modul 220 kann die eingestellte vorhergesagte Drehmomentanforderung 263 erhöhen, während es die angepasste Sofortdrehmomentanforderung 264 ungeändert lässt, um die Drehmomentreserve zu erzeugen. Wenn die A/C-Kompressorkupplung daraufhin eingerückt wird, kann das Reserven/Lasten-Modul 220 die eingestellte Sofortdrehmomentanforderung 264 um die geschätzte Last der A/C-Kompressorkupplung erhöhen.
  • Das Drehmomentanforderungsmodul 224 empfängt die eingestellte vorhergesagte Drehmomentanforderung und die eingestellte Sofortdrehmomentanforderung 263 und 264. Das Drehmomentanforderungsmodul 224 bestimmt, wie die eingestellte vorhergesagte Drehmomentanforderung und die eingestellte Sofortdrehmomentanforderung 263 und 264 erzielt werden. Das Drehmomentanforderungsmodul 224 kann kraftmaschinentypspezifisch sein. Zum Beispiel kann das Drehmomentanforderungsmodul 224 für Fremdzündungskraftmaschinen gegenüber Selbstzündungskraftmaschinen anders implementiert sein oder andere Steuerschemata verwenden.
  • Bei verschiedenen Implementierungen kann das Drehmomentanforderungsmodul 224 zwischen Modulen, die über alle Kraftmaschinentypen gemeinsam sind, und Modulen, die für den Kraftmaschinentyp spezifisch sind, eine Begrenzung definieren. Die Kraftmaschinentypen können z. B. Fremdzündung und Selbstzündung enthalten. Module vor dem Drehmomentanforderungsmodul 224 wie etwa das Vortriebsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 206 können zwischen den Kraftmaschinentypen gemeinsam sein, während das Drehmomentanforderungsmodul 224 und nachfolgende Module kraftmaschinentypspezifisch sein können.
  • Das Drehmomentanforderungsmodul 224 bestimmt auf der Grundlage der eingestellten vorhergesagten Drehmomentanforderung und der eingestellten Sofortdrehmomentanforderung 263 und 224 eine Luftdrehmomentanforderung 265. Die Luftdrehmomentanforderung 265 kann ein Bremsdrehmoment sein. Das Bremsdrehmoment kann sich auf ein Drehmoment bei der Kurbelwelle unter den aktuellen Betriebsbedingungen beziehen.
  • Auf der Grundlage der Luftdrehmomentanforderung 265 werden sollwerte für Luftströmungssteuerungs-Kraftmaschinenaktoren bestimmt. Genauer bestimmt das Luftsteuermodul 228 auf der Grundlage der Luftdrehmomentanforderung 265 eine Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266, eine Ziel-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267, eine Ziel-AGR-Öffnungsfläche 268, einen Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel 269 und einen Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 270. Wie im Folgenden weiter diskutiert wird, bestimmt das Luftsteuermodul 228 die Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266, die Ziel-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267, die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 268, den Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel 269 und den Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 270 unter Verwendung einer Modellvorhersagesteuerung.
  • Das Ladedruckaktormodul 164 steuert das Ladedruckregelventil 162, um die Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266 zu erzielen. Zum Beispiel kann ein erstes Umsetzungsmodul 272 die Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266 in einen Ziel-Tastgrad 274 umsetzen, der an das Ladedruckregelventil 162 angelegt werden soll, und kann das Ladedruckaktormodul 164 auf der Grundlage des Ziel-Tastgrads 274 ein Signal an das Ladedruckregelventil 162 anlegen. In verschiedenen Implementierungen kann das erste Umsetzungsmodul 272 die Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266 in eine Ziel-Ladedruckregelventil-Position (nicht gezeigt) umsetzen und die Ziel-Ladedruckregelventil-Position in den Ziel-Tastgrad 274 umsetzen.
  • Das Drosselaktormodul 116 steuert die Drosselklappe 112, um die Ziel-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 zu erzielen. Zum Beispiel kann ein zweites Umsetzungsmodul 276 die Ziel-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 in einen Ziel-Tastgrad 278 umsetzen, der an die Drosselklappe 112 angelegt werden soll, und kann das Drosselaktormodul 116 auf der Grundlage des Ziel-Tastgrads 278 ein Signal an die Drosselklappe 112 anlegen. In verschiedenen Implementierungen kann das zweite Umsetzungsmodul 276 die Ziel-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 in eine Ziel-Drosselklappenposition (nicht gezeigt) umsetzen und die Ziel-Drosselklappenposition in den Ziel-Tastgrad 278 umsetzen.
  • Das AGR-Aktormodul 172 steuert das AGR-Ventil 170, um die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 268 zu erzielen. Zum Beispiel kann ein drittes Umsetzungsmodul 280 die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 268 in einen Ziel-Tastgrad 282 umsetzen, der an das AGR-Ventil 170 angelegt werden soll, und kann das AGR-Aktormodul 172 auf der Grundlage des Ziel-Tastgrads 282 ein Signal an das AGR-Ventil 170 anlegen. In verschiedenen Implementierungen kann das dritte Umsetzungsmodul 280 die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 268 in eine Ziel-AGR-Position (nicht gezeigt) umsetzen und die Ziel-AGR-Position in den Ziel-Tastgrad 282 umsetzen.
  • Das Phasensteller-Aktormodul 158 steuert den Einlassnocken-Phasensteller 148, um den Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel 269 zu erzielen. Außerdem steuert das Phasensteller-Aktormodul 158 den Auslassnocken-Phasensteller 150, um den Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 270 zu erzielen. In verschiedenen Implementierungen kann ein viertes Umsetzungsmodul (nicht gezeigt) enthalten sein und den Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel und den Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel in einen Ziel-Einlasstastgrad bzw. in einen Ziel-Auslasstastgrad umsetzen. Das Phasensteller-Aktormodul 158 kann den Ziel-Einlasstastgrad und den Ziel-Auslasstastgrad an den Einlassnocken-Phasensteller und an den Auslassnocken-Phasensteller 148 bzw. 150 anlegen. In verschiedenen Implementierungen kann das Luftsteuermodul 228 einen Ziel-Überlappungsfaktor und einen effektiven Zielhubraum bestimmen und kann das Phasensteller-Aktormodul 158 den Einlassnocken-Phasensteller und den Auslassnocken-Phasensteller 148 und 150 steuern, um den Ziel-Überlappungsfaktor und den effektiven Zielhubraum zu erzielen.
  • Außerdem kann das Drehmomentanforderungsmodul 224 auf der Grundlage der vorhergesagten Drehmomentanforderung und der Sofortdrehmomentanforderung 263 und 264 eine Zündfunken-Drehmomentanforderung 283, eine Zylinderabschaltungs-Drehmomentanforderung 284 und eine Kraftstoff-Drehmomentanforderung 285 erzeugen. Das Zündfunkensteuermodul 232 kann auf der Grundlage der Zündfunken-Drehmomentanforderung 283 bestimmen, wie viel die Zündfunken-Zeiteinstellung von einer optimalen Zündfunken-Zeiteinstellung nach spät verstellt werden soll (was das Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoment verringert). Nur beispielhaft kann die Drehmomentbeziehung umgekehrt werden, um sie nach einer Ziel-Zündfunken-Zeiteinstellung 286 aufzulösen. Für eine gegebene Drehmomentanforderung (TReq) kann die Ziel-Zündfunken-Zeiteinstellung (ST) 286 auf der Grundlage von: ST = f–1(TReq, APC, I, E, AF, OT, #), (1) bestimmt werden, wobei APC eine APC ist, I ein Einlassventil-Phasenlageneinstellungswert ist, E ein Auslassventil-Phasenlageneinstellungswert ist, AF ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, OT eine Öltemperatur ist und # eine Anzahl aktivierter Zylinder ist. Diese Beziehung kann als eine Gleichung und/oder als eine Nachschlagetabelle verkörpert sein. Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis (AF) kann das tatsächliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis sein, wie es durch das Kraftstoffsteuermodul 240 berichtet wird.
  • Wenn die Zündfunken-Zeiteinstellung auf die optimale Zündfunken-Zeiteinstellung eingestellt wird, kann das resultierende Drehmoment so nahe wie möglich einer minimalen Zündfunkenverstellung nach früh für bestes Drehmoment (MBT-Zündfunken-Zeiteinstellung) sein. Bestes Drehmoment bezieht sich auf das maximale Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoment, das für eine gegebene Luftströmung erzeugt wird, während die Zündfunken-Zeiteinstellung nach früh verstellt ist, während ein Kraftstoff, der eine höhere Oktanzahl als eine vorgegebene Oktanzahl aufweist, verwendet wird und eine stöchiometrische Kraftstoffbeaufschlagung verwendet wird. Diejenige Zündfunken-Zeiteinstellung, bei der das Beste auftritt, wird als eine MBT-Zündfunken-Zeiteinstellung bezeichnet. Zum Beispiel wegen der Kraftstoffqualität (wie etwa, wenn Kraftstoff mit einer niedrigeren Oktanzahl verwendet wird) und Umgebungsfaktoren wie etwa der Umgebungsfeuchtigkeit und Umgebungstemperatur kann sich die optimale Zündfunken-Zeiteinstellung geringfügig von der MBT-Zündfunken-Zeiteinstellung unterscheiden. Somit kann das Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoment bei der optimalen Zündfunken-Zeiteinstellung kleiner als MBT sein. Nur beispielhaft kann eine Tabelle optimaler Zündfunken-Zeiteinstellungen, die verschiedenen Kraftmaschinenbetriebsbedingungen entsprechen, während einer Kalibrierungsphase des Fahrzeugentwurfs bestimmt werden, wobei der Optimalwert aus einer Tabelle bestimmt wird, die auf den aktuellen Kraftmaschinenbetriebsbedingungen beruht.
  • Die Zylinderabschaltungs-Drehmomentanforderung 284 kann durch das Zylindersteuermodul 236 verwendet werden, um eine Zielanzahl zu deaktivierender Zylinder 287 zu bestimmen. In verschiedenen Implementierungen kann eine Zielanzahl zu aktivierender Zylinder verwendet werden. Das Zylinderaktormodul 120 aktiviert und deaktiviert wahlweise auf der Grundlage der Zielanzahl 287 die Ventile von Zylindern.
  • Außerdem kann das Zylindersteuermodul 236 das Kraftstoffsteuermodul 240 anweisen, das Bereitstellen von Kraftstoff für deaktivierte Zylinder anzuhalten, und das Zündfunkensteuermodul 232 anweisen, das Bereitstellen eines Zündfunkens für deaktivierte Zylinder anzuhalten. Das Zündfunkensteuermodul 232 kann das Bereitstellen eines Zündfunkens für einen Zylinder anhalten, wenn ein Kraftstoff/Luft-Gemisch, das bereits in dem Zylinder vorhanden ist, verbrannt worden ist.
  • Das Kraftstoffsteuermodul 240 kann auf der Grundlage der Kraftstoff-Drehmomentanforderung 285 die Menge Kraftstoff variieren, die für jeden Zylinder bereitgestellt wird. Genauer kann das Kraftstoffsteuermodul 240 auf der Grundlage der Kraftstoff-Drehmomentanforderung 285 Ziel-Kraftstoffbeaufschlagungsparameter 288 erzeugen. Die Ziel-Kraftstoffbeaufschlagungsparameter 288 können z. B. ein Ziel-Äquivalenzverhältnis, eine Ziel-Einspritzanfangszeiteinstellung und eine Zielanzahl der Kraftstoffeinspritzungen enthalten.
  • Während des Normalbetriebs kann das Kraftstoffsteuermodul 240 in einer Luftleitungsbetriebsart arbeiten, in der das Kraftstoffsteuermodul 240 ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis aufrechtzuerhalten versucht, indem es die Kraftstoffbeaufschlagung auf der Grundlage der Luftströmung steuert. Zum Beispiel kann das Kraftstoffsteuermodul 240 eine Ziel-Kraftstoffmasse bestimmen, die eine stöchiometrische Verbrennung liefert, wenn sie mit einer aktuellen Masse der Luft pro Zylinder (APC) kombiniert wird.
  • 3 ist ein Funktionsblockschaltplan einer beispielhaften Implementierung des Luftsteuermoduls 228. Nun anhand von 2 und 3 kann die Luftdrehmomentanforderung 265 wie oben diskutiert ein Bremsdrehmoment sein. Ein Drehmoment-Umsetzungsmodul 304 setzt die Luftdrehmomentanforderung 265 von einem Bremsdrehmoment in ein Basisdrehmoment um. Die Drehmomentanforderung, die sich aus der Umsetzung in das Basisdrehmoment ergibt, wird als eine Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 bezeichnet.
  • Basisdrehmomente können sich auf ein Drehmoment bei der Kurbelwelle beziehen, das während des Betriebs der Kraftmaschine 102 an einem Dynamometer erzeugt wird, während die Kraftmaschine 102 warm ist und an der Kraftmaschine 102 keine Drehmomentlasten durch Zubehör wie etwa eine Lichtmaschine und den A/C-Kompressor auferlegt werden. Das Drehmoment-Umsetzungsmodul 304 kann die Luftdrehmomentanforderung 265 z. B. unter Verwendung einer Abbildung oder einer Funktion, die die Bremsdrehmomente mit Basisdrehmomenten in Beziehung setzt, in die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 umsetzen. In verschiedenen Implementierungen kann das Drehmoment-Umsetzungsmodul 304 die Luftdrehmomentanforderung 265 in einen anderen geeigneten Drehmomenttyp wie etwa in ein angegebenes Drehmoment umsetzen. Ein angegebenes Drehmoment kann sich auf ein Drehmoment bei der Kurbelwelle beziehen, das Arbeit zuzuschreiben ist, die über Verbrennung innerhalb der Zylinder erzeugt wird.
  • Ein MPC-Modul 312 erzeugt unter Verwendung der Modellvorhersagesteuerung (MPC) die Zielwerte 266–270. Das MPC-Modul 312 kann ein einzelnes Modul sein oder kann mehrere Module umfassen. Zum Beispiel kann das MPC-Modul 312 ein Sequenzbestimmungsmodul 316 enthalten. Das Sequenzbestimmungsmodul 316 bestimmt mögliche Sequenzen der Zielwerte 266–270, die während N künftiger Steuerschleifen zusammen verwendet werden können.
  • Ein Vorhersagemodul 323 bestimmt auf der Grundlage eines (mathematischen) Modells 324 der Kraftmaschine 102, exogener Eingaben 328 und Rückkopplungseingaben 330 jeweils das vorhergesagte Ansprechen der Kraftmaschine 102 auf die möglichen Sequenzen der Zielwerte 266–270. Genauer erzeugt das Vorhersagemodul 323 auf der Grundlage einer möglichen Sequenz der Zielwerte 266–270, der exogenen Eingaben 328 und der Rückkopplungseingaben 330 unter Verwendung des Modells 324 eine Sequenz vorhergesagter Drehmomente der Kraftmaschine 102 für die N Steuerschleifen, eine Sequenz vorhergesagter APCs für die N Steuerschleifen, eine Sequenz vorhergesagter Mengen externer Verdünnung für die N Steuerschleifen, eine Sequenz vorhergesagter Mengen Restverdünnung für die N Steuerschleifen, eine Sequenz vorhergesagter Verbrennungs-Phasenlageneinstellungswerte für die N Steuerschleifen und eine Sequenz vorhergesagter Verbrennungsqualitätswerte für die N Steuerschleifen.
  • Das Modell 324 kann z. B. eine oder mehrere auf der Grundlage von Charakteristiken der Kraftmaschine 102 kalibrierte Funktionen und/oder Abbildungen enthalten. Die Verdünnung kann sich auf eine Menge Abgas von einem früheren Verbrennungsereignis beziehen, das für ein Verbrennungsereignis innerhalb eines Zylinders eingeschlossen ist. Die externe Verdünnung kann sich auf Abgas beziehen, das über das AGR-Ventil 170 für ein Verbrennungsereignis bereitgestellt wird. Die Restverdünnung kann sich auf Abgas, das in einem Zylinder verbleibt, und/oder auf Abgas, das nach dem Ausstoßtakt eines Verbrennungszyklus in den Zylinder zurückgeschoben wird, beziehen. Außerdem kann sich die Restverdünnung auf eine interne Verdünnung beziehen.
  • Die Verbrennungs-Phasenlageneinstellung kann sich auf eine Kurbelwellenposition, bei der eine vorgegebene Menge eingespritzten Kraftstoffs innerhalb eines Zylinders verbrannt wird, im Vergleich zu einer vorgegebenen Kurbelwellenposition für die Verbrennung der vorgegebenen Menge von injiziertem Kraftstoff beziehen. Zum Beispiel kann die Verbrennungs-Phasenlageneinstellung hinsichtlich CA50 im Vergleich zu einem vorgegebenen CA50 ausgedrückt werden. CA50 kann sich auf einen Kurbelwellenwinkel (CA) beziehen, bei dem 50 Prozent einer Masse eingespritzten Kraftstoffs innerhalb eines Zylinders verbrannt sind. Das vorgegebene CA50 kann einem CA50 entsprechen, bei dem aus dem eingespritzten Kraftstoff eine maximale Menge Arbeit erzeugt wird, und kann in verschiedenen Implementierungen näherungsweise 8,5 – näherungsweise 10 Grad nach dem TDC (oberen Totpunkt) sein. Obgleich die Verbrennungs-Phasenlageneinstellung hinsichtlich CA50-Werten diskutiert ist, kann irgendein geeigneter Parameter verwendet werden, der die Verbrennungs-Phasenlageneinstellung angibt. Obgleich die Verbrennungsqualität als Variationskoeffizient (COV) indizierter mittlerer Druckwerte (IMEP-Werte) diskutiert ist, kann außerdem ein anderer geeigneter Parameter verwendet werden, der die Verbrennungsqualität angibt.
  • Die exogenen Eingaben 328 können Parameter enthalten, die nicht direkt von der Drosselklappe 112, von dem AGR-Ventil 170, von dem Turbolader, von dem Einlassnocken-Phasensteller 148 und von dem Auslassnocken-Phasensteller 150 beeinflusst sind. Zum Beispiel können exogene Eingaben 328 die Kraftmaschinendrehzahl, den Turbolader-Einlassluftdruck, IAT, das Ziel-Luft/Kraftstoff-Gemisch und/oder einen oder mehrere andere Parameter enthalten. Die Rückkopplungseingaben 330 können z. B. eine geschätzte Drehmomentausgabe der Kraftmaschine 102, einen Auslassdruck stromabwärts der Turbine 160-1 des Turboladers, die IAT, eine APC der Kraftmaschine 102, eine geschätzte Restverdünnung, eine geschätzte externe Verdünnung und/oder eine oder mehrere andere geeignete Parameter enthalten. Die Rückkopplungseingaben 330 können unter Verwendung von Sensoren (z. B. die IAT) gemessen werden und/oder können auf der Grundlage eines oder mehrerer anderer Parameter geschätzt werden.
  • Jede der möglichen durch das Sequenzbestimmungsmodul 316 identifizierten Sequenzen enthält für jeden der Zielwerte 266–270 eine Sequenz von N Werten. Mit anderen Worten, jede mögliche Sequenz enthält eine Sequenz von N Werten für die Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266, eine Sequenz von N Werten für die Ziel-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267, eine Sequenz von N Werten für die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 268, eine Sequenz von N Werten für den Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel 269 und eine Sequenz von N Werten für den Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 270. Jeder der N Werte ist für eine Entsprechende der N künftigen Steuerschleifen. N ist eine ganze Zahl größer oder gleich eins.
  • Ein Kostenmodul 332 bestimmt für jede der möglichen Sequenzen der Zielwerte 266–270 auf der Grundlage der vorhergesagten Parameter, die für eine mögliche Sequenz bestimmt worden sind, und der Ausgangsreferenzwerte 356 einen Kostenwert. Eine beispielhafte Kostenbestimmung wird im Folgenden weiter diskutiert.
  • Ein Auswahlmodul 344 wählt jeweils auf der Grundlage der Kosten der möglichen Sequenzen eine der möglichen Sequenzen der Zielwerte 266–270 aus. Zum Beispiel kann das Auswahlmodul 344 vorbehaltlich der Aktorbeschränkungen 348 und der Ausgabebeschränkungen 352 eine der möglichen Sequenzen mit den niedrigsten Kosten auswählen. In verschiedenen Implementierungen kann das Modell 324 eine der möglichen Sequenzen mit den niedrigsten Kosten, während die Aktorbeschränkungen 348 und die Ausgabebeschränkungen 352 erfüllt sind, auswählen.
  • In verschiedenen Implementierungen kann bei der Kostenbestimmung eine Erfüllung der Aktorbeschränkungen 348 und der Ausgabebeschränkungen betrachtet werden. Mit anderen Worten, das Kostenmodul 332 kann die Kostenwerte ferner auf der Grundlage der Aktorbeschränkungen 348 und/oder der Ausgabebeschränkungen 352 bestimmen. Wie im Folgenden weiter diskutiert wird, wählt das Auswahlmodul 344 auf der Grundlage dessen, wie die Kostenwerte bestimmt werden, die eine der möglichen Sequenzen aus, die vorbehaltlich der Aktorbeschränkungen 348 und der Ausgabebeschränkungen 352 die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 am besten erzielt, während sie die APC minimiert.
  • Das Auswahlmodul 344 kann die Zielwerte 266–270 jeweils auf die Ersten der N Werte der ausgewählten möglichen Sequenz einstellen. Mit anderen Worten, das Auswahlmodul 344 kann die Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266 auf den Ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für die Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266 einstellen, kann die Ziel-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 auf den Ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für die Ziel-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 einstellen, kann die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 268 auf den Ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 268 einstellen, kann den Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel 269 auf den Ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für den Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel 269 einstellen und kann den Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 270 auf den Ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für den Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 270 einstellen.
  • Während der nächsten Steuerschleife identifiziert das MPC-Modul 312 mögliche Sequenzen, erzeugt es die vorhergesagten Parameter für die möglichen Sequenzen, bestimmt es die Kosten jeder der möglichen Sequenzen, wählt es eine der möglichen Sequenzen aus und stellt es Sätze der Zielwerte 266–270 auf den ersten Satz der Zielwerte 266–270 in der ausgewählten möglichen Sequenz ein. Dieser Prozess wird für jede Steuerschleife fortgesetzt.
  • Ein Aktorbeschränkungsmodul 360 (siehe 2) stellt für jeden der Zielwerte 266–270 eine der Aktorbeschränkungen 348 ein. Mit anderen Worten, das Aktorbeschränkungsmodul 360 stellt eine Aktorbeschränkung für die Drosselklappe 112, eine Aktorbeschränkung für das AGR-Ventil 170, eine Aktorbeschränkung für das Ladedruckregelventil 162, eine Aktorbeschränkung für den Einlassnocken-Phasensteller 148 und eine Aktorbeschränkung für den Auslassnocken-Phasensteller 150 ein.
  • Die Aktorbeschränkungen 348 für jeden der Zielwerte 266–270 enthalten einen Maximalwert für einen zugeordneten Zielwert und einen Minimalwert für diesen Zielwert. Allgemein kann das Aktorbeschränkungsmodul 360 die Aktorbeschränkungen 348 auf vorgegebene Betriebsbereiche für die zugeordneten Aktoren einstellen. Genauer kann das Aktorbeschränkungsmodul 360 die Aktorbeschränkungen 348 jeweils allgemein auf vorgegebene Betriebsbereiche für die Drosselklappe 112, für das AGR-Ventil 170, für das Ladedruckregelventil 162, für den Einlassnocken-Phasensteller 148 und für den Auslassnocken-Phasensteller 150 einstellen.
  • Allerdings kann das Aktorbeschränkungsmodul 360 unter einigen Umständen wahlweise eine oder mehrere der Aktorbeschränkungen 348 einstellen. Zum Beispiel kann das Aktorbeschränkungsmodul 360 die Aktorbeschränkungen für einen gegebenen Aktor einstellen, um den Betriebsbereich für diesen Kraftmaschinenaktor einzuengen, wenn in diesem Kraftmaschinenaktor ein Fehler diagnostiziert wird. Nur als ein anderes Beispiel kann das Aktorbeschränkungsmodul 360 die Aktorbeschränkungen in der Weise einstellen, dass der Zielwert für einen gegebenen Aktor im Zeitverlauf einem vorgegebenen Plan folgt oder sich z. B. für eine Fehlerdiagnose wie etwa eine Nockenphasensteller-Fehlerdiagnose, eine Drosseldiagnose oder eine AGR-Diagnose um einen vorgegebenen Betrag ändert. Damit ein Zielwert im Zeitverlauf einem vorgegebenen Plan folgt oder sich um einen vorgegebenen Betrag ändert, kann das Aktorbeschränkungsmodul 360 den Minimal- und den Maximalwert auf denselben Wert einstellen. Dass der Minimal- und der Maximalwert auf denselben Wert eingestellt werden, kann erzwingen, dass der entsprechende Zielwert auf dieselben Werte wie der Minimal- und der Maximalwert eingestellt wird. Das Aktorbeschränkungsmodul 360 kann den Wert, auf den der Minimal- und der Maximalwert eingestellt sind, im Zeitverlauf variieren, um zu veranlassen, dass der Zielwert einem vorgegebenen Plan folgt.
  • Ein Ausgabebeschränkungsmodul 364 (siehe 2) stellt die Ausgabebeschränkungen 352 für die vorhergesagte Drehmomentausgabe der Kraftmaschine 102, für das vorhergesagte CA50, für die vorhergesagte COV des IMEP, für die vorhergesagte Restverdünnung und für die vorhergesagte externe Verdünnung ein. Die Ausgabebeschränkungen 352 für jeden der vorhergesagten Werte können einen Maximalwert für einen zugeordneten vorhergesagten Parameter und einen Minimalwert für diesen vorhergesagten Parameter enthalten. Zum Beispiel können die Ausgabebeschränkungen 352 ein minimales Drehmoment, ein maximales Drehmoment, ein minimales CA50 und ein maximales CA50, eine minimale COV des IMEP und eine maximale COV des IMEP, eine minimale Restverdünnung und eine maximale Restverdünnung und eine minimale externe Verdünnung und eine maximale externe Verdünnung enthalten.
  • Das Ausgabebeschränkungsmodul 364 kann die Ausgabebeschränkungen 352 jeweils allgemein auf vorgegebene Bereiche für die zugeordneten vorhergesagten Parameter einstellen. Allerdings kann das Ausgabebeschränkungsmodul 364 unter einigen Umständen eine oder mehrere der Ausgabebeschränkungen 352 variieren. Zum Beispiel kann das Ausgabebeschränkungsmodul 364 das maximale CA50, wie etwa, wenn innerhalb der Kraftmaschine 102 Klopfen auftritt, nach spät verstellen. Als ein anderes Beispiel kann das Ausgabebeschränkungsmodul 364 die maximale COV des IMEP unter Niederlastbedingungen wie etwa während des Kraftmaschinenleerlaufs, wo eine höhere COV des IMEP notwendig sein kann, um eine gegebene Drehmomentanforderung zu erzielen, erhöhen. Wie im Folgenden weiter diskutiert wird, können außerdem eine oder mehrere der Ausgabebeschränkungen 352 für die Diagnose des Katalysators 136, des stromaufwärtigen Sauerstoffsensors 176 und/oder des stromabwärtigen Sauerstoffsensors 177 eingestellt werden.
  • Ein Referenzmodul 368 (siehe 2) erzeugt jeweils die Referenzwerte 356 für die Zielwerte 266–270. Die Referenzwerte 356 enthalten für jeden der Zielwerte 266–270 eine Referenz. Mit anderen Worten, die Referenzwerte 356 enthalten eine Referenz-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche, eine Referenz-Drosselklappen-Öffnungsfläche, eine Referenz-AGR-Öffnungsfläche, einen Referenz-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel und einen Referenz-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel.
  • Das Referenzmodul 368 kann die Referenzwerte 356 z. B. auf der Grundlage der Luftdrehmomentanforderung 265, der Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 und/oder eines oder mehrerer anderer geeigneter Parameter bestimmen. Die Referenzwerte 356 stellen jeweils Referenzen zum Einstellen der Zielwerte 266–270 bereit. Die Referenzwerte 356 können verwendet werden, um die Kostenwerte für mögliche Sequenzen zu bestimmen. Außerdem können die Referenzwerte 356 aus einem oder mehreren anderen Gründen wie etwa durch das Sequenzbestimmungsmodul 316 zum Bestimmen möglicher Sequenzen verwendet werden.
  • Anstelle oder zusätzlich zum Erzeugen von Sequenzen möglicher Zielwerte und zum Bestimmen der Kosten jeder der Sequenzen kann das MPC-Modul 312 eine Sequenz möglicher Zielwerte mit den niedrigsten Kosten unter Verwendung konvexer Optimierungstechniken identifizieren. Zum Beispiel kann das MPC-Modul 312 die Zielwerte 266–270 unter Verwendung eines Gleichungslösers der quadratischen Programmierung (QP) wie etwa eines Dantzig-QP-Gleichungslösers bestimmen. In einem anderen Beispiel kann das MPC-Modul 312 für die möglichen Sequenzen der Zielwerte 266–270 eine Fläche der Kostenwerte erzeugen und auf der Grundlage des Anstiegs der Kostenfläche einen Satz möglicher Zielwerte mit den niedrigsten Kosten identifizieren. Daraufhin kann das MPC-Modul 312 den Satz möglicher Zielwerte testen, um zu bestimmen, ob dieser Satz möglicher Zielwerte die Aktorbeschränkungen 348 und/oder andere Beschränkungen erfüllt. Das MPC-Modul 312 wählt den Satz möglicher Zielwerte mit den niedrigsten Kosten, während die Aktorbeschränkungen 348 und/oder die anderen Beschränkungen erfüllt sind, aus.
  • Das Kostenmodul 332 kann die Kosten für die möglichen Sequenzen der Zielwerte 266–270 auf der Grundlage von Beziehungen bestimmen zwischen: dem vorhergesagten Drehmoment und der Basis-Luftdrehmomentanforderung 308; der vorhergesagten APC und null; den möglichen Zielwerten und den jeweiligen Aktorbeschränkungen 348; den anderen vorhergesagten Parametern und den jeweiligen Ausgabebeschränkungen 352; und den möglichen Zielwerten und den jeweiligen Referenzwerten 356. Die Beziehungen können gewichtet werden, um z. B. die Wirkung zu steuern, die jede der Beziehungen auf die Kosten hat.
  • Nur beispielhaft kann das Kostenmodul 332 die Kosten (eng.: ”cost”) für eine mögliche Sequenz der Zielwerte 266–270 auf der Grundlage der folgenden Gleichung bestimmen: Kosten = Σ N / i=1ρ∊2 + ||wT·(TPi – BATR)||2 + ||wA·(APCPi – O)||2, wobei Kosten die Kosten für die mögliche Sequenz der Zielwerte 266–270 sind, TPi das vorhergesagte Drehmoment der Kraftmaschine 102 für die i-te der N Steuerschleifen ist, BATR die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 ist und wT ein Gewichtungswert ist, der der Beziehung zwischen dem vorhergesagten Kraftmaschinendrehmoment und dem Referenzdrehmoment zugeordnet ist. APCPi ist eine vorhergesagte APC für die i-te der N Steuerschleifen und wA ist ein Gewichtungswert, der der Beziehung zwischen der vorhergesagten APC und null zugeordnet ist.
  • Das Kostenmodul 332 kann die Kosten (eng.: ”cost”) für eine mögliche Sequenz der Zielwerte 266–270 auf der Grundlage der folgenden ausführlicheren Gleichung: Kosten = Σ N / i=1ρ∊2 + ||wT·(TPi – BATR)||2 + ||wA·(APCPi – O)||2 + ||wTV·(PTTOi – TORef)||2 + ||wWG·(PTWGOi – EGORef)||2 + ||wEGR·(PTEGROi – EGRORef)||2 + ||wIP·(PTICPi – ICPRef)||2 + ||wEP·(PTECPi – ECPRef)||2 vorbehaltlich der Aktorbeschränkungen 348 und der Ausgabebeschränkungen 352 bestimmen. Kosten sind die Kosten für die mögliche Sequenz der Zielwerte 266–270, TPi ist das vorhergesagte Drehmoment der Kraftmaschine 102 für die i-te der N Steuerschleifen, BATR ist die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 und wT ist ein Gewichtungswert, der der Beziehung zwischen dem vorhergesagten Kraftmaschinendrehmoment und dem Referenz-Kraftmaschinendrehmoment zugeordnet ist. APCPi ist eine vorhergesagte APC für die i-te der N Steuerschleifen und wA ist ein Gewichtungswert, der der Beziehung zwischen der vorhergesagten APC und null zugeordnet ist.
  • PTTOi ist eine mögliche Ziel-Drosselklappenöffnung für die i-te der N Steuerschleifen, TORef ist die Referenz-Drosselklappenöffnung und wTV ist ein Gewichtungswert, der der Beziehung zwischen den möglichen Ziel-Drosselklappenöffnungen und der Referenz-Drosselklappenöffnung zugeordnet ist. PTWGOi ist eine mögliche Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnung für die i-te der N Steuerschleifen, WGORef ist die Referenz-Ladedruckregelventil-Öffnung und wWG ist ein Gewichtungswert, der der Beziehung zwischen den möglichen Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungen und der Referenz-Ladedruckregelventil-Öffnung zugeordnet ist.
  • PTEGROi ist eine mögliche Ziel-AGR-Öffnung für die i-te der N Steuerschleifen, EGRRef ist die Referenz-AGR-Öffnung und ein wEGR ist ein Gewichtungswert, der der Beziehung zwischen den möglichen AGR-Öffnungen und der Referenz-AGR-Öffnung zugeordnet ist. PTICi ist ein möglicher Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel für die i-te der N Steuerschleifen, ICPRef ist der Referenz-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel und wIP ist ein Gewichtungswert, der der Beziehung zwischen dem möglichen Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel und dem Referenz-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel zugeordnet ist. PTECi ist ein möglicher Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel für die i-te der N Steuerschleifen, ECPRef ist der Referenz-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel und wEP ist ein Gewichtungswert, der der Beziehung zwischen dem möglichen Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel und dem Referenz-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel zugeordnet ist.
  • ρ ist ein Gewichtungswert, der der Erfüllung der Ausgabebeschränkungen 352 zugeordnet ist. ∊ ist ein Variablenwert, den das Kostenmodul 332 auf der Grundlage dessen einstellen kann, ob die Ausgabebeschränkungen 352 erfüllt sind. Zum Beispiel kann das Kostenmodul 332 ∊ erhöhen, wenn ein vorgegebener Parameter (z. B. wenigstens um einen vorgegebenen Betrag) größer oder kleiner als der entsprechende Minimal- oder Maximalwert ist. Wenn alle Ausgabebeschränkungen 352 erfüllt sind, kann das Kostenmodul 332 ∊ auf null einstellen. ρ kann größer als der Gewichtungswert wT, als der Gewichtungswert wA und als die anderen Gewichtungswerte (wTV, wWG, wEGR, wIP, wEP) sein, sodass die für eine mögliche Sequenz bestimmten Kosten groß sind, falls eine oder mehrere der Ausgabebeschränkungen 352 nicht erfüllt sind. Dies kann die Auswahl einer möglichen Sequenz verhindern helfen, wenn eine oder mehrere der Ausgabebeschränkungen 352 nicht erfüllt sind.
  • Der Gewichtungswert wT kann größer als der Gewichtungswert wA und die Gewichtungswerte wTV, wWG, wEGR, wIP und wEP sein. Wie im Folgenden diskutiert wird, hat die Beziehung zwischen dem vorhergesagten Kraftmaschinendrehmoment und der Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 auf diese Weise eine größere Wirkung auf die Kosten und somit auf die Auswahl einer der möglichen Sequenzen. Während die Differenz zwischen dem vorhergesagten Kraftmaschinendrehmoment und der Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 zunimmt, nehmen die Kosten zu, und umgekehrt.
  • Der Gewichtungswert wA kann kleiner als der Gewichtungswert wT und größer als die Gewichtungswerte wTV, wWG, wEGR, wIP und wEP sein. Auf diese Weise hat die Beziehung zwischen der vorhergesagten APC und null eine große Wirkung, aber weniger als die Beziehung zwischen dem vorhergesagten Kraftmaschinendrehmoment und der Basis-Luftdrehmomentanforderung 308, auf die Kosten. Während die Differenz zwischen der vorhergesagten APC und null zunimmt, nehmen die Kosten zu, und umgekehrt. Während die beispielhafte Verwendung von null gezeigt ist und diskutiert worden ist, kann anstelle von null eine vorgegebene minimale APC verwendet werden. Obgleich die Beispiele der Minimierung der APC diskutiert sind, kann außerdem in verschiedenen Implementierungen ein Wirkungsgradparameter bestimmt und maximiert werden. Der Wirkungsgradparameter kann z. B. das vorhergesagte Drehmoment, dividiert durch die vorhergesagte APC, sein.
  • Somit hilft die Bestimmung der Kosten auf der Grundlage der Differenz zwischen der vorhergesagten APC und null sicherzustellen, dass die APC minimiert wird. Da die Kraftstoffbeaufschlagung auf der Grundlage der tatsächlichen APC gesteuert wird, verringert das Verringern der APC den Kraftstoffverbrauch, um ein Ziel-Luft/Kraftstoff-Gemisch zu erzielen. Während das Auswahlmodul 344 die eine der möglichen Sequenzen mit den niedrigsten Kosten auswählen kann, kann das Auswahlmodul 344 die eine der möglichen Sequenzen auswählen, die die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 am besten erzielt, während sie die APC minimier.
  • Die Gewichtungswerte wTV, wWG, wEGR, wIP und wEP können kleiner als alle anderen Gewichtungswerte sein. Auf diese Weise können die Zielwerte 266–270 während des stationären Betriebs jeweils in der Nähe der oder bei den Referenzwerten 356 ausregeln. Allerdings kann das MPC-Modul 312 die Zielwerte 266–270 während des Übergangsbetriebs von den Referenzwerten 356 entfernt einstellen, um die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 zu erzielen, während die APC minimiert wird und die Aktorbeschränkungen 348 und die Ausgabebeschränkungen 352 erfüllt sind.
  • Im Betrieb kann das MPC-Modul 312 die Kostenwerte für die möglichen Sequenzen bestimmen. Daraufhin kann das MPC-Modul 312 die eine der möglichen Sequenzen mit den niedrigsten Kosten auswählen. Nachfolgend kann das MPC-Modul 312 bestimmen, ob die ausgewählte mögliche Sequenz die Aktorbeschränkungen 348 erfüllt. Wenn das der Fall ist, kann die mögliche Sequenz verwendet werden. Wenn das nicht der Fall ist, bestimmt das MPC-Modul 312 auf der Grundlage der ausgewählten möglichen Sequenz eine mögliche Sequenz, die die Aktorbeschränkungen 348 erfüllt und die niedrigsten Kosten besitzt. Das MPC-Modul 312 kann diejenige mögliche Sequenz verwenden, die die Aktorbeschränkungen 348 erfüllt und die niedrigsten Kosten besitzt.
  • Nun in 4 ist ein Ablaufplan dargestellt, der ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern der Drosselklappe 112, des Einlassnocken-Phasenstellers 148, des Auslassnocken-Phasenstellers 150, des Ladedruckregelventils 162 (und somit des Turboladers) und des AGR-Ventils 170 unter Verwendung der MPC (Modellvorhersagesteuerung) zeigt. Die Steuerung kann bei 404 beginnen, wo das Drehmomentanforderungsmodul 224 auf der Grundlage der eingestellten vorhergesagten Drehmomentanforderungen und der eingestellten Sofortdrehmomentanforderungen 263 und 264 die Luftdrehmomentanforderung 265 bestimmt.
  • Bei 408 kann das Drehmoment-Umsetzungsmodul 304 die Luftdrehmomentanforderung 265 zur Verwendung durch das MPC-Modul 312 in die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 oder in irgendeinen anderen geeigneten Drehmomenttyp umsetzen. Bei 412 bestimmt das Sequenzbestimmungsmodul 316 auf der Grundlage der Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 mögliche Sequenzen der Zielwerte 266–270.
  • Bei 416 bestimmt das Vorhersagemodul 323 für jede der möglichen Sequenzen von Zielwerten die vorgegebenen Parameter. Das Vorhersagemodul 323 bestimmt die vorhergesagten Parameter für die möglichen Sequenzen auf der Grundlage des Modells 324 der Kraftmaschine 102, der exogenen Eingaben 328 und der Rückkopplungseingaben 330. Genauer erzeugt das Vorhersagemodul 323 auf der Grundlage einer möglichen Sequenz der Zielwerte 266–270, der exogenen Eingaben 328 und der Rückkopplungseingaben 330 unter Verwendung des Modells 324 eine Sequenz vorhergesagter Drehmomente der Kraftmaschine 102 für die N Steuerschleifen, eine Sequenz vorhergesagter APCs für die N Steuerschleifen, eine Sequenz vorhergesagter Mengen externer Verdünnung für die N Steuerschleifen, eine Sequenz vorhergesagter Mengen Restverdünnung für die N Steuerschleifen, eine Sequenz vorhergesagter Verbrennungs-Phasenlageneinstellungswerte für die N Steuerschleifen und eine Sequenz vorhergesagter Verbrennungsqualitätswerte für die N Steuerschleifen.
  • Bei 420 bestimmt das Kostenmodul 332 jeweils die Kosten (eng.: ”cost”) für die möglichen Sequenzen. Nur beispielhaft kann das Kostenmodul 332 die Kosten für eine mögliche Sequenz der Zielwerte 266–270 wie oben diskutiert auf der Grundlage der Gleichung Kosten = Σ N / i=1ρ∊2 + ||wT·(TPi – BATR)||2 + ||wA·(APCPi – O)||2 oder auf der Grundlage der Gleichung
    Figure DE102015104099A1_0002
    vorbehaltlich der Aktorbeschränkungen 348 und der Ausgabebeschränkungen 352 bestimmen.
  • Bei 424 wählt das Auswahlmodul 344 auf der Grundlage der Kosten der möglichen Sequenzen jeweils eine der möglichen Sequenzen der Zielwerte 266–270 aus. Zum Beispiel kann das Auswahlmodul 344 eine der möglichen Sequenzen mit den niedrigsten Kosten, während sie die Aktorbeschränkungen 348 und die Ausgabebeschränkungen 352 erfüllt, auswählen. Somit kann das Auswahlmodul 344 die eine der möglichen Sequenzen auswählen, die die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 am besten erzielt, während sie die APC minimiert und die Ausgabebeschränkungen 352 erfüllt. Anstelle oder zusätzlich zur Bestimmung möglicher Sequenzen der Zielwerte 230–244 bei 412 und zur Bestimmung der Kosten jeder der Sequenzen bei 420 kann das MPC-Modul 312 wie oben diskutiert eine Sequenz möglicher Zielwerte mit den niedrigsten Kosten unter Verwendung konvexer Optimierungstechniken identifizieren.
  • Bei 425 kann das MPC-Modul 312 bestimmen, ob die ausgewählte eine der möglichen Sequenzen die Aktorbeschränkungen 348 erfüllt. Falls 425 wahr ist, kann die Steuerung bei 428 fortfahren, falls 425 falsch ist, kann das MPC-Modul 312 bei 426 auf der Grundlage der ausgewählten möglichen Sequenz eine mögliche Sequenz bestimmen, die die Aktorbeschränkungen 348 erfüllt und die niedrigsten Kosten besitzt, und kann die Steuerung bei 428 fortfahren. Wie im Folgenden diskutiert wird, kann diejenige mögliche Sequenz verwendet werden, die die Aktorbeschränkungen 348 erfüllt und die niedrigsten Kosten besitzt.
  • Bei 428 setzt das erste Umsetzungsmodul 272 die Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266 in den Ziel-Tastgrad 274 um, der an das Ladedruckregelventil 162 angelegt werden soll, setzt das zweite Umsetzungsmodul 276 die Ziel-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 in den Ziel-Tastgrad 278 um, der an die Drosselklappe 112 angelegt werden soll. Außerdem setzt das dritte Umsetzungsmodul 280 bei 428 die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 268 in den Ziel-Tastgrad 282 um, der an das AGR-Ventil 170 angelegt werden soll. Außerdem kann das vierte Umsetzungsmodul den Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel und den Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 269 und 270 in den Ziel-Einlasstastgrad und in den Ziel-Auslasstastgrad umsetzen, die an den Einlassnocken-Phasensteller bzw. an den Auslassnocken-Phasensteller 148 bzw. 150 angelegt werden sollen.
  • Bei 432 steuert das Drosselaktormodul 116 die Drosselklappe 112, um die Ziel-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 zu erzielen, und steuert das Phasensteller-Aktormodul 158 den Einlassnocken-Phasensteller und den Auslassnocken-Phasensteller 148 und 150, um den Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel und den Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 269 bzw. 270 zu erzielen. Zum Beispiel kann das Drosselaktormodul 116 ein Signal mit dem Ziel-Tastgrad 278 an die Drosselklappe 112 anlegen, um die Ziel-Drosselklappen-Öffnungsfläche 267 zu erzielen. Außerdem steuert das AGR-Aktormodul 172 das AGR-Ventil 170 bei 432, um die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 268 zu erzielen, und steuert das Ladedruckaktormodul 164 das Ladedruckregelventil 162, um die Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266 zu erzielen. Zum Beispiel kann das AGR-Aktormodul 172 ein Signal mit dem Ziel-Tastgrad 282 an das AGR-Ventil 170 anlegen, um die Ziel-AGR-Öffnungsfläche 268 zu erzielen, und kann das Ladedruckaktormodul 164 ein Signal mit dem Ziel-Tastgrad 274 an das Ladedruckregelventil 162 anlegen, um die Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266 zu erzielen. Obgleich 4 nach 432 endend gezeigt ist, kann 4 eine Steuerschleife darstellen und können die Steuerschleifen mit einer vorgegebenen Rate ausgeführt werden.
  • Wieder anhand von 2 enthält das ECM 114 ein Katalysatorüberwachungsmodul 504 (siehe auch 5) und ein Sensorüberwachungsmodul 508 (siehe auch 6). Wie oben erwähnt wurde, speichert der Katalysator 136 Sauerstoff, wenn das für den Katalysator 136 bereitgestellte Abgas sauerstoffreich (kraftstoffarm) ist. Das Katalysatorüberwachungsmodul 504 überwacht die Fähigkeit des Katalysators 136, Sauerstoff zu speichern, und diagnostiziert auf der Grundlage der Fähigkeit des Katalysators 136, Sauerstoff zu speichern, wahlweise die Anwesenheit eines Fehlers in dem Katalysator 136.
  • Eine Sauerstoffspeicherfähigkeits-Zeitdauer (OSC-Zeitdauer) kann die Fähigkeit des Katalysators 136 zum Speichern von Sauerstoff angeben. Das Katalysatorüberwachungsmodul 504 kann die OSC-Zeitdauer für den Katalysator 136 unter Verwendung des Ansprechens des stromaufwärtigen und/oder des stromabwärtigen Sauerstoffsensors 176 und 177 auf eine oder mehrere Änderungen der Kraftstoffbeaufschlagung bestimmen. Genauer kann das Katalysatorüberwachungsmodul 504 die OSC-Zeitdauer für den Katalysator 136 auf der Grundlage der Zeitdauer zwischen einem ersten Zeitpunkt, zu dem der stromaufwärtige Sauerstoffsensor 176 auf einen Übergang von kraftstoffreicher Kraftstoffbeaufschlagung zu kraftstoffarmer Kraftstoffbeaufschlagung anspricht, und einem zweiten Zeitpunkt, zu dem der stromabwärtige Sauerstoffsensor 177 auf den Übergang anspricht, bestimmen.
  • Wenn die OSC-Zeitdauer größer als eine vorgegebene Zeitdauer ist, kann das Katalysatorüberwachungsmodul 504 bestimmen, dass der Fehler in dem Katalysator 136 nicht vorliegt. Umgekehrt kann das Katalysatorüberwachungsmodul 504 bestimmen, dass der Fehler in dem Katalysator 136 vorliegt, wenn die OSC-Zeitdauer kleiner als die vorgegebene Zeitdauer ist.
  • Allerdings kann die Verzögerung, mit der der stromabwärtige Sauerstoffsensor 177 seine Ausgabe erzeugt, die eine Änderung der Sauerstoffkonzentration des Abgases angibt, verursachen, dass der stromabwärtige Sauerstoffsensor 177 später als er sollte auf den Übergang anspricht. Dementsprechend verursacht die Verzögerung in dem stromabwärtigen Sauerstoffsensor 177, dass die OSC-Zeitdauer zunimmt. Somit kann die Verzögerung des stromabwärtigen Sauerstoffsensors 177 veranlassen, dass das Katalysatorüberwachungsmodul 504 falsch bestimmt, dass der Fehler in dem Katalysator 136 nicht vorliegt.
  • Das Sensorüberwachungsmodul 508 überwacht das Ansprechen des stromabwärtigen Sauerstoffsensors 177 auf einen Übergang von kraftstoffreicher Kraftstoffbeaufschlagung zu kraftstoffarmer Kraftstoffbeaufschlagung. Das Sensorüberwachungsmodul 508 bestimmt auf der Grundlage des Ansprechens des stromabwärtigen Sauerstoffsensors 177 auf den Übergang einen Parameter, der der Verzögerung des stromabwärtigen Sauerstoffsensors 177 entspricht. Außerdem kann das Sensorüberwachungsmodul 508 bestimmen, ob ein Fehler in dem stromabwärtigen Sauerstoffsensor 177 vorliegt.
  • Das Katalysatorüberwachungsmodul 504 bestimmt auf der Grundlage des Parameters die Verzögerung des stromabwärtigen Sauerstoffsensors 177. Das Katalysatorüberwachungsmodul 504 korrigiert die OSC-Zeitdauer auf der Grundlage der Verzögerung des stromabwärtigen Sauerstoffsensors 177 und verwendet die korrigierte OSC-Zeitdauer bei der Bestimmung, ob der Fehler in dem Katalysator 136 vorliegt.
  • In 5 ist nun ein Funktionsblockschaltplan einer beispielhaften Implementierung eines Katalysatorüberwachungssystems dargestellt. Ein Auslösemodul 512 erzeugt ein Auslösesignal 516 zur Ausführung einer Katalysatordiagnose, einer Diagnose des stromabwärtigen Sauerstoffsensors und/oder einer Diagnose des stromaufwärtigen Sauerstoffsensors, wenn eine oder mehrere Freigabebedingungen erfüllt sind. Zum Beispiel kann das Auslösemodul 512 das Auslösesignal 516 erzeugen, wenn eine oder mehrere Bedingungen zum Abschalten der Kraftstoffbeaufschlagung der Kraftmaschine 102, während das Fahrzeug fährt, wie etwa für ein Verzögerungs-Kraftstoffabschaltereignis (DFCO-Ereignis) vorliegen. Ein DFCO-Ereignis kann z. B. auftreten, wenn ein Fahrer ein Fahrpedal freigibt, um zu ermöglichen, dass das Fahrzeug verzögert.
  • Ein Kraftstoffbefehlsmodul 520 weist das Drehmomentanforderungsmodul 224 wahlweise an, die Kraftstoff-Drehmomentanforderung 285 zu erzeugen, sodass das Ziel-Äquivalenzverhältnis einem vorgegebenen Profil für das Verhalten der Katalysatordiagnose und der Diagnose des stromabwärtigen Sauerstoffsensors folgt. Das vorgegebene Profil kann einen oder mehrere Übergänge von kraftstoffreicher Kraftstoffbeaufschlagung zu kraftstoffarmer Kraftstoffbeaufschlagung und/oder einen oder mehrere Übergänge von kraftstoffarmer Kraftstoffbeaufschlagung zu kraftstoffreicher Kraftstoffbeaufschlagung enthalten. Während Zeitdauern magerer Kraftstoffbeaufschlagung kann die Kraftstoffbeaufschlagung der Kraftmaschine 102 abgeschaltet sein.
  • Zum Beispiel enthält 9 einen beispielhaften Graphen des Äquivalenzverhältnisses 524 in Abhängigkeit von der Zeit 528 für eine beispielhafte Diagnose des Katalysators und des stromabwärtigen Sauerstoffsensors. Die Linie 532 entspricht einem beispielhaften stöchiometrischen Äquivalenzverhältnis. Wenn zum Zeitpunkt 536 eine oder mehrere Bedingungen zum Abschalten der Kraftstoffbeaufschlagung zu der Kraftstoffmaschine 102 auftreten, während das Fahrzeug fährt, kann das Auslösemodul 512 das Auslösesignal 516 erzeugen.
  • Zum Zeitpunkt 540 stellt das Kraftstoffbefehlsmodul 520 die Kraftstoffbeaufschlagung fetter als das stöchiometrische Äquivalenzverhältnis ein. Zum Zeitpunkt 544 überführt das Kraftstoffbefehlsmodul 520 die Kraftstoffbeaufschlagung von kraftstoffreich (fetter als das stöchiometrische Äquivalenzverhältnis) zu kraftstoffarm (stöchiometrisches Äquivalenzverhältnis). Genauer kann das Kraftstoffbefehlsmodul 520 die Kraftstoffbeaufschlagung zum Zeitpunkt 544 abschalten. Zum Zeitpunkt 548 überführt das Kraftstoffbefehlsmodul 520 die Kraftstoffbeaufschlagung von kraftstoffarm zu kraftstoffreich. Später, wie etwa zum Zeitpunkt 552, kann das Kraftstoffbefehlsmodul 520 die Kraftstoffbeaufschlagung zurück zu kraftstoffarm überführen (z. B. abschalten). Die magere Kraftstoffbeaufschlagung kann z. B. fortgesetzt werden, bis eine oder mehrere Bedingungen zum Beenden des Kraftstoffabschaltereignisses vorliegen.
  • Wenn wieder anhand von 5 das Auslösesignal 516 erzeugt wird, erzeugt ein Beschränkungsbefehlsmodul 556 eine oder mehrere befohlene Beschränkungen 560 für die Katalysator- und Sauerstoffsensordiagnose. Das Ausgabebeschränkungsmodul 364 stellt die entsprechenden Ausgabebeschränkungen 352 in Übereinstimmung mit den befohlenen Beschränkungen 560 ein.
  • Die befohlenen Beschränkungen 560 können z. B. Beschränkungen zum Einstellen der minimalen APC auf eine vorgegebene minimale APC, der minimalen und der maximalen Restverdünnung auf eine vorgegebene Minimalmenge Restverdünnung, der minimalen und der maximalen externen Verdünnung auf eine vorgegebene Minimalmenge externe Verdünnung enthalten. Nur beispielhaft kann die vorgegebene minimale APC näherungsweise 30 Gramm oder ein anderer geeigneter Wert sein, kann die vorgegebene Minimalmenge Restverdünnung null sein und kann die vorgegebene Minimalmenge externe Verdünnung null sein. Außerdem können die befohlenen Beschränkungen 560 Beschränkungen zum Einstellen der minimalen und der maximalen COV für eine vorgegebene minimale COV, um die COV des IMEP während der Diagnose soweit wie möglich zu minimieren, enthalten. Nur beispielhaft kann die vorgegebene minimale COV näherungsweise 3 Prozent oder ein anderer geeigneter Wert sein.
  • Zusätzlich oder alternativ können die befohlenen Beschränkungen 560 Aktorbeschränkungen für einen oder mehrere der Zielwerte 266–270 wie etwa den Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel und den Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 269 und 270 und/oder die Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266 enthalten. Nur beispielhaft kann das Beschränkungsbefehlsmodul 556 die Aktorbeschränkungen für den Ziel-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel und für den Ziel-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel 269 und 270 zum Minimieren der Restverdünnung und zum Maximieren des effektiven Hubraums einstellen. Das Beschränkungsbefehlsmodul 556 kann die Aktorbeschränkungen für die Ziel-Ladedruckregelventil-Öffnungsfläche 266 zum Aufrechterhalten der Öffnung des Ladedruckregelventils 162, um keine Änderungen der Abgasströmung zu verursachen, einstellen.
  • Das Beschränkungsbefehlsmodul 556 erhält die befohlenen Beschränkungen 560 während der Katalysator- und der Sauerstoffsensordiagnose zur Stabilität der Diagnose aufrecht. Das Aufrechterhalten der befohlenen Beschränkungen 560 während der gesamten Diagnose stellt sicher, dass die Bedingungen näherungsweise konstant bleiben, um die Genauigkeit der Bestimmungen, ob in dem Katalysator 136 und/oder in dem stromabwärtigen Sauerstoffsensor 177 Fehler vorliegen, zu erhöhen. Außerdem stellen die befohlenen Beschränkungen 560 eine gute Verbrennung während der Diagnose sicher, was ebenfalls die Genauigkeit der Diagnose zu erhöhen hilft.
  • Wenn das Auslösesignal 516 erzeugt wird, kann das Referenzmodul 368 einen oder mehrere der Referenzwerte 356 für die Diagnose einstellen. Zum Beispiel kann das Referenzmodul 368 den Referenz-Einlassnocken-Phasenstellerwinkel und den Referenz-Auslassnocken-Phasenstellerwinkel auf der Grundlage der Minimierung der Restverdünnung und der Maximierung des effektiven Hubraums einstellen.
  • Auf der Grundlage der befohlenen Beschränkungen 560 werden die Kosten der möglichen Sequenz zunehmen, wenn diese mögliche Sequenz vorhergesagt wird, um während der Diagnose eines oder mehrere der Folgenden zu veranlassen: dass die APC kleiner als die vorgegebene minimale APC ist; dass die Restverdünnung größer als der vorgegebene Minimalwert ist; dass die externe Verdünnung größer als der vorgegebene Minimalwert ist; und dass die COV des IMEP größer als der vorgegebene Maximalwert ist. Dies stellt sicher, dass die APC, die Restverdünnung, die externe Verdünnung und die COV des IMEP die vorgegebene minimale APC, die vorgegebene minimale Restverdünnung, die vorgegebene minimale externe Verdünnung und die vorgegebene maximale COV des IMEP während der Diagnose so genau wie möglich nachführen.
  • Wie oben erwähnt wurde, können die exogenen Eingaben 328 ein Ziel-Luft/Kraftstoff-Gemisch enthalten. Wie oben beschrieben wurde, wird die Kraftstoffbeaufschlagung für die Diagnose von fett zu mager und von mager zu fett überführt. Wenn die Kraftstoffbeaufschlagung erhöht wird, kann die Kraftmaschine 102 mehr Drehmoment erzeugen, und wenn die Kraftstoffbeaufschlagung mager ist, kann sie weniger Drehmoment erzeugen. Das MPC-Modul 312 versteht dies und stellt die Zielwerte 266–270 so genau wie möglich ein, um trotz der Änderungen der Kraftstoffbeaufschlagung die Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 zu erzielen.
  • Das Kraftstoffbefehlsmodul 520 kann dem Kraftstoffanforderungsmodul 224 befehlen, die Kraftstoff-Drehmomentanforderung 285 zu erzeugen, um die Kraftstoffbeaufschlagung fetter zu machen, wenn das Auslösesignal 516 erzeugt wird. Später wie etwa eine vorgegebene Zeitdauer nach der Erzeugung des Auslösesignals 516 befiehlt das Kraftstoffbefehlsmodul 520 dem Drehmomentanforderungsmodul 224, die Kraftstoff-Drehmomentanforderung 285 zu erzeugen, um, wie etwa durch Abschaltung der Kraftstoffbeaufschlagung, zur mageren Kraftstoffbeaufschlagung überzugehen.
  • Wenn das Kraftstoffbefehlsmodul 520 den Übergang von kraftstoffreich zu kraftstoffarm befiehlt, erzeugt das Kraftstoffbefehlsmodul 520 einen Fett-zu-mager-Übergangs-Indikator (R-zu-L-Übergangsindikator 608). Wenn der Übergang ausgeführt wird, empfängt der stromaufwärtige Sauerstoffsensor 176 das kraftstoffarme Abgas vor dem Katalysator 136 und vor dem stromabwärtigen Sauerstoffsensor 177. Somit sollte eine stromaufwärtige Sauerstoffkonzentration 612, die auf der Grundlage des durch den stromaufwärtigen Sauerstoffsensor 176 erzeugten Signals erzeugt wird, vor dem stromabwärtigen Sauerstoffsensor 177 auf den Übergang ansprechen.
  • In Ansprechen darauf, dass der Fett-zu-mager-Übergangs-Indikator 608 erzeugt wird, kann ein stromaufwärtiges Sauerstoffüberwachungsmodul 616 einen Wert des stromaufwärtigen Zeitgebers zurücksetzen und starten. Somit entspricht der Wert des stromaufwärtigen Zeitgebers der Zeitdauer, die verstrichen ist, seit der Übergang von kraftstoffreich zu kraftstoffarm befohlen wurde.
  • Das stromaufwärtige Sauerstoffüberwachungsmodul 616 überwacht die stromaufwärtige Sauerstoffkonzentration 612. Das stromaufwärtige Sauerstoffüberwachungsmodul 616 kann die stromaufwärtige Sauerstoffkonzentration 612 mit einem ersten vorgegebenen Wert vergleichen. Wenn das Abgas bei dem stromaufwärtigen Sauerstoffsensor 176 kraftstoffreich ist, kann die stromaufwärtige Sauerstoffkonzentration 612 größer als der erste vorgegebene Wert sein.
  • Wenn die stromaufwärtige Sauerstoffkonzentration 612 von einem größeren als dem ersten vorgegebenen Wert zu einem kleineren als dem ersten vorgegebenen Wert übergeht, kann das stromaufwärtige Sauerstoffüberwachungsmodul 616 eine Zeitdauer 620 des stromauwärtigen Übergangs gleich dem Wert des stromaufwärtigen Zeitgebers einstellen. Auf diese Weise gibt die Zeitdauer 620 des stromaufwärtigen Übergangs die Zeitdauer zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der Übergang von kraftstoffreich zu kraftstoffarm befohlen wurde, und dem Zeitpunkt, zu dem der stromaufwärtige Sauerstoffsensor 176 angegeben hat, dass das Abgas kraftstoffarm war, an.
  • In Ansprechen darauf, dass der Fett-zu-mager-Übergangs-Indikator 608 erzeugt wird, kann ein unterstomiges Sauerstoffüberwachungsmodul 624 einen Wert eines stromabwärtigen Zeitgebers zurücksetzen und starten. Somit entspricht der Wert des stromabwärtigen Zeitgebers ebenfalls der Zeitdauer, die verstrichen ist, seit der Übergang von kraftstoffreich zu kraftstoffarm befohlen wurde.
  • Das stromabwärtige Sauerstoffüberwachungsmodul 624 überwacht eine stromabwärtige Sauerstoffkonzentration 628. Die stromabwärtige Sauerstoffkonzentration 628 wird auf der Grundlage des durch den stromabwärtigen Sauerstoffsensor 177 erzeugten Signals erzeugt. Das stromabwärtige Sauerstoffüberwachungsmodul 624 kann die stromabwärtige Sauerstoffkonzentration 628 mit einem zweiten vorgegebenen Wert vergleichen. Wenn das Abgas bei dem stromabwärtigen Sauerstoffsensor 177 kraftstoffreich ist, kann die stromabwärtige Sauerstoffkonzentration 628 größer als der zweite vorgegebene Wert sein. Der zweite vorgegebene Wert kann derselbe wie der erste vorgegebene Wert oder ein anderer sein.
  • Wenn die stromabwärtige Sauerstoffkonzentration 628 von größer als der zweite vorgegebene Wert zu kleiner als der zweite vorgegebene Wert übergeht, kann das stromabwärtige Sauerstoffüberwachungsmodul 624 eine Zeitdauer 632 des stromabwärtigen Übergangs gleich dem Wert des stromabwärtigen Zeitgebers einstellen. Auf diese Weise gibt die Zeitdauer 632 des stromabwärtigen Übergangs die Zeitdauer zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der Übergang von kraftstoffreich zu kraftstoffarm befohlen wurde, und dem Zeitpunkt, zu dem der stromabwärtige Sauerstoffsensor 177 angegeben hat, dass das Abgas kraftstoffarm ist, an.
  • Ein Sauerstoffspeicherfähigkeits-Bestimmungsmodul (OSC-Bestimmungsmodul) 636 bestimmt auf der Grundlage der Zeitdauern 620 und 632 des stromaufwärtigen und des stromabwärtigen Übergangs eine OSC-Zeitdauer 640 für den Katalysator 136. Die OSC-Zeitdauer 640 entspricht einer Menge Sauerstoff, die der Katalysator 136 speichern kann. Das OSC-Bestimmungsmodul 636 kann die OSC-Zeitdauer 640 auf der Grundlage einer Differenz zwischen der Zeitdauer 620 des stromaufwärtigen Übergangs und der Zeitdauer 632 des stromabwärtigen Übergangs einstellen. Nur beispielhaft kann das OSC-Bestimmungsmodul 636 die OSC-Zeitdauer 640 gleich der Zeitdauer 632 des stromabwärtigen Übergangs minus der Zeitdauer 620 des stromaufwärtigen Übergangs einstellen.
  • Ein Korrekturmodul 644 bestimmt auf der Grundlage der OSC-Zeitdauer 640 und einer Sensorverzögerungszeitdauer 652 eine korrigierte OSC-Zeitdauer 648. Das Korrekturmodul 644 bestimmt die korrigierte OSC-Zeitdauer 648 auf der Grundlage einer Differenz zwischen der OSC-Zeitdauer 640 und der Sensorverzögerungszeitdauer 652. Nur beispielhaft kann das Korrekturmodul 644 die korrigierte OSC-Zeitdauer 648 gleich der OSC-Zeitdauer 640 minus der Sensorverzögerungszeitdauer 652 einstellen. Die Sensorverzögerungszeitdauer 652 entspricht einer Zeitdauer zwischen dem Zeitpunkt, zu dem kraftstoffarmes Abgas für den stromabwärtigen Sauerstoffsensor 177 bereitgestellt wird, und dem, zu dem der stromabwärtige Sauerstoffsensor 177 das Signal erzeugt, das angibt, dass das Abgas kraftstoffarm ist.
  • Ein Verzögerungsbestimmungsmodul 656 kann auf der Grundlage der Fläche 660 oder einer gefilterten Version der Fläche 660 die Sensorverzögerungszeitdauer 652 bestimmen. Die gefilterte Version der Fläche 660 wird als eine gefilterte Fläche 664 bezeichnet. Das Verzögerungsbestimmungsmodul 656 kann auf der Grundlage des Filterzustands 668 die Fläche 660 oder die gefilterte Fläche 664 auswählen, um sie bei der Bestimmung der Sensorverzögerungszeitdauer 652 zu verwenden. Die Fläche 660, die gefilterte Fläche 664 und der Filterzustand 668 werden im Folgenden in Verbindung mit 6 weiter diskutiert.
  • Wenn der Filterzustand 668 ein erster Zustand ist, kann das Verzögerungsbestimmungsmodul 656 die Fläche 660 auswählen. Wenn der Filterzustand 668 ein zweiter Zustand ist, kann das Verzögerungsbestimmungsmodul 656 die gefilterte Fläche 664 auswählen. Das Verzögerungsbestimmungsmodul 656 bestimmt die Sensorverzögerungszeitdauer 652 auf der Grundlage der Ausgewählten der Fläche 660 und der gefilterten Fläche 664 unter Verwendung einer Funktion oder einer Abbildung (z. B. einer Nachschlagetabelle), die die Fläche mit der Sensorverzögerungszeitdauer in Beziehung setzt.
  • Ein Normierungsmodul 672 kann die korrigierte OSC-Zeitdauer 648 normieren und ein OSC-Verhältnis 676 erzeugen. Das Normierungsmodul 672 kann die korrigierte OSC-Zeitdauer 648 als Funktion einer Temperatur des Katalysators 136 und einer Kraftmaschinenluftströmung (z. B. der MAF) normieren.
  • Ein Verhältnisfilterungsmodul 677 kann auf das OSC-Verhältnis 676 ein Filter anwenden, um ein gefiltertes OSC-Verhältnis 678 zu erzeugen. Nur beispielhaft kann das Filter ein exponentiell gewichtetes Gleitmittelwertfilter (EWMA-Filter) sein. Das Verhältnisfilterungsmodul 677 kann das gefilterte OSC-Verhältnis 678 auf der Grundlage eines EWMA eines aktuellen Werts des OSC-Verhältnisses 676 und von M vorhergehenden Werten des OSC-Verhältnisses 676 jeweils von M vorhergehenden Fett-zu-mager-Übergängen erzeugen. M ist eine ganze Zahl größer als null.
  • Ein Katalysatorfehler-Detektionsmodul 680 kann auf der Grundlage des gefilterten OSC-Verhältnisses 678 bestimmen, ob der Fehler in dem Katalysator 138 vorliegt.
  • Nur beispielhaft kann das Katalysatorfehler-Detektionsmodul 680 bestimmen, dass der Fehler in dem Katalysator 136 vorliegt, wenn das gefilterte OSC-Verhältnis 678 kleiner als ein vorgegebener Wert ist. Umgekehrt kann das Katalysatorfehler-Detektionsmodul 680 bestimmen, dass der Fehler in dem Katalysator 136 nicht vorliegt, wenn das gefilterte OSC-Verhältnis 678 größer als der vorgegebene Wert ist. Der Fehler kann angeben, dass die Fähigkeit des Katalysators 136 zum Speichern von Sauerstoff kleiner als ein akzeptables Niveau ist. In verschiedenen Implementierungen kann der vorgegebene Wert ein Wert zwischen 0,0 und 1,0 sein.
  • Wenn der Fehler in dem Katalysator 136 vorliegt, kann das Katalysatorfehler-Detektionsmodul 680 eine oder mehrere Abhilfemaßnahmen ergreifen. Nur beispielhaft kann das Katalysatorfehler-Detektionsmodul 680 wahlweise einen oder mehrere Kraftmaschinenbetriebsparameter (z. B. das Ziel-Äquivalenzverhältnis) einstellen. Zusätzlich oder alternativ kann das Katalysatorfehler-Detektionsmodul 680 einen Katalysatorfehlerindikator 684 im Speicher 688 speichern. Der Katalysatorfehlerindikator 684 kann z. B. einen vorgegebenen Diagnosestörungscode (DTC) enthalten. Der Katalysatorfehlerindikator 684 gibt an, dass der Fehler in dem Katalysator 136 vorliegt. Ein Fehlerüberwachungsmodul 692 kann den Speicher 688 überwachen und einen Indikator wie etwa eine Störungsindikatorlampe (MIL) 696 leuchten lassen, wenn der Fehler in dem Katalysator 136 vorliegt.
  • In 6 ist nun ein Funktionsblockschaltplan einer beispielhaften Implementierung des Sensorüberwachungsmoduls 508 dargestellt. Ein Flächenbestimmungsmodul 704 kann die stromabwärtige Sauerstoffkonzentration 628 in Ansprechen darauf, dass der Fett-zu-mager-Übergangs-Indikator 608 erzeugt wird, überwachen.
  • Das Flächenbestimmungsmodul 704 kann die Fläche 660 auf der Grundlage eines oder mehrerer mathematischer Integrale der stromabwärtigen Sauerstoffkonzentration 628 zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der Fett-zu-mager-Übergangs-Indikator 608 erzeugt wird, und einem späteren Zeitpunkt, zu dem die stromabwärtige Sauerstoffkonzentration 628 kleiner als ein dritter vorgegebener Wert wird, bestimmen. Die Fläche 660 kann der Fläche unter einer Kurve entsprechen, die durch die stromabwärtige Sauerstoffkonzentration 628 zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der Fett-zu-mager-Übergangs-Indikator 608 erzeugt wurde, und dem späteren Zeitpunkt, zu dem die stromabwärtige Sauerstoffkonzentration 628 kleiner als der dritte vorgegebene Wert wurde, gebildet wird. Der dritte vorgegebene Wert kann derselbe wie der erste vorgegebene Wert oder ein anderer sein und kann derselbe wie der zweite vorgegebene Wert oder ein anderer sein.
  • Ein Flächenfilterungsmodul 708 wendet ein Filter auf die Fläche 660 an, um die gefilterte Fläche 664 zu erzeugen. Nur beispielhaft kann das Filter ein exponentiell gewichtetes Gleitmittelwertfilter (EWMA-Filter) sein. Die Gewichtung kann dieselbe oder eine andere als die durch das EWMA-Filter des Verhältnisfilterungsmoduls 677 angewendete Gewichtung sein. Das Flächenfilterungsmodul 708 kann die gefilterte Fläche 664 auf der Grundlage eines EWMA des aktuellen Werts der Fläche 660 und von N vorhergehenden Werten der Fläche 660 jeweils von N vorhergehenden Fett-zu-mager-Übergängen erzeugen. N ist eine ganze Zahl größer als null. N kann gleich oder verschieden von M sein.
  • Anfangs wie etwa beim Start (z. B. Zündschlüssel-EIN) können die beim Erzeugen der gefilterten Fläche 664 verwendeten vorhergehenden Werte der Fläche 660 auf einen vorgegebenen Initialisierungswert eingestellt werden. Das Flächenfilterungsmodul 708 kann den Filterzustand 668 auf der Grundlage vorhergehender Werte der Fläche 660 erzeugen. Genauer kann das Flächenfilterungsmodul 708 den Filterzustand 668 auf der Grundlage dessen erzeugen, ob wenigstens N Werte der Fläche 660 erhalten wurden, seit die vorhergehenden Werte der Fläche 660 zum letzten Mal auf den vorgegebenen Initialisierungswert eingestellt wurden. Wenn das der Fall ist, kann das Flächenfilterungsmodul 708 den Filterzustand 668 auf den zweiten Zustand einstellen. Wenn das nicht der Fall ist, kann das Flächenfilterungsmodul 708 den Filterzustand 668 auf den ersten Zustand einstellen.
  • Auf diese Weise kann das Verzögerungsbestimmungsmodul 656 die Fläche 660 verwenden, um die Sensorverzögerungszeitdauer 652 zu bestimmen, bis die letzten N Werte der Fläche 660 erhalten wurden, seit die vorhergehenden Werten der Fläche 660 zum letzten Mal auf den vorgegebenen Initialisierungswert eingestellt wurden. Nachdem die letzten N Werte der Fläche 660, seitdem die vorhergehenden Werte der Fläche 660 zum letzten Mal auf den vorgegebenen Initialisierungswert eingestellt worden sind, erhalten worden sind, kann das Verzögerungsbestimmungsmodul 656 die gefilterte Fläche 664 verwenden, um die Sensorverzögerungszeitdauer 652 zu bestimmen.
  • Außerdem kann das Sensorüberwachungsmodul 508 ein Sensorfehler-Detektionsmodul 712 enthalten. Das Sensorfehler-Detektionsmodul 712 kann auf der Grundlage des Filterzustands 668 die Fläche 660 oder die gefilterte Fläche 664 auswählen. Das Sensorfehler-Detektionsmodul 712 kann die Fläche 660 auswählen, wenn der Filterzustand 668 in dem ersten Zustand ist, und kann die gefilterte Fläche 664 auswählen, wenn der Filterzustand 668 in dem zweiten Zustand ist.
  • Das Sensorfehler-Detektionsmodul 712 bestimmt auf der Grundlage der Ausgewählten der Fläche 660 oder der gefilterten Fläche 664, ob in dem stromabwärtigen Sauerstoffsensor 177 ein Fehler vorliegt. Das Sensorfehler-Detektionsmodul 712 kann auf der Grundlage eines Vergleichs der Ausgewählten der Fläche 660 oder der gefilterten Fläche 664 und einer vorgegebenen Fläche bestimmen, dass der Fehler in dem stromabwärtigen Sauerstoffsensor 177 vorliegt. Zum Beispiel kann das Sensorfehlerbestimmungsmodul 712 bestimmen, dass der Fehler in dem stromabwärtigen Sauerstoffsensor 177 vorliegt, wenn die Ausgewählte der Fläche 660 oder der gefilterten Fläche 664 größer als die vorgegebene Fläche ist. Der Fehler kann angeben, dass die dem stromabwärtigen Sauerstoffsensor 177 zugeordnete Verzögerung größer als ein akzeptables Niveau ist.
  • Wenn der Fehler in dem stromabwärtigen Sauerstoffsensor 177 vorliegt, kann das Sensorfehler-Detektionsmodul 712 eine oder mehrere Abhilfemaßnahmen ergreifen. Nur beispielhaft kann das Sensorfehler-Detektionsmodul 712 wahlweise einen oder mehrere Kraftmaschinenbetriebsparameter einstellen. Zusätzlich oder alternativ kann das Sensorfehler-Detektionsmodul 712 einen Indikator 716 für einen Fehler des stromabwärtigen Sensors in dem Speicher 688 speichern. Der Indikator 716 für einen Fehler des stromabwärtigen Sensors kann z. B. einen vorgegebenen DTC enthalten. Der Indikator 716 für einen Fehler des stromabwärtigen Sensors gibt an, dass der Fehler in dem stromabwärtigen Sauerstoffsensor 177 vorliegt. Wenn der Fehler in dem stromabwärtigen Sauerstoffsensor 177 vorliegt, kann das Fehlerüberwachungsmodul 692 den Indikator leuchten lassen. Obgleich in dem Beispiel ein Fehler in dem stromabwärtigen Sauerstoffsensor 177 diagnostiziert wird, können Fehler in dem stromaufwärtigen Sauerstoffsensor 176 ähnlich oder genauso diagnostiziert werden.
  • Nun in 7 ist ein Ablaufplan dargestellt, der ein beispielhaftes Verfahren zum Diagnostizieren, ob der Fehler in dem Katalysator 136 vorliegt, zeigt. Die Steuerung kann mit 804 beginnen, wo die Steuerung bestimmt, ob eine oder mehrere Bedingungen zum Ausführen der Diagnose des Katalysators und/oder des stromabwärtigen Sensors erfüllt sind, wie etwa, ob Bedingungen zum Ausführen einer Verzögerungskraftstoffabschaltung vorliegen. Wenn dies wahr ist, wird die Steuerung bei 806 fortgesetzt; wenn es falsch ist, bleibt die Steuerung bei 804.
  • Bei 806 erzeugt das Beschränkungsbefehlsmodul 556 die befohlenen Beschränkungen 560 für die Diagnose(n). In Übereinstimmung mit den befohlenen Beschränkungen 560 stellt das Aktorbeschränkungsmodul 360 die entsprechende(n) Aktorbeschränkung(en) 348 ein und/oder stellt das Ausgabebeschränkungsmodul 364 die entsprechende(n) Ausgabebeschränkung(en) 352 ein.
  • Das Beschränkungsbefehlsmodul 556 kann z. B. Beschränkungen zum Einstellen der minimalen APC auf die vorgegebene minimale APC, der minimalen und der maximalen Restverdünnung auf die vorgegebene Minimalmenge Restverdünnung, der minimalen und der maximalen externen Verdünnung auf die vorgegebene Minimalmenge externe Verdünnung und der maximalen COV des IMEP auf den vorgegebenen Maximalwert erzeugen. Nur beispielhaft kann die vorgegebene minimale APC näherungsweise 100 Milligramm oder ein anderer geeigneter Wert sein, kann die vorgegebene Minimalmenge Restverdünnung null sein, kann die vorgegebene Minimalmenge externer Verdünnung null sein und kann der vorgegebene Maximalwert näherungsweise 3 Prozent sein. Das Beschränkungsbefehlsmodul 556 kann z. B. wie oben diskutiert Beschränkungen für einen oder mehrere der Referenzwerte 356 und/oder der Zielwerte 266–270 einstellen.
  • Unter Verwendung der befohlenen Beschränkungen 560 werden die Kosten einer möglichen Sequenz zunehmen, wenn vorhergesagt wird, dass diese mögliche Sequenz eines oder mehrere der Folgenden verursacht: Die APC ist während der Diagnose(n) kleiner als die vorgegebene minimale APC; die Restverdünnung ist größer als der vorgegebene Minimalwert; die externe Verdünnung ist größer als der vorgegebene Minimalwert; und die COV des IMEP ist größer als der vorgegebene Maximalwert. Dies stellt sicher, dass die tatsächliche APC, die tatsächliche Restverdünnung, die tatsächliche externe Verdünnung und die tatsächliche COV des IMEP während der Diagnose(n) die vorgegebene minimale APC, die vorgegebene Restverdünnung, die vorgegebene externe Verdünnung und die vorgegebene maximale COV des IMEP so genau wie möglich nachführen.
  • Zur Stabilität der Diagnose(n) erhält das Beschränkungsbefehlsmodul 556 die befohlenen Beschränkungen 560 während der Diagnose des Katalysators und/oder des Sauerstoffsensors aufrecht. Die Aufrechterhaltung der befohlenen Beschränkungen 560 während der gesamten Diagnose(n) stellt sicher, dass die Bedingungen während der Diagnose(n) näherungsweise konstant bleiben. Außerdem kann das Kraftstoffbefehlsmodul 520 die Kraftstoffbeaufschlagung bei 806 auf fetter als die Stöchiometrie anreichern.
  • Bei 808 erzeugt das Kraftstoffbefehlsmodul 520 den Fett-zu-mager-Übergangs-Indikator 608. Bei 812 kann das Kraftstoffbefehlsmodul 520 einen Übergang der Kraftstoffbeaufschlagung der Kraftstoffmaschine 102 von kraftstoffreich zu kraftstoffarm befehlen. Zum Beispiel kann das Kraftstoffbefehlsmodul 520 befehlen, dass die Kraftstoffbeaufschlagung abgeschaltet wird. Bei 816 bestimmt das Modul 616 für die Überwachung des stromaufwärtigen Sauerstoffs, ob die stromaufwärtige Sauerstoffkonzentration 612 größer als der erste vorgegebene Wert ist. Wenn das wahr ist, fährt die Steuerung bei 820 fort; wenn es falsch ist, kann die Steuerung bei 816 verbleiben.
  • Das Modul 616 für die Überwachung des stromaufwärtigen Sauerstoffs kann die Zeitdauer 620 des stromaufwärtigen Übergangs gleich der Zeitdauer zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der Fett-zu-mager-Übergang befohlen wurde, und dem aktuellen Zeitpunkt einstellen. Bei 824 bestimmt das stromabwärtige Sauerstoffüberwachungsmodul 624, ob die stromabwärtige Sauerstoffkonzentration 628 kleiner als der zweite vorgegebene Wert ist. Wenn das wahr ist, kann die Steuerung bei 828 fortfahren; falls es falsch ist, kann die Steuerung bei 824 bleiben.
  • Bei 828 kann das stromabwärtige Sauerstoffüberwachungsmodul 624 die Zeitdauer 632 des stromabwärtigen Übergangs gleich der Zeitdauer zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der Fett-zu-mager-Übergang befohlen wurde, und dem aktuellen Zeitpunkt einstellen. Bei 832 bestimmt das OSC-Bestimmungsmodul 636 auf der Grundlage der Zeitdauern 620 und 632 des stromaufwärtigen und des stromabwärtigen Übergangs die OSC-Zeitdauer 640 für den Katalysator 136. Das OSC-Bestimmungsmodul 636 bestimmt die OSC-Zeitdauer 640 auf der Grundlage einer Differenz zwischen der Zeitdauer 620 des stromaufwärtigen Übergangs und der Zeitdauer 632 des stromabwärtigen Übergangs. Zum Beispiel kann das OSC-Bestimmungsmodul 636 die OSC-Zeitdauer 640 gleich der Zeitdauer 632 des stromabwärtigen Übergangs minus der Zeitdauer 620 des stromaufwärtigen Übergangs einstellen.
  • Bei 836 bestimmt das Verzögerungsbestimmungsmodul 656, ob der Filterzustand 668 den ersten Zustand angibt. Wenn das wahr ist, fährt die Steuerung bei 840 fort; wenn es falsch ist, fährt die Steuerung bei 844 fort. Bei 840 bestimmt das Verzögerungsbestimmungsmodul 656 auf der Grundlage der Fläche 660 die Sensorverzögerungszeitdauer 652. Bei 844 bestimmt das Verzögerungsbestimmungsmodul 656 auf der Grundlage der gefilterten Fläche 664 die Sensorverzögerungszeitdauer 652. Das Verzögerungsbestimmungsmodul 656 kann die Sensorverzögerungszeitdauer 652 unter Verwendung der Ausgewählten der Fläche 660 oder der gefilterten Fläche 664 und einer Funktion oder einer Abbildung, die die Fläche mit der Sensorverzögerungszeitdauer in Beziehung setzt, bestimmen. Nach 840 oder 844 fährt die Steuerung bei 848 fort.
  • Bei 848 korrigiert das Korrekturmodul 644 auf der Grundlage der Sensorverzögerungszeitdauer 652 die OSC-Zeitdauer 640, um die korrigierte OSC-Zeitdauer 648 zu erzeugen. Das Korrekturmodul 644 kann die korrigierte OSC-Zeitdauer 648 auf der Grundlage einer Differenz zwischen der OSC-Zeitdauer 640 und der Sensorverzögerungszeitdauer 652 einstellen. Zum Beispiel kann das Korrekturmodul 644 die korrigierte OSC-Zeitdauer 648 gleich der OSC-Zeitdauer 640 minus der Sensorverzögerungszeitdauer 652 einstellen.
  • Bei 852 normiert das Normierungsmodul 672 die korrigierte OSC-Zeitdauer 648, um das OSC-Verhältnis 676 zu erzeugen. Bei 852 kann das Verhältnisfilterungsmodul 677 ein Filter auf das OSC-Verhältnis 676 anwenden, um das gefilterte OSC-Verhältnis 678 zu erzeugen. Nur beispielhaft kann das Filter ein EWMA-Filter enthalten und können einer oder mehrere vorhergehende Werte des OSC-Verhältnisses 676 von vorhergehenden Übergängen der Kraftstoffbeaufschlagung der Kraftmaschine von kraftstoffreich zu kraftstoffarm verwendet werden, um das gefilterte OSC-Verhältnis 678 zu erzeugen.
  • Bei 856 kann das Katalysatorfehler-Detektionsmodul 680 bestimmen, ob das gefilterte OSC-Verhältnis 678 kleiner als ein vorgegebener Wert ist. Falls 856 falsch ist, kann das Katalysatorfehler-Detektionsmodul 680 bei 860 den Katalysatorfehlerindikator 684, um anzugeben, dass in dem Katalysator 136 kein Fehler vorliegt, erzeugen und kann die Steuerung enden. Falls 856 wahr ist, kann das Katalysatorfehler-Detektionsmodul 680 bei 864 den Katalysatorfehlerindikator 684, um anzugeben, dass der Fehler in dem Katalysator 136 vorliegt, erzeugen. Die Steuerung kann mit 868 fortfahren, wo eine oder mehrere Abhilfemaßnahmen wie etwa das Leuchtenlassen der MIL 696, das Einstellen des DTC, der angibt, dass der Fehler in dem Katalysator 136 vorliegt, in dem Speicher 688, das Einstellen eines oder mehrerer Kraftmaschinenbetriebsparameter und/oder eine oder mehrere andere geeignete Abhilfemaßnahmen ergriffen werden können. Nach 868 oder 860 kann die Steuerung enden. Obgleich die Steuerung so gezeigt und diskutiert ist, dass sie endet, kann 7 eine Steuerschleife darstellen und kann die Steuerung zu 804 zurückkehren. Das Beschränkungsbefehlsmodul 560 kann die befohlenen Beschränkungen 560 z. B. lockern, wenn der stromabwärtige Sauerstoffsensor 177 nach dem Mager-zu-fett-Übergang den kraftstoffreichen Zustand angibt.
  • Nun in 8 ist ein Ablaufplan dargestellt, der ein beispielhaftes Verfahren zum Erzeugen der Sensorverzögerungszeitdauer 652 zeigt. Die Steuerung kann bei 904 beginnen, wo das Flächenbestimmungsmodul 704 bestimmt, ob der Fett-zu-mager-Übergangs-Indikator 608 erzeugt wird. Wenn das der Fall ist, wird die Steuerung bei 908 fortgesetzt. Wenn es falsch ist, bleibt die Steuerung bei 904.
  • Bei 908 kann das Flächenbestimmungsmodul 704 einen Zeitgeber zurücksetzen und die stromabwärtige Sauerstoffkonzentration 628 abtasten. Bei 912 kann das Flächenbestimmungsmodul 704 bestimmen, ob die stromabwärtige Sauerstoffkonzentration 628 kleiner als der dritte vorgegebene Wert ist. Wenn 912 wahr ist, kann die Steuerung bei 932 fortfahren, was im Folgenden weiter diskutiert wird. Wenn 912 falsch ist, kann die Steuerung bei 916 fortfahren.
  • Bei 916 bestimmt das Flächenbestimmungsmodul 704, ob der Zeitgeber einer vorgegebenen Abtastzeitdauer entspricht. Wenn 916 wahr ist, kann die Steuerung bei 920 fortfahren. Wenn 916 falsch ist, kann die Steuerung zu 912 zurückkehren. Bei 920 kann das Flächenbestimmungsmodul 704 den Zeitgeber zurücksetzen und die stromabwärtige Sauerstoffkonzentration 628 abtasten. Bei 924 kann das Flächenbestimmungsmodul 704 auf der Grundlage der Abtastung der stromabwärtigen Sauerstoffkonzentration 628 und eines letzten Werts der stromabwärtigen Sauerstoffkonzentration 628 eine Teilfläche bestimmen. Beim ersten Mal, wenn 924 ausgeführt wird, kann der letzte Wert der stromabwärtigen Sauerstoffkonzentration 628 als der Wert der bei 908 genommenen stromabwärtigen Sauerstoffkonzentration verwendet werden. Nachdem 924 wenigstens einmal ausgeführt worden ist, kann der letzte Wert der stromabwärtigen Sauerstoffkonzentration 628 der Wert der stromabwärtigen Sauerstoffkonzentration 628 von der letzten Ausführung von 920 sein. Das Flächenbestimmungsmodul 704 kann die Teilfläche auf der Grundlage eines Integrals der Änderung zwischen der Abtastung und dem letzten Wert über die Abtastzeitdauer bestimmen. Das Flächenbestimmungsmodul 704 kann die Teilfläche bei 928 zu einer aufsummierten Fläche addieren (mit ihr summieren) und die Steuerung kann zu 912 zurückkehren.
  • Wieder zurück zu 932 (wenn die stromabwärtige Sauerstoffkonzentration 628 bei 912 kleiner als der dritte vorgegebene Wert ist) kann das Flächenbestimmungsmodul 704 die stromabwärtige Sauerstoffkonzentration 628 abtasten. Bei 936 kann das Flächenbestimmungsmodul 704 auf der Grundlage der Abtastung der stromabwärtigen Sauerstoffkonzentration 628 und eines letzten Werts der stromabwärtigen Sauerstoffkonzentration 628 eine Teilfläche bestimmen. Der letzte Wert der stromabwärtigen Sauerstoffkonzentration 628 bei 936 kann der Wert der stromabwärtigen Sauerstoffkonzentration sein, der während einer letzten Ausführung von 920 genommen wurde. Das Flächenbestimmungsmodul 704 kann die Teilfläche auf der Grundlage eines Integrals der Änderung zwischen der bei 932 genommenen Abtastung und dem letzten Wert über die dem Zeitgeber entsprechende Zeitdauer bestimmen. Bei 940 kann das Flächenbestimmungsmodul 704 die Teilfläche zu der aufsummierten Fläche addieren (mit ihr summieren).
  • Bei 944 kann das Flächenbestimmungsmodul 704 die aufsummierte Fläche gleich der Fläche 660 einstellen. Bei 940 kann das Flächenfilterungsmodul 708 das Filter auf die Fläche 660 anwenden, um die gefilterte Fläche 664 zu erzeugen. Beim Erzeugen der gefilterten Fläche 664 können ebenfalls einer oder mehrere vorhergehende Werte der Fläche 660 von vorhergehenden Fett-zu-mager-Übergängen verwendet werden. Das Flächenfilterungsmodul 708 kann z. B. ein EWMA-Filter anwenden, um die gefilterte Fläche 664 zu erzeugen.
  • Das Sensorfehler-Detektionsmodul 712 kann auf der Grundlage der gefilterten Fläche 664 oder der Fläche 660 bestimmen und angeben, ob der Fehler in dem stromabwärtigen Sauerstoffsensor 177 vorliegt. Nach 948 kann die Steuerung enden. Obgleich die Steuerung so gezeigt und diskutiert ist, dass sie endet, kann 8 eine Steuerschleife darstellen und kann die Steuerung zu 904 zurückkehren. Die Beispiele aus 7 und 8 können in Ansprechen auf einen Fett-zu-mager-Übergang parallel (z. B. gleichzeitig) ausgeführt werden. Das Beispiel aus 4 wird parallel zu 7 und 8 ausgeführt. Auf diese Weise werden die eingestellten befohlenen Beschränkungen 560 durch die MPC-Module 312 verwendet, um die Zielwerte 266–270 während der gesamten Katalysator- und Sensordiagnose einzustellen.
  • Die vorstehende Beschreibung ist dem Wesen nach lediglich veranschaulichend und Ziel die Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendungen in keiner Weise einschränken. Die umfassenden Lehren der Offenbarung können in einer Vielzahl von Formen implementiert werden. Obgleich diese Offenbarung bestimmte Beispiele enthält, Ziel der wahre Umfang der Offenbarung somit nicht darauf beschränkt sein, da andere Änderungen beim Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der folgenden Ansprüche hervorgehen. Wie die Formulierung wenigstens eines von A, B und C hier verwendet ist, Ziel sie ein logisches (A oder B oder C) unter Verwendung eines nicht ausschließenden logischen ODER bedeuten. Selbstverständlich können einer oder mehrere Schritte innerhalb eines Verfahrens in einer anderen Reihenfolge (oder gleichzeitig) ausgeführt werden, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu ändern.
  • In dieser Anmeldung einschließlich in den folgenden Definitionen kann der Begriff Modul durch den Begriff Schaltung ersetzt sein. Der Begriff Modul kann sich auf eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC); auf eine digitale, analoge oder gemischt analog/digitale diskrete Schaltung; auf eine digitale, analoge oder gemischt analog/digitale integrierte Schaltung; auf eine Kombinationslogikschaltung; auf eine frei programmierbare logische Anordnung (FPGA); auf einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe), der Code ausführt; auf Speicher (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe), der durch einen Prozessor ausgeführten Code speichert; auf andere geeignete Hardwarekomponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen; oder auf eine Kombination einiger oder aller der Obigen wie etwa in einem Ein-Chip-System beziehen, ein Teil davon sein oder sie enthalten.
  • Der Begriff Code, wie er oben verwendet ist, kann Software, Firmware und/oder Mikrocode enthalten und kann sich auf Programme, Routinen, Funktionen, Klassen und/oder Objekte beziehen. Der Begriff gemeinsam genutzter Prozessor umfasst einen einzelnen Prozessor, der einen Teil des Codes oder allen Code von mehreren Modulen ausführt. Der Begriff Gruppenprozessor umfasst einen Prozessor, der einen Teil oder allen Code von einem oder von mehreren Modulen zusammen mit zusätzlichen Prozessoren ausführt. Der Begriff gemeinsam genutzter Speicher umfasst einen einzelnen Speicher, der einen Teil oder allen Code von mehreren Modulen speichert. Der Begriff Gruppenspeicher umfasst einen Speicher, der einen Teil oder allen Code von einem oder von mehreren Modulen zusammen mit zusätzlichen Speichern speichert. Der Begriff Speicher kann eine Teilmenge des Begriffs computerlesbares Medium sein. Der Begriff computerlesbares Medium umfasst keine vorübergehenden elektrischen und elektromagnetischen Signale, die sich durch ein Medium ausbreiten, und kann somit als konkret und nichtflüchtig angesehen werden. Nichteinschränkende Beispiele eines nicht vorübergehenden konkreten computerlesbaren Mediums enthalten nichtflüchtigen Speicher, flüchtigen Speicher, eine magnetische Ablage und eine optische Ablage.
  • Die in dieser Anmeldung beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können teilweise oder vollständig durch eines oder mehrere Computerprogramme implementiert werden, die durch einen oder mehrere Prozessoren ausgeführt werden. Die Computerprogramme enthalten durch einen Prozessor ausführbare Anweisungen, die in wenigstens einem nichtflüchtigen konkreten computerlesbaren Medium gespeichert sind. Die Computerprogramme können außerdem gespeicherte Daten enthalten und/oder sich auf sie stützen.

Claims (10)

  1. Kraftmaschinensteuerverfahren für ein Fahrzeug, wobei das Verfahren umfasst: Überführen der Kraftstoffbeaufschlagung einer Kraftmaschine von kraftstoffreich zu kraftstoffarm; Diagnostizieren, ob in dem Abgaskatalysator ein Fehler vorliegt, auf der Grundlage eines Ansprechens eines Sauerstoffsensors auf den Übergang, wobei sich der Sauerstoffsensor stromaufwärts oder stromabwärts von dem Abgaskatalysator befindet; Erzeugen eines vorhergesagten Betriebsparameters der Kraftmaschine auf der Grundlage eines Modells der Kraftmaschine und eines Satzes möglicher Zielwerte, die auf der Grundlage einer Kraftmaschinen-Drehmomentanforderung bestimmt wurden; Bestimmen von Kosten für den Satz möglicher Zielwerte auf der Grundlage von Vergleichen des vorhergesagten Betriebsparameters mit einem vorgegebenen Minimalwert und Maximalwert; wahlweises Einstellen des vorgegebenen Minimalwerts und/oder Maximalwerts für die Fehlerdiagnose vor dem Übergang; auf der Grundlage der Kosten: Auswählen des Satzes möglicher Zielwerte aus einer Gruppe, die den Satz möglicher Zielwerte und N andere Sätze möglicher Zielwerte, die auf der Grundlage der Kraftmaschinen-Drehmomentanforderung bestimmt wurden, wobei N eine ganze Zahl größer als null ist, enthält; und Einstellen von Zielwerten auf der Grundlage des ausgewählten Satzes möglicher Zielwerte; und Steuern eines Kraftmaschinenaktors auf der Grundlage eines Ersten der Zielwerte.
  2. Kraftmaschinensteuerverfahren nach Anspruch 1, das ferner das Diagnostizieren, ob in dem Sauerstoffsensor ein zweiter Fehler vorliegt, auf der Grundlage des Ansprechens des Sauerstoffsensors auf den Übergang umfasst.
  3. Kraftmaschinensteuerverfahren nach Anspruch 1, das ferner das Erhöhen der Kosten für den Satz möglicher Zielwerte umfasst, wenn eines der Folgenden erfüllt ist: Der vorhergesagte Betriebsparameter ist kleiner als der vorgegebene Minimalwert; und der vorhergesagte Betriebsparameter ist größer als der vorgegebene Maximalwert.
  4. Kraftmaschinensteuerverfahren nach Anspruch 1, das ferner das Aufrechterhalten des vorgegebenen Minimalwerts und/oder Maximalwerts während des Übergangs und während die Kraftstoffbeaufschlagung der Kraftmaschine mager ist umfasst.
  5. Kraftmaschinensteuerverfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Erzeugen einer vorhergesagten Menge von Luft pro Zylinder (APC) der Kraftmaschine auf der Grundlage des Modells der Kraftmaschine und des Satzes möglicher Zielwerte; Bestimmen der Kosten für den Satz möglicher Zielwerte auf der Grundlage von Vergleichen der vorhergesagten Menge APC mit einer vorgegebenen Minimalmenge APC und mit einer vorgegebenen Maximalmenge APC; und wahlweises Einstellen der vorgegebenen Minimalmenge APC und/oder der vorgegebenen Maximalmenge APC für die Fehlerdiagnose.
  6. Kraftmaschinensteuerverfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Erzeugen eines vorhergesagten Variationskoeffizienten (COV) des indizierten mittleren Drucks (IMEP) der Kraftmaschine auf der Grundlage des Modells der Kraftmaschine und des Satzes möglicher Zielwerte; Bestimmen der Kosten für den Satz möglicher Zielwerte auf der Grundlage von Vergleichen der vorhergesagten COV des IMEP mit einem vorgegebenen Minimalwert und mit einem vorgegebenen Maximalwert; und wahlweises Einstellen des vorgegebenen Minimalwerts und/oder des vorgegebenen Maximalwerts für die Fehlerdiagnose.
  7. Kraftmaschinensteuerverfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Erzeugen einer vorhergesagten Menge Restverdünnung der Kraftmaschine auf der Grundlage des Modells der Kraftmaschine und des Satzes möglicher Zielwerte; Bestimmen der Kosten für den Satz möglicher Zielwerte auf der Grundlage von Vergleichen der vorhergesagten Menge Restverdünnung mit einer vorgegebenen Minimalmenge Restverdünnung und mit einer vorgegebenen Maximalmenge Restverdünnung; und wahlweises Einstellen der vorgegebenen Minimalmenge Restverdünnung und der vorgegebenen Maximalmenge Restverdünnung für die Fehlerdiagnose.
  8. Kraftmaschinensteuerverfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Erzeugen einer vorhergesagten Menge externer Verdünnung der Kraftmaschine auf der Grundlage des Modells der Kraftmaschine und des Satzes möglicher Zielwerte; Bestimmen der Kosten für den Satz möglicher Zielwerte auf der Grundlage von Vergleichen der vorhergesagten Menge externer Verdünnung mit einer vorgegebenen Minimalmenge externer Verdünnung und mit einer vorgegebenen Maximalmenge externer Verdünnung; und wahlweises Einstellen der vorgegebenen Minimalmenge externer Verdünnung und/oder der vorgegebenen Maximalmenge externer Verdünnung für die Fehlerdiagnose.
  9. Kraftmaschinensteuerverfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Steuern des Öffnens einer Drosselklappe auf der Grundlage des Ersten der Zielwerte; Steuern des Öffnens eines Ladedruckregelventils eines Turboladers auf der Grundlage eines Zweiten der Zielwerte; Steuern des Öffnens eines Abgasrückführungs-Ventils (AGR-Ventils) auf der Grundlage eines Dritten der Zielwerte; und Steuern der Einlassventil-Phasenlageneinstellung und der Auslassventil-Phasenlageneinstellung auf der Grundlage eines Vierten und eines Fünften der Zielwerte.
  10. Kraftmaschinensteuerverfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Erzeugen von N anderen vorhergesagten Betriebsparametern der Kraftmaschine auf der Grundlage des Modells der Kraftmaschine und jeweils der N anderen Sätze möglicher Zielwerte; Bestimmen von N anderen Kosten jeweils für die N anderen Sätze möglicher Zielwerte auf der Grundlage von Vergleichen der N anderen vorhergesagten Betriebsparameter mit den vorgegebenen Minimalwerten und Maximalwerten; und Auswählen des Satzes möglicher Zielwerte aus der Gruppe, die den Satz möglicher Zielwerte und die N anderen Sätze möglicher Zielwerte enthält, wenn die Kosten für den Satz möglicher Zielwerte kleiner als alle N anderen Kosten sind.
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