-
Gebiet
-
Die vorliegende Beschreibung betrifft allgemein Verfahren und Systeme zur Aussetzererkennung bei einem Verbrennungsmotor.
-
Hintergrund/Kurzdarstellung
-
Zu Motorsteuersystemen können Aussetzererkennungsmodule zum Identifizieren von Verbrennungsereignissen zählen, die nicht zu einem Basiszündzeitpunkt auftreten. Zum Beispiel können Verbrennungsaussetzer durch Erkennen der Schwankungen der Torsionsschwingungen der Kurbelwelle identifiziert werden. Zu diesen Torsionsschwingungen der Kurbelwelle zählen die Torsionsschwankungen um den Mittelwert der Kurbelwellendrehzahl bei der Kurbelwellendrehung.
-
Ein beispielhafter Ansatz wird von Stander in der
US-Patentschrift 5 633 456 gezeigt. Darin wird eine Kurbelwellendrehung für eine vordefinierte Winkelverschiebung für jede erwartete Zylinderzündung abgetastet. Aussetzersignale werden dann durch Anwenden von Filtern in der Frequenzdomäne identifiziert.
-
Bei einem Beispiel kann auf die vorstehend beschriebenen Probleme durch ein Verfahren zum Erzeugen einer ersten Zylinderaussetzeranzeige auf Grundlage von Kurbelwellenschwankungen, die über ein erstes Fenster abgetastet werden, und Erzeugen einer zweiten, anderen Zylinderaussetzeranzeige auf Grundlage von Kurbelwellenschwankungen, die über ein zweites Fenster abgetastet werden, wobei sich das erste und zweite Fenster überlappen, eingegangen werden.
-
Zum Beispiel können Kurbelwellenschwingungen mithilfe eines Kurbelwellenpositionierungssensors überwacht werden, der in einem Verbrennungsmotor mit einer Kurbelwelle gekoppelt ist. Eine Steuereinheit kann die Kurbelwellendrehung über ein erstes Abtastfenster und anschließend ein zweites Abtastfenster abtasten, das sich mit dem ersten Abtastfenster überlappt. Der Motor kann ein erstes Verbrennungsereignis innerhalb des ersten Abtastfensters und ein zweites Verbrennungsereignis innerhalb des zweiten Abtastfensters durchführen, wobei das zweite Verbrennungsereignis unmittelbar nach dem ersten Verbrennungsereignis folgt. Die Steuereinheit kann dann während des Verbrennungsbetriebs des Motors auf Grundlage der abgetasteten Signale Aussetzer anzeigen.
-
Auf diese Weise können Aussetzer unter Betriebsbedingungen, darunter mittlere bis niedrige Motorlast und mäßige bis hohe Motordrehzahlen, robust identifiziert werden.
-
Darüber hinaus ist das Aussetzererkennungsverfahren weniger empfindlich gegen den Standort des Sensors. Zum Beispiel kann durch Abtasten von Kurbelwellenschwankungen mithilfe einander überlappender Abtastfenster der Signalinhalt bei ganzen Motorordnungen beträchtlich verringert werden. Das überlappende Abtastfenster kann nämlich Torsionsschwingungen aufgrund von Verbrennung und Verbrennungsaussetzern enthalten, während sie selektiv eine Einbeziehung von Schwingung aufgrund der hin und her gehenden Trägheit von Kolben und Verbindungsstange verringert.
-
Es sollte beachtet werden, dass die vorstehende Kurzdarstellung dazu dienen soll, in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten einzuführen, die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben werden. Sie ist nicht dafür bestimmt, Haupt- oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu bezeichnen, dessen Schutzbereich durch die auf die ausführliche Beschreibung folgenden Ansprüche eindeutig definiert wird. Überdies ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Realisierungen beschränkt, durch die irgendwelche vorstehend oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung angegebenen Probleme gelöst werden.
-
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
1 zeigt ein Blockschaltbild eines turbogeladenen Motors mit einer Kurbelwelle.
-
2 zeigt zwei Schemata zum Abtasten einer Kurbelwellendrehung.
-
3 zeigt einen Ablaufplan eines Beispiels für ein Verfahren zum Erkennen von Verbrennungsaussetzern auf Grundlage von Kurbelwellenschwankungen und zum Anpassen von Motorbetriebsbedingungen als Reaktion auf das Erkennen.
-
4 zeigt eine beispielhafte Beziehung zwischen Motordrehzahl und Motorlast.
-
5A bis 5D zeigen Frequenzkomponenten von Torsionsschwingungen der Kurbelwelle.
-
6A bis 6B zeigen eine verbesserte Aussetzererkennung mithilfe eines Beispiels des offenbarten Verfahrens.
-
Ausführliche Beschreibung
-
Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zum Erkennen von Aussetzern bei einem Verbrennungsmotor auf Grundlage von Kurbelwellenschwankungen und ein Anpassen eines Motorbetriebs als Reaktion darauf.
-
1 zeigt ein Blockschaltbild eines Verbrennungsmotors mit einer Kurbelwelle. Eine Drehung der Kurbelwelle während eines Motorbetriebs kann synchron mit einem Kurbelwellenwinkel abgetastet werden. 2 zeigt zwei Abtastschemata, bei denen nicht überlappende und überlappende Abtastfenster für einen Vierzylindermotor verwendet werden. 3 fasst ein Beispiel für ein Aussetzererkennungsverfahren zusammen, das auf den in 2 gezeigten Abtastschemata beruht. 4 zeigt die Beziehung zwischen Motorlast und Motordrehzahl. 5A bis 5D zeigen Frequenzkomponenten von Torsionsschwingungen der Kurbelwelle. 6A bis 6B zeigen eine verbesserte Aussetzererkennung, die mithilfe eines Beispiels des offenbarten Verfahrens erreicht wird.
-
Wie hier beschrieben, werden Torsionsschwingungen einer Motorkurbelwelle sowohl durch eine Verbrennung im Motor als auch durch die Trägheitsbelastung aufgrund einer Hin- und -Herbewegung von Kolben und Verbindungsstange angetrieben. Während mittlerer bis niedriger Motorlast und mäßigen bis hohen Motordrehzahlen können Torsionsschwingungen aufgrund einer normalen Torsionsschwingung des Motors stärker als die Torsionsschwingungen aufgrund von Verbrennung sein. Die normale Torsionsschwingung des Motors kann aufgrund einer Flexibilität der Kurbelwelle weiter verstärkt werden (in Anbetracht dessen, dass das Kurbelwellenstrangsystem (cranktrain system) einen Torsionsschwingungsmodus eines starren Körpers aufweist, wenn alle Teile der Kurbelwelle auf gleiche Weise schwingen, und einen flexiblen Modus aufweist, wenn einzelne Komponenten der Kurbelwelle auf unterschiedliche Weise schwingen). Die Torsionsschwingungen der Kurbelwelle können empfindlicher gegen flexible Schwingungsmodi sein, wenn der Sensor weiter entfernt von dem Ort mit null Durchbiegung der Kurbelwelle positioniert ist. Zum Beispiel können die Torsionsschwingungen stärker sein, wenn der Sensor an der Vorderseite der Kurbelwelle positioniert ist, als wenn er nahe bei dem Schwungrad positioniert ist.
-
Frequenzkomponenten der Torsionsschwingungen der Kurbelwelle enthalten halbe Motorordnungen, abhängig nur von Verbrennung, und ganze Motorordnungen, abhängig sowohl von einem Verbrennungsdrehmoment als auch einem Trägheitsdrehmoment. Durch Abtasten von Kurbelwellenschwankungen über überlappende Abtastfenster mit einer Fensterdauer, die größer ist als eine Gesamtanzahl von Kurbelwellengraden zwischen unmittelbar benachbarten oberen Zylindertotpunkten der Verdichtung, kann das Signal bei ganzen Motorordnungen beträchtlich verringert sein. Die überlappende Abtastung kann zum Beispiel selektiv Torsionsschwingungen aufgrund von Verbrennung und Verbrennungsaussetzern enthalten, während sie eine Einbeziehung von Schwingung aufgrund der hin und her gehenden Trägheit von Kolben und Verbindungsstange verringert. Daher können Verbrennungsaussetzer, besonders während einer mittleren bis niedrigen Motorlast und mäßigen bis hohen Motordrehzahlen robuster identifiziert werden. Ferner kann, da ein Abtasten mit überlappenden Fenstern weniger empfindlich gegen normale Torsionsschwingungen des Kurbelwellenstrangs ist, ein Betrieb möglich sein, bei dem sich der Kurbelwellenpositionierungssensor an einer beliebigen Position entlang der Kurbelwelle/Dämpfer/Schwungrad-Anordnung befindet.
-
1 ist ein schematisches Schaubild, das einen beispielhaften Motor 10 zeigt, der in einem Antriebssystem eines Personenkraftwagens enthalten sein kann. Der Motor 10 wird mit vier Zylindern 31, 33, 35 und 37 gezeigt. Allerdings können gemäß der aktuellen Offenbarung andere Anzahlen von Zylindern verwendet werden. Der Motor 10 kann zumindest zum Teil durch ein Steuersystem mit einer Steuereinheit 12 und durch Eingaben eines Fahrzeugführers 132 über eine Eingabevorrichtung 130 gesteuert werden. Bei diesem Beispiel weist die Eingabevorrichtung 130 ein Gaspedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals PP auf.
-
Jeder Brennraum (z.B. Zylinder) 31, 33, 35 und 37 des Motors 10 kann Brennraumwände mit einem dazwischen angeordneten Kolben 32 aufweisen. Die Kolben können mit einer Kurbelwelle 40 durch eine Verbindungsstange 34 gekoppelt sein, sodass eine Hin- und Herbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle übersetzt wird. Ein Kurbelwellenpositionierungssensor 118, der mit der Kurbelwelle 40 gekoppelt ist, kann die Drehung der Kurbelwelle erfassen und das Drehsignal an die Steuereinheit 12 senden. Bei dem Kurbelwellenpositionierungssensor 118 kann es sich um einen Rad-Kurbelwellenpositionierungssensor mit hoher Datenrate handeln. Die Kurbelwelle 40 kann über ein dazwischen angeordnetes Getriebesystem (nicht gezeigt) mit mindestens einem Antriebsrad eines Fahrzeugs gekoppelt sein. Außerdem kann ein Anlassermotor mit der Kurbelwelle 40 über ein Schwungrad gekoppelt sein, um eine Startoperation des Motors 10 zu ermöglichen. Die Brennräume 31, 33, 35 und 37 können über einen Ansaugweg 42 Ansaugluft aus einem Ansaugkrümmer 44 erhalten und können Verbrennungsgase über eine Abgasleitung 48 ausstoßen. Der Ansaugkrümmer 44 und der Austrittskrümmer 46 können über entsprechende Einlassventile und Auslassventile (nicht gezeigt) selektiv mit den Brennräumen 31, 33, 35 und 37 in Verbindung stehen. Bei einigen Ausführungsformen können die Brennräume 31, 33, 35 und 37 zwei oder mehr Einlassventile und/oder zwei oder mehr Auslassventile aufweisen. Die Einlass- und/oder Auslassventile können mithilfe entsprechender auf einer Nockenwelle 162 angeordneter Nocken 160 betätigt (z.B. geöffnet und geschlossen) werden, während die Nockenwelle eine Drehbewegung vollführt.
-
Die Kraftstoffeinspritzventile 50 werden direkt mit den Brennräumen 31, 33, 35 und 37 gekoppelt gezeigt, um Kraftstoff proportional zu der Pulsbreite eines von der Steuereinheit 12 empfangenen Signals FPW direkt dort hinein einzuspritzen. Auf diese Weise liefert das Kraftstoffeinspritzventil 50 das, was als Direkteinspritzung von Kraftstoff in die Brennräume 31, 33, 35 und 37 bekannt ist. Das Einspritzventil kann beispielsweise in der Seite des Brennraums oder im oberen Teil des Brennraums angebracht sein. Kraftstoff kann dem Kraftstoffeinspritzventil 50 mithilfe eines Kraftstoffsystems (nicht gezeigt) mit einem Kraftstofftank, einer Kraftstoffpumpe und einem Kraftstoffverteiler (fuel rail) zugeführt werden. Bei einigen Ausführungsformen können die Brennräume 31, 33, 35 und 37 alternativ oder zusätzlich ein Kraftstoffeinspritzventil aufweisen, das in dem Ansaugkrümmer 44 in einer Ausgestaltung angeordnet ist, die das liefert, was als Direkteinspritzung von Kraftstoff in den Ansaugkanal stromauf jedes Brennraums 31, 33, 35 und 37 bekannt ist.
-
Die Steuereinheit 12 wird in 1 als ein Mikrocomputer mit einer Mikroprozessoreinheit 102, Eingabe/Ausgabe-Anschlüssen 104, einem elektronischen Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrationswerte, das bei diesem speziellen Beispiel als Nur-Lese-Chip 106 gezeigt wird, einem Direktzugriffsspeicher 108, einem Keep-Alive-Speicher 109 sowie einem Datenbus gezeigt. Die Steuereinheit 12 kann neben den bereits erörterten Signalen verschiedene Signale und Informationen von mit dem Motor 10 gekoppelten Sensoren empfangen, darunter eine Messung eines angesaugten Luftmassenstroms (mass air flow, MAF) von dem Luftmassensensor 120; eine Motorkühlmitteltemperatur (engine coolant temperature, ECT) von dem mit einem Kühlmantel 114 verbundenen Temperatursensor 112; bei einigen Beispielen ein Zündsignal (profile ignition pickup signal, PIP) von dem Kurbelwellenpositionierungssensor 118; eine Drosselposition (DP) von einem Drosselpositionssensor und ein Ansaugunterdrucksignal MAP (absolute manifold pressure) von dem Sensor 122. Das Speichermedium, der Nur-Lese-Speicher 106, kann mit computerlesbaren Daten programmiert sein, die durch den Prozessor 102 ausführbare Anweisungen zum Ausführen der nachfolgend beschriebenen Verfahren und auch deren Varianten darstellen.
-
In 2 sind beispielhafte Abtastschemata für eine Kurbelwellendrehung in einem Vierzylindermotor dargestellt. Die Kurbelwellendrehung kann von einem Kurbelwellenpositionierungssensor 118 erfasst werden, der mit einer Kurbelwelle 40 gekoppelt ist. Die Kurbelwellendrehung kann durch die Steuereinheit 12 synchron mit einem Kurbelwellenwinkel abgetastet werden. Ein Beispiel dafür, wie die oberen Totpunkte (top dead centers, TDCs) der Verdichtung und die Motorzündung mit dem Kurbelwellenwinkel des Motors 10 übereinstimmen, wird unter 202 gezeigt. Eine Zündung und das entsprechende Verbrennungsereignis in einem Zylinder sind durch ein Sternsymbol dargestellt. Bei einem Kurbelwellenwinkel A1 erreichen die Kolben in den Zylindern 1 und 4 einen TDC der Verdichtung. Die Zylinder 1 und/oder 4 zünden bei einem Kurbelwellenwinkel A3. Die Kolben in den Zylindern 2 und 3 werden anschließend zu einem TDC der Verdichtung bei einem Kurbelwellenwinkel A4 getrieben. Zum Beispiel kann die Dauer zwischen den Kurbelwellenwinkeln A1 und A4 180 Grad betragen. Auf die Verbrennungen in den Zylindern 1 und/oder 4 bei A3 folgend, zünden die Zylinder 2 und/oder 3 bei einem Kurbelwellenwinkel A6, und die Kolben in den Zylindern 1 und 4 werden zu dem TDC der Verdichtung bei A8 zurückgetrieben. Die Abtastschemata mit nicht überlappenden und überlappenden Fenstern werden jeweils unter 204 und 206 gezeigt. Einzelheiten der zwei Abtastschemata und der Bedingung, unter der sie angewendet werden, sind in den folgenden Abschnitten näher erläutert.
-
In 3 zeigt eine Routine 300 ein Beispiel für ein Verfahren zum Erkennen von Verbrennungsaussetzern auf Grundlage von Kurbelwellenschwankungen und zum Betreiben des Motors als Reaktion auf das Erkennen. Das Verfahren kann ein robustes Erkennen von Aussetzern unter verschiedenen Motorbetriebsbedingungen ermöglichen.
-
Bei 302 beinhaltet das Verfahren ein Schätzen und/oder Folgern von Motorbetriebsbedingungen. Dazu können beispielsweise Motordrehzahl, Motortemperatur, Katalysatortemperatur, Ladedruckniveau, MAP, MAF, Umgebungsbedingungen (Temperatur, Druck, Feuchtigkeit usw.) zählen.
-
Bei 304 wird ein anfänglicher Versatz eines Kurbelwellenwinkels auf Grundlage der bei 302 ermittelten Motorbetriebsbedingungen ermittelt. Der anfängliche Versatzwinkel ist die Dauer von Kurbelwellenwinkeln ab einem TDC der Verdichtung bis zu dem Beginn eines Abtastfensters innerhalb desselben Verdichtungstakts eines Zylinders. Ein Beispiel für den anfänglichen Versatzwinkel φ wird in 2 gezeigt. Die Kolben in den Zylindern 1 und 4 erreichen einen TDC der Verdichtung bei einem Kurbelwellenwinkel A1. Verbrennungen in den Zylindern 1 und/oder 4 erfolgen dann bei A3. Unter 204 beginnt ein nicht überlappendes Abtastfenster 203 bei A2. Der anfängliche Versatzwinkel φ ist die Dauer zwischen den Kurbelwellenwinkeln A1 und A2. Der anfängliche Versatzwinkel φ sollte kleiner als die Dauer zwischen dem TDC der Verdichtung (A1) und den anschließenden Verbrennungsereignissen (A3) in demselben Zylinderzyklus sein, um sicherzustellen, dass die Verbrennungsereignisse bei A3 richtig abgetastet werden.
-
Bei 306 wird auf Grundlage der bei 302 geschätzten Motorbetriebsbedingungen ein Abtastschema festgelegt. Zum Beispiel können Motordrehzahl und Motorlast jeweils mit vorgegebenen Schwellenwerten verglichen werden. Wenn die Motordrehzahl niedriger als ein erster Schwellenwert und/oder die Motorlast höher als ein zweiter Schwellenwert sind, bewegt sich die Routine 300 zu 308, wobei die Kurbelwellendrehungen mithilfe von nicht überlappenden Fenstern abgetastet werden können, wie hier beispielsweise mit Bezug auf 2 beschrieben wird. Wenn die Motordrehzahl höher als ein erster Schwellenwert und/oder die Motorlast niedriger als ein zweiter Schwellenwert sind, bewegt sich die Routine 300 zu 310, wobei die Kurbelwellendrehung mithilfe von überlappenden Fenstern abgetastet werden kann, wie beispielsweise in 2 beschrieben wird. Es sollte beachtet werden, dass bei einem Beispiel die Abtastfenster die Dauer (z.B. eine Kurbelwellendauer) definieren, während derer Abtastwerte einer Kurbelwellenschwankung für ein bestimmtes Verbrennungsereignis genommen werden, während für dasselbe spezielle Verbrennungsereignis keine Abtastwerte außerhalb des Fensters genommen werden. Das bedeutet, dass die Ermittlung, ob ein bestimmtes Verbrennungsereignis ein Aussetzer ist (oder in einem gewissen Grad ein Aussetzer ist) nur auf Daten beruht, die während des entsprechenden Fensters für dieses Verbrennungsereignis abgetastet wurden, und nicht auf Daten zur Kurbelwellenschwankung außerhalb dieses Fensters beruhen.
-
4 zeigt eine beispielhafte Beziehung zwischen Motorlast und Motordrehzahl bei einem Verbrennungsmotor. Bei erhöhter Motordrehzahl nimmt die Motorlast erst geringfügig zu und sinkt dann ab. Während mittlerer bis niedriger Motorlast und mäßigen bis hohen Motordrehzahlen können Torsionsschwingungen aufgrund einer normalen Torsionsschwingung des Motors stärker als die Torsionsschwingungen aufgrund von Verbrennung sein. Daher kann, wenn eine Motordrehzahl höher als der erste Schwellenwert TH1 und die Motorlast niedriger als der zweite Schwellenwert TH2 (Bereich 402) ist, das Signal-Rausch-Verhältnis (signal to noise ratio, SNR) einer Verbrennung aufgrund von Aussetzern zu niedrig sein, um mithilfe der nicht überlappenden Fenster 204 robust identifiziert zu werden. Unter derartigen Bedingungen können die überlappenden Fenster 206 zum Abtasten der Kurbelwellendrehung verwendet werden.
-
Bei 308 wird die Kurbelwellendrehung mittels einander nicht überlappender Fenster abgetastet. Eine beispielhafte Dauer des Abtastfensters ist die Gesamtzahl von Kurbelwellengraden zwischen unmittelbar benachbarten oberen Zylinder-TDCs der Verdichtung. Zum Beispiel kann die Länge des Abtastfensters auf Grundlage der Anzahl von Zylindern in dem Motor 10 festgelegt werden. Für einen Vierzylindermotor kann die Länge des Abtastfensters 180 Kurbelwellenwinkelgrad betragen. Für einen n-Zylindermotor kann die Länge des Abtastfensters 720/n Kurbelwellenwinkelgrad betragen.
-
Ein beispielhaftes Abtastschema für einen Vierzylindermotor mit nicht überlappenden Fenstern wird unter 204 in 2 gezeigt. Nachdem Kolben in den Zylindern 1 und/oder 4 TDCs der Verdichtung bei A1 erreicht haben, kann ein erstes Abtastfenster 203 für die Zylinder 1 und 4 bei A2 beginnen, verzögert durch den bei 304 ermittelten anfänglichen Versatz φ. Das erste Abtastfenster 203 kann bei A5 enden. Die Dauer des ersten Abtastfensters kann die Gesamtzahl von Kurbelwellengraden zwischen A1 und A4 sein. Unmittelbar nach dem Ende des ersten Abtastfensters 203 kann ein zweites Abtastfenster 205 bei A5 beginnen, um die Kurbelwellendrehungen für die Zylinder 2 und 3 abzutasten. Das erste und zweite Abtastfenster (203 und 205) können dieselbe Länge aufweisen und vollständig nicht überlappend sein, was bei einem Beispiel heißt, dass jedes Fenster mit jedem anderen Abtastfenster nur nicht überlappend ist.
-
Bei 310 wird die Kurbelwellendrehung in einem Fenster abgetastet, das sich zumindest zum Teil und nur bei einem Beispiel mit einem anderen Abtastfenster überlappt. Bei einem Beispiel kann die Dauer des Abtastfensters mehr als die Gesamtzahl von Kurbelwellengraden zwischen unmittelbar benachbarten Zylinder-TDCs der Verdichtung betragen. Der Gesamtbetrag einer Kurbelwellenwinkelüberlappung zwischen den Abtastfenstern kann beispielsweise in etwa ein Drittel der Dauer des Fensters plus oder minus einen bis zehn Abtastwerte betragen. Zum Beispiel kann die Dauer des Abtastfensters auf Grundlage der Anzahl von Zylindern in dem Motor 10 festgelegt werden. Für einen Vierzylindermotor kann die Dauer des Abtastfensters etwa 270 Kurbelwellenwinkelgrad betragen. Für einen n-Zylindermotor kann die Dauer des Abtastfensters 1080/n Kurbelwellenwinkelgrad betragen.
-
Ein beispielhaftes Abtastschema mit nur teilweise überlappenden Fenstern für einen Vierzylindermotor wird unter 206 in 2 gezeigt. Nach einem TDC der Verdichtung der Zylinder 1 und/oder 4 kann ein erstes Abtastfenster 207 für die Zylinder 1 und 4 bei A2 nach einer Verzögerung durch den bei 304 ermittelten anfänglichen Versatz φ beginnen. Das erste Abtastfenster 207 kann bei A7 enden. Die Zylinder 1 und/oder 4 erreichen bei A8 erneut einen TDC der Verdichtung. Es gibt nur einen TDC der Verdichtung A4 zwischen A1 und A8. Die Dauer des ersten Abtastfensters 207 kann mehr als eine Gesamtzahl von Kurbelwellengraden zwischen unmittelbar benachbarten Zylinder-TDCs der Verdichtung (A1 von A4) betragen. Des Weiteren kann diese Dauer geringer als ein Schwellenwert sein, beispielsweise geringer als eine Gesamtzahl von Kurbelwellengraden zwischen zwei nicht benachbarten oberen Zylindertotpunkten, oder geringer als eine Gesamtzahl von Kurbelwellengraden zwischen zwei oberen Zylindertotpunkten, die durch einen dazwischenliegenden zündenden Zylinder getrennt sind. Die Dauer des ersten Abtastfensters 207 kann beispielsweise das 1,5-fache der Dauer von A1 bis A4 sein. Nach einer Verzögerung durch den anfänglichen Versatz φ gegenüber dem TDC der Verdichtung der Zylinder 2 und 3 bei A4, kann ein zweites Abtastfenster 209 bei A5 beginnen, um die Kurbelwellendrehung der Zylinder 2 und 3 abzutasten. Ein drittes Abtastfenster 211 kann bei A9 nach einer Verzögerung durch den anfänglichen Versatz φ gegenüber A8 beginnen, um die Kurbelwellendrehungen der Zylinder 1 und 4 abzutasten. Bei einem Beispiel sind die Dauern der Abtastfenster gleich. Bei diesem Beispiel können Abtastfenster über einen Bereich von Kurbelwellenwinkeln zum Teil überlappen und über den Rest der Kurbelwellenwinkel nicht überlappen. Die Dauern der partiell überlappenden und der nicht überlappenden Kurbelwellenwinkel kann etwa ein Drittel der gesamten Dauern des Abtastfensters betragen. Zum Beispiel können bei 206 Kurbelwellenwinkel von A5 bis A7 zum Teil durch die Fenster 207 und 209 überlappt werden, während Kurbelwellenwinkel von A7 bis A9 nur von dem Fenster 209 abgetastet werden können. Bei 314 vergleicht die Routine 300 die Kurbelwellenschwankungen mit einem Schwellenwert. Wenn die Schwankung größer als der Schwellenwert ist, wird ein Aussetzer festgestellt, und die Routine 300 schreitet fort zu 316. Wenn die Schwankung geringer als der Schwellenwert ist, bewegt sich die Routine 300 zu 318 und zeigt an, dass keine Aussetzer erkannt werden.
-
Bei einem Beispiel können die Kurbelwellenschwankungen auf Grundlage der Kurbelwellendrehung in einem Abtastfenster berechnet werden. Die mittlere Kurbelwellendrehzahl in dem Abtastfenster kann zuerst berechnet werden. Insbesondere kann die Kurbelwellendrehgeschwindigkeit an jedem Abtastpunkt addiert und durch die Anzahl von Abtastwerten in dem Abtastfenster dividiert werden. Anschließend kann die mittlere Drehgeschwindigkeit von den Kurbelwellendrehungen subtrahiert werden, um die Kurbelwellenschwankungen aufgrund von Torsionsschwingungen zu erhalten. Bei einem anderen Beispiel kann ein SNR (Signal-Rausch-Verhältnis) der Kurbelwellenschwankungen mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen werden. Der vorgegebene Schwellenwert kann 2:1 sein, d.h., eine Amplitude der Kurbelwellenschwankung ist das Zweifache des Rauschpegels.
-
Bei 316 kann als Reaktion auf das Feststellen von Aussetzern ein Aussetzerzähler inkrementiert werden. Bei einem Beispiel kann der Aussetzerzähler in den Speicher der Steuereinheit einbezogen sein und kann eine Anzahl von Zylinderaussetzerereignissen wiedergeben, die aufgetreten sind.
-
Bei 320 kann ermittelt werden, ob ein Aussetzerzählwert des Aussetzerzählers höher als eine Schwellenanzahl ist. Bei einem Beispiel kann ermittelt werden, ob eine Schwellenanzahl von Zylinderaussetzerereignissen aufgetreten ist. Des Weiteren kann ermittelt werden, ob eine Schwellenanzahl von Zylinderaussetzerereignissen während einer Dauer oder über eine Entfernung einer Fahrt des Fahrzeugs oder während eines gegebenen Fahrzyklus aufgetreten ist. Wenn der Schwellenzählwert überschritten wurde, kann bei 322 ein Diagnosecode eingestellt werden, eine schadensbegrenzende Maßnahme kann ausgeführt werden. Schließlich kann ein Aussetzerereignis dem Bediener bei 324 angezeigt werden. Zum Beispiel kann der Motor als Reaktion auf ein Auftreten einer Schwellenanzahl von Zylinderaussetzerereignissen in einem FMEM-Modus betrieben werden. Darin können eine oder mehrere schadensbegrenzende Maßnahmen ausgeführt werden, darunter ein Betrieb des (betroffenen) Zylinders, der fetter als stöchiometrisch ist (z.B. ein fetter Betrieb des Zylinders für eine Dauer), ein Begrenzen eines Motorluftstroms (z.B. ein Begrenzen eines Motorluftstroms für eine Dauer), ein Begrenzen eines Gesamtbetrags eines Turbolader-Ladedruckniveaus und ein Verringern einer AGR-Menge.
-
Als ein weiteres Beispiel können als Reaktion auf die Anzeige Kraftstoffeinspritzparameter angepasst werden. Zum Beispiel kann die Aussetzeranzeige während eines ersten Zylinder-Verbrennungsereignisses empfangen werden und auf Grundlage der Aussetzeranzeige kann das Steuergerät eine Kraftstoffeinspritzung in einen Motorzylinder während eines zweiten, anschließenden (z.B. unmittelbar anschließenden) Zylinder-Verbrennungsereignisses anpassen. Das Anpassen kann ein Vorverlegen der Kraftstoffeinspritzung und optional ein Ausführen von mehr Verdampfungserwärmung mit einem Kraftstoffvorwärmer bei einem kalten Motor beinhalten. Bei einigen Ausführungsformen können andere Verbrennungsparameter als Reaktion auf die Aussetzeranzeige angepasst werden.
-
Ein beispielhafter Vorteil des offenbarten Verfahrens wird in 5 näher erläutert, die Analyse und Verarbeitung der Frequenzkomponenten in Kurbelwellenschwankungen veranschaulicht. 5A zeigt das auf eine Kurbelwelle einwirkende Drehmoment in der Kurbelwellenwinkeldomäne. Das zeitabhängige Drehmoment weist einen Frequenzinhalt auf, der durch Motorordnungen dargestellt wird wie in 5B gezeigt. Das Drehmoment, das die Torsionsschwingungen der Kurbelwelle verursacht, enthält ein Verbrennungsdrehmoment und ein Trägheitsdrehmoment von Kolben/Verbindungsstange. Frequenzkomponenten aufgrund des Verbrennungsdrehmoments werden in 5C gezeigt. Da sich das Verbrennungsereignis jedes Zylinders alle 2 Kurbelwellenumdrehungen wiederholt, weist das Verbrennungsdrehmoment einen vollständigen Ordnungsinhalt auf, darunter ganze Motorordnungen (1, 2, 3 usw.) wie auch halbe Motorordnungen (0,5, 1,5, 2,5 usw.). Die Größe des Verbrennungsdrehmoments bei jeder Motorordnung hängt von der Motorlast ab. Die Frequenzkomponente aufgrund der Trägheit der sich hin und her bewegenden Massen von Kolben/Verbindungsstange wird in 5D gezeigt. Da sich die Kolbendynamik mit jeder Kurbelwellenumdrehung wiederholt, weist das Trägheitsdrehmoment von Kolben/Verbindungsstange nur Inhalt ganzer Ordnung (1, 2, 3 usw.), aber keinen Inhalt halber Motorordnung auf. Die Größe des Trägheitsdrehmoments hängt von einer Motordrehzahl, aber nicht von einer Motorlast ab. Wenn daher der Motor mit mittlerer bis niedriger Motorlast und mäßigen bis hohen Motordrehzahlen arbeitet, nimmt das SNR für Torsionsschwingung der Kurbelwelle aufgrund eines verringerten Verbrennungsdrehmoments und eines erhöhten Trägheitsdrehmoments von Kolben/Verbindungsstange ab. Unter diesen Motorbetriebsbedingungen können die Torsionsschwingungen der Kurbelwelle aufgrund von Aussetzern schwierig zu erkennen sein.
-
Der kombinierte Drehmomentordnungsinhalt (5B) ist eine Addition des Verbrennungsdrehmoments und des Trägheitsdrehmoments mit geeigneten Größen und geeigneter Phase. Die halben Ordnungen hängen nur von Verbrennung ab, und die ganzen Ordnungen hängen von Verbrennungsdrehmoment und Trägheitsdrehmoment ab. Dies ist der Hauptgrund dafür, dass eine nicht überlappende Kurbelwellenwinkelabtastung bei mittlerer bis niedriger Motorlast und mäßigen bis hohen Motordrehzahlen verwendet wird. Die überlappenden Abtastfenster funktionieren so, dass sie selektiv Oberschwingungen einbeziehen, die der Verbrennungsanregung (halbe Ordnungen), aber nicht den Oberschwingungen aufgrund von Verbrennungs- und der Trägheitsanregung (ganze Ordnungen) entsprechen. Durch Verwenden unterschiedlicher Abtastschemata auf Grundlage von Motorlast und Motordrehzahl kann das aktuelle Aussetzererkennungsverfahren bei allen Motorzuständen robust funktionieren.
-
6 zeigt ein verbessertes SNR mit überlappenden Abtastfenstern während mittlerer bis niedriger Motorlast und mäßigen bis hohen Motordrehzahlen. Verbrennungsaussetzer werden in jedem einzelnen Zylinder eines I4-Benzinmotors mit Direkteinspritzung herbeigeführt. 6A zeigt Kurbelwellenschwankungen, die durch Abtasten von Kurbelwellendrehungen mithilfe von unter 204 in 2 gezeigten nicht überlappenden Fenstern erzeugt werden. Das Aussetzersignal ist aufgrund des niedrigen SNR der Kurbelwellenschwankungen schwierig zu identifizieren. 6B zeigt Kurbelwellenschwankungen, die durch Abtasten der Kurbelwellendrehungen mithilfe von unter 206 in 2 gezeigten überlappenden Fenstern erzeugt werden. Das SNR von Kurbelwellenschwankungen aufgrund von Aussetzern ist beträchtlich erhöht, und der Rauschpegel ist verringert. Daher können Verbrennungsaussetzer durch Analysieren des SNR von Kurbelwellenschwankungen leichter identifiziert werden.
-
Auf diese Weise ist es durch ein Abtasten von Kurbelwellenschwankungen mithilfe überlappender Fenster während mittlerer bis niedriger Motorlast und mäßigen bis hohen Motordrehzahlen und durch ein Abtasten der Kurbelwellenschwankungen mithilfe nicht überlappender Fenster bei anderen Motorzuständen möglich, die Torsionsschwingungen der Kurbelwelle selektiv auf eine Weise abzutasten, die empfindlicher gegen das Verbrennungsdrehmoment und weniger empfindlich gegen das Trägheitsdrehmoment ist. Daher wird das Signal-Rausch-Verhältnis der Kurbelwellenschwankungen aufgrund von Aussetzern bei allen Motorzuständen verbessert, und Verbrennungsaussetzer können robust identifiziert werden. Darüber hinaus wird, indem die Vorteile überlappender Abtastfenster genutzt werden, eine verringerte Empfindlichkeit gegen die Position des die Kurbelwellenschwankungen messenden Sensors erreicht, was die Flexibilität der Gestaltung des Motorsystems erhöht.
-
Zu beachten ist, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuerungs- und Schätzroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemausgestaltungen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerungsverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in nichtflüchtigem Speicher gespeichert sein und können durch das Steuersystem ausgeführt werden, zu dem das Steuergerät in Verbindung mit den verschiedenen Sensoren, Aktuatoren und anderer Motorhardware zählt. Die hier beschriebenen speziellen Routinen können eine oder mehrere aus einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien darstellen wie beispielsweise ereignisgesteuerte, interruptgesteuerte, Multitasking-, Multithreading-Verarbeitungsstrategien und dergleichen. Daher können verschiedene veranschaulichte Aktionen, Operationen und/oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge oder parallel ausgeführt werden oder in einigen Fällen entfallen. In ähnlicher Weise ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erzielen, sondern dient zur Vereinfachung der Veranschaulichung und Beschreibung. In Abhängigkeit von der speziellen angewendeten Strategie können eine oder mehrere der veranschaulichten Aktionen, Operationen und/oder Funktionen wiederholt ausgeführt werden. Außerdem können die beschriebenen Aktionen, Operationen und/oder Funktionen grafisch Code repräsentieren, der in nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Motorsteuersystem programmiert werden soll, wo die beschriebenen Aktionen durch Ausführen der Anweisungen in einem System ausgeführt werden, zu dem die verschiedenen Hardwarekomponenten des Motors in Verbindung mit dem elektronischen Steuergerät zählen.
-
Es versteht sich, dass die hier offenbarten Ausgestaltungen und Routinen ihrem Wesen nach beispielhaft sind, und dass diese speziellen Ausführungsformen nicht als einschränkend betrachtet werden sollen, da zahlreiche Variationen möglich sind. Zum Beispiel kann die vorstehend dargelegte Technologie auf V-6-, I-4-, I-6-, V-12-, 4-Zylinder-Boxermotor- sowie andere Motortypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Teilkombinationen der verschiedenen Systeme und Ausgestaltungen sowie andere hier offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
-
Bei einem Beispiel kann ein Verfahren für einen Motor umfassen: ein Durchführen einer Verbrennung in einem ersten Zylinder, gefolgt von einer Verbrennung in einem zweiten Zylinder; ein Überwachen von Kurbelwellenschwankungen während eines Motorbetriebs; ein Abtasten der Kurbelwellenschwankungen mithilfe eines ersten Abtastfensters und eines zweiten Abtastfensters, wobei das erste und das zweite Abtastfenster jeweils mindestens ein Verbrennungsereignis in der Zündfolge des Motors aufweisen und das erste und zweite Abtastfenster einander überlappen, sowie ein Anzeigen von Aussetzern gegenüber einem Fahrzeugführer auf Grundlage der abgetasteten Kurbelwellenschwankungen. Das erste Fenster kann das zweite Fenster um etwa ein Drittel einer Dauer des ersten oder des zweiten Fensters überlappen. Darüber hinaus, in Verbindung mit beliebigen der vorstehend erwähnten Elemente dieses Abschnitts: Die Kurbelwellenwinkeldauern des ersten und zweiten Fensters können in etwa gleich sein, wobei ein Gesamtbetrag einer Kurbelwellenwinkelüberlappung zwischen dem ersten und zweiten Fenster in etwa ein Drittel der gleichen Dauern beträgt. Darüber hinaus, in Verbindung mit beliebigen der vorstehend erwähnten Elemente dieses Abschnitts: Die Anzeige wird von einer Steuereinheit des Fahrzeugs während eines Fahrzeugbetriebs ausgeführt, wobei die Kurbelwellenschwankungen synchron mit einem Kurbelwellenwinkel abgetastet werden. Darüber hinaus, in Verbindung mit beliebigen der vorstehend erwähnten Elemente dieses Abschnitts: Das erste Fenster beträgt mehr als eine Gesamtzahl von Kurbelwellengraden zwischen unmittelbar benachbarten oberen Zylindertotpunkten der Verdichtung, aber weniger als eine Gesamtzahl von Kurbelwellengraden zwischen zwei nicht benachbarten oberen Zylindertotpunkten der Verdichtung. Darüber hinaus, in Verbindung mit beliebigen der vorstehend erwähnten Elemente dieses Abschnitts: Die zwei nicht benachbarten oberen Zylindertotpunkte sind durch nur einen anderen oberen Zylindertotpunkt getrennt, wobei das Verfahren ferner umfasst, mithilfe einer Steuereinheit einen Motorbetrieb als Reaktion auf die Aussetzeranzeige anzupassen.
-
Bei einem anderen Beispiel beinhaltet ein Motorverfahren ein Erzeugen einer ersten Zylinder-Aussetzeranzeige auf Grundlage von Kurbelwellenschwankungen, die über ein erstes Fenster abgetastet werden, und ein Erzeugen einer zweiten, anderen Zylinder-Aussetzeranzeige auf Grundlage von Kurbelwellenschwankungen, die über ein zweites Fenster abgetastet werden, wobei sich das erste und zweite Fenster überlappen. In Verbindung mit beliebigen der vorstehend erwähnten Elemente dieses Abschnitts: Das Verfahren kann ferner ein Durchführen einer Verbrennung in dem ersten Zylinder, gefolgt von einer Verbrennung in dem zweiten Zylinder umfassen, wobei die Aussetzeranzeigen während eines Verbrennungsbetriebs des Motors erzeugt werden. In Verbindung mit beliebigen der vorstehend erwähnten Elemente dieses Abschnitts: Das erste Fenster überlappt das zweite Fenster um etwa ein Drittel einer Dauer des ersten oder zweiten Fensters. In Verbindung mit beliebigen der vorstehend erwähnten Elemente dieses Abschnitts: Kurbelwellenwinkeldauern des ersten und zweiten Fensters sind im Wesentlichen gleich, wobei ein Gesamtbetrag einer Kurbelwellenwinkelüberlappung zwischen dem ersten und zweiten Fenster in etwa ein Drittel der gleichen Dauern beträgt. In Verbindung mit beliebigen der vorstehend erwähnten Elemente dieses Abschnitts: Eine Verbrennung in dem zweiten Zylinder folgt unmittelbar nach einer Verbrennung in dem ersten Zylinder, ohne dass in irgendeinem anderen Zylinder zwischen dem ersten und zweiten Zylinder eine Verbrennung eingeleitet wird. In Verbindung mit beliebigen der vorstehend erwähnten Elemente dieses Abschnitts: Die Zylinderaussetzeranzeigen werden einem Fahrzeugführer angezeigt, wobei die Anzeigen von einer Steuereinheit des Fahrzeugs während eines Fahrzeugbetriebs erzeugt werden, wobei die Kurbelwellenschwankungen synchron mit einem Kurbelwellenwinkel abgetastet werden. In Verbindung mit beliebigen der vorstehend erwähnten Elemente dieses Abschnitts: Das erste Fenster ist mehr als eine Gesamtzahl von Kurbelwellengraden zwischen unmittelbar benachbarten oberen Zylindertotpunkten der Verdichtung, aber weniger als eine Gesamtzahl von Kurbelwellengraden zwischen zwei nicht benachbarten oberen Zylindertotpunkten der Verdichtung. In Verbindung mit beliebigen der vorstehend erwähnten Elemente dieses Abschnitts: Die zwei nicht benachbarten oberen Zylindertotpunkte sind durch nur einen anderen oberen Zylindertotpunkt getrennt, wobei das Verfahren ferner umfasst, mithilfe einer Steuereinheit einen Motorbetrieb als Reaktion auf die Aussetzeranzeige anzupassen.
-
Durch die folgenden Ansprüche werden insbesondere bestimmte als neuartig und nicht offensichtlich angesehene Kombinationen und Teilkombinationen aufgezeigt. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes" Element oder etwas Gleichwertiges beziehen. Derartige Ansprüche sollten so aufgefasst werden, dass sie ein Einbeziehen eines oder mehrerer solcher Elemente einschließen, ohne dass zwei oder mehr derartige Elemente erforderlich oder ausgeschlossen sind. Weitere Kombinationen und Teilkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Ergänzen der vorliegenden Ansprüche oder durch Darlegen neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Derartige Ansprüche werden unabhängig davon, ob sie im Verhältnis zu den ursprünglichen Ansprüchen hinsichtlich des Schutzbereichs weiter, enger, gleichwertig oder anders abgefasst sind, als ebenfalls in den Gegenstand der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen betrachtet.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
