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Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft die Steuerung eines Luftstroms in einen Zylinder einer Kraftmaschine.
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Stand der Technik und Kurzdarstellung
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Die Bestimmung einer Luftmenge, die in eine Kraftmaschine eintritt, und insbesondere einer Luftmenge in Zylindern der Kraftmaschine ist für verschiedene Aspekte der Kraftmaschinensteuerung, einschließlich der Regulierung von Emissionen und des Kraftstoffverbrauchs von Bedeutung. Aufgrund der Luftströmungsdynamik an der Drossel versus den Zylindern wird eine Luftladung oftmals basierend auf dem Krümmerabsolutdruck (MAP – engl. manifold absolute pressure) geschätzt, der mit einem Sensor gemessen werden kann. Allerdings variiert der MAP während des gesamten Betriebs der Kraftmaschine kontinuierlich. Die US-Patentanmeldung Nr. 2013/0066535 A1 beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung einer Luftladung unter Verwendung eines Drucksensors, der sich zwischen dem Luftansaugkanal eines Zylinders und einer Ansaugkanal-Drosselklappe befindet, und ein Verfahren, umfassend Druckmessungen für jeden Zündzyklus in jedem Zylinder bei oder nahe einer Ansaugventil-Schließzeit. Die genannte Anmeldung bestimmt den Luftdruck bei einer Ansaugventilschließung (IVC – engl, intake valve closing) oder zu dem nächstmöglichen Zeitpunkt. Somit führt der MAP bei einer IVC zu einer genauen Messung des Luftdrucks in dem Zylinder.
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Allerdings haben die Erfinder hierin ein Problem mit dem obigen Ansatz erkannt. Zur Abtastung des MAP-Sensors bei der IVC kann eine Unterbrechung von der Kraftmaschinensteuereinheit (ECU – eng. Engine control unit) bei der IVC generiert werden, um eine Abtastung und/oder Verarbeitung des MAP-Sensorsignals auszulösen. Als Alternative kann der MAP-Sensor bei gleichmäßigen Inkrementen eines Kraftmaschinenkurbelwinkels abgetastet werden und danach können die Abtastwerte analysiert werden, um zu bestimmen, welcher Abtastwert bei oder nahe bei der IVC genommen wurde. Jedes dieser Verfahren ist jedoch rechnerisch teuer und ist möglicherweise nicht mit gegenwärtigen ECU-Architekturen umsetzbar. Ferner können solche Verfahren an Genauigkeit verlieren und/oder sogar noch mehr Rechenressourcen während eines Übergangsbetriebs, z. B. beim Erhöhen der Kraftmaschinendrehzahl, erforderlich machen.
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Dementsprechend stellen die Erfinder hierin einen Ansatz bereit, um die obigen Probleme mindestens teilweise in Angriff zu nehmen. In einem Beispiel beinhaltet ein Verfahren das Abtasten eines Ansaugkrümmer-Drucksensorsignals in gleichmäßigen Zeitinkrementen, Speichern jedes abgetasteten Signals in einem Puffer, Verarbeiten der gespeicherten abgetasteten Signale im Puffer in gleichmäßigen Inkrementen eines Kraftmaschinenkurbelwinkels und Einstellen einer Kraftstoffeinspritzmenge basierend auf einem ausgewählten der verarbeiteten abgetasteten Signale.
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Auf diese Weise wird ein Ansaugkrümmerdruck(MAP)-Sensorsignal in gleichmäßigen Zeitinkrementen abgetastet und jedes abgetastete Signal wird in einem Puffer gespeichert. Jeder dieser MAP-Sensorabtastwerte kann mit dem entsprechenden Winkel der Kurbelwelle zum Abtastzeitpunkt gestempelt werden. Gleichzeitig wird auch die präsentierte befohlene oder tatsächliche Position des IVC notiert. Wenn die Luftladung berechnet werden soll (z. B. einmal pro Zündzeitraum), wird der MAP-Abtastwert mit einem Winkelstempel, der sich am nächsten zum IVC befindet, aus dem Puffer abgerufen. Dieses MAP-Signal kann verwendet werden, um eine Luftladung für einen bestimmten Zylinder zu berechnen. Nach Bestimmen der Luftladung des Zylinders kann die entsprechende Kraftstoffeinspritzmenge berechnet werden. Das offenbarte Verfahren überwindet die Unfähigkeit vorhandener ECU, Sensorsignale in feinen Inkrementen eines Kurbelwellenwinkels (z. B. 6 Kurbelwellengrade) sowohl abzutasten als auch zu verarbeiten. Die Verwendung eines Winkelstempels für jedes MAP-Signal, das an einen Puffer gesendet wird, umgeht die Notwendigkeit einer Steuerungsunterbrechung bei vorbestimmten Winkeln, da nicht jeder Abtastwert unmittelbar verarbeitet werden muss. Die Verarbeitung kann ausgeführt werden, wenn das nächste Zylinderzündereignis unmittelbar bevorsteht (zum Beispiel alle 240° bei einer Kraftmaschine mit drei Zylindern). Somit kann eine genaue Schätzung der Luftladung bereitgestellt und gleichzeitig die notwendige Verarbeitungsleistung zum Schätzen der Luftladung verringert werden.
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Die oben genannten Vorteile und andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Beschreibung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung, alleine betrachtet oder in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen, leicht ersichtlich.
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Es versteht sich, dass die obige Kurzdarstellung bereitgestellt wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung weiter beschrieben werden. Sie soll keine Schlüssel- oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstands aufzeigen, dessen Schutzumfang einzig durch die der ausführlichen Beschreibung folgenden Ansprüche definiert wird. Weiterhin ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die irgendwelche oben oder in irgendeinem Teil der vorliegenden Offenbarung angeführten Nachteile beheben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Brennkammer einer Brennkraftmaschine.
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2 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Bestimmen der Luftladung in einen Zylinder und das Einstellen eines Kraftmaschinenbetriebsparameters veranschaulicht.
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3 zeigt Schaubilder von Zündzeitpunkten, die den Ansaugventilhub von vier einzelnen Zylindern und ihre entsprechenden Kurbelwellenwinkel und MAP-Abtastereignisse veranschaulichen.
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4 zeigt einen Ansaugventilhub für einen Zylinder bei zwei Kraftmaschinendrehzahlen und ihre entsprechenden MAP-Abtastereignisse in der Nähe der Ansaugventilschließung.
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Detaillierte Beschreibung
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Die vorliegende Beschreibung betrifft ein effizientes Verfahren zum Abtasten eines Ansaugkrümmer-Absolutdruck(MAP)-Sensors bei einer Ansaugventilschließung durch Abtasten des Sensorsignals in gleichmäßigen Zeitinkrementen (z. B. Zeitinkremente von 1 Millisekunde) und das Winkelstempeln der Abtastwerte. Auf diese Abtastwerte des kurbelwellenwinkelgestempelten MAP-Sensorsignals kann während eines Kraftmaschinenbetriebs zur Bestimmung einer Luftladung in einen Zylinder und anschließendes Einstellen von Betriebsparametern der Kraftmaschine zugegriffen werden. Genauer wird der Abtastwert mit einem Winkelstempel, der am nächsten zu dem Kraftmaschinenkurbelwinkel bei Ansaugventilschließung liegt, abgerufen und zum Berechnen einer Luftladung verwendet. Die Abtastzeitplanung des MAP ist in gleichmäßigen Zeitintervallen vorbestimmt, wobei nach der Winkelstempelung jedes Abtastwertes die Informationen in einem Puffer gespeichert werden, auf den die Steuerung Zugriff hat. Das Kraftmaschinensystem aus 1 weist einen MAP-Sensor auf, der in den ausgewählten Zeitintervallen oder Zeiten während eines Kraftmaschinenzyklus abgetastet werden kann, wie in 2 dargestellt, um Informationen bereitzustellen, welche die Grundlage zum Bestimmen verschiedener Kraftmaschinenbetriebsbedingungen sein können. 3 zeigt beispielhafte Zündereignisse für vier separate Zylinder einer Kraftmaschine während mehrerer Viertaktzyklen und ihre entsprechenden Ansaugventilhübe. 3 stellt dar, wie die MAP-Abtastintervalle mit dem Ansaugventilhub und dem entsprechenden Kurbelwellenwinkel innerhalb jedes Viertaktzyklus korrelieren. Die Diskrepanz zwischen einer Sequenz von MAP-Sensorabtastwerten und dem Zeitpunkt der Ansaugventilschließung für einen einzigen Zylinder bei zwei Kraftmaschinendrehzahlen für drei benachbarte Zündzyklen ist in 4 dargestellt.
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1 zeigt eine schematische Darstellung, die einen Zylinder einer Mehrzylinder-Kraftmaschine 10 zeigt, die in einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs enthalten sein kann. Die Kraftmaschine 10 kann zumindest teilweise durch ein Steuersystem, das eine Steuervorrichtung 12 aufweist, und durch Eingabe von einem Fahrzeugführer 132 über eine Eingabevorrichtung 130 gesteuert werden. Bei diesem Beispiel enthält die Eingabevorrichtung 130 ein Gaspedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssensorsignals PP (engl. proportional pedal position signal). Die Brennkammer (das heißt der Zylinder) 30 der Kraftmaschine 10 kann Brennkammerwände 32 mit einem darin positionierten Kolben 36 aufweisen. Der Kolben 36 kann mit der Kurbelwelle 40 derart gekoppelt sein, dass eine Wechselbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgesetzt wird. Die Kurbelwelle 40 kann über ein Zwischengetriebesystem mit mindestens einem Antriebsrad eines Fahrzeugs gekoppelt sein. Weiterhin kann ein Anlassermotor mit der Kurbelwelle 40 über ein Schwungrad gekoppelt sein, um einen Anlassbetrieb der Kraftmaschine 10 zu ermöglichen.
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Die Brennkammer 30 kann Ansaugluft vom Ansaugkrümmer 44 über die Ansaugleitung 42 empfangen und kann Verbrennungsgase über die Auslassleitung 48 abführen. Der Ansaugkrümmer 44 und die Auslassleitung 48 können selektiv mit der Brennkammer 30 über jeweils ein Ansaugventil 52 und ein Auslassventil 54 verbunden werden. Bei einigen Ausführungsformen kann die Brennkammer 30 zwei oder mehr Ansaugventile und/oder zwei oder mehr Auslassventile enthalten.
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In diesem Beispiel können das Ansaugventil 52 und das Auslassventil 54 über die Nockenbetätigungssysteme 51 bzw. 53 durch Nockenbetätigung gesteuert sein. Die Nockenbetätigungssysteme 51 und 53 können jeweils einen oder mehrere Nocken aufweisen und können ein oder mehrere Systeme zur Nockenprofilumschaltung (CPS – engl. cam profile switching), variablen Nockensteuerung (VCT – engl. variable cam timing), variablen Ventilsteuerung (VVS) und/oder zum variablen Ventilhub (VVL – engl. variable valve lift) verwenden, die zum Variieren des Ventilbetriebs von der Steuervorrichtung 12 betätigt werden können. Die Position des Ansaugventils 52 und des Abgasventils 54 kann jeweils durch Positionssensoren 55 und 57 bestimmt werden. Bei alternativen Ausführungsformen können das Ansaugventil 52 und/oder das Abgasventil 54 durch elektrische Ventilbetätigung gesteuert werden. Der Zylinder 30 kann zum Beispiel alternativ ein Ansaugventil aufweisen, das über elektrische Ventilbetätigung gesteuert wird, und ein Abgasventil, das über Nockenbetätigung, die CPS- und/oder VCT-Systeme aufweist, gesteuert werden.
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Eine Kraftstoffeinspritzdüse 66 ist so dargestellt, dass sie direkt mit der Brennkammer 30 gekoppelt ist, um Kraftstoff proportional zur Pulsweite des Signals FPW, das von der Steuerung 12 über einen elektronischen Treiber 68 empfangen wird, direkt darin einzuspritzen. Auf diese Weise stellt die Kraftstoffeinspritzdüse 66 das bereit, was als Direktkraftstoffeinspritzung in die Brennkammer 30 bekannt ist. Die Kraftstoffeinspritzdüse kann zum Beispiel in der Seite der Brennkammer oder im Oberteil der Brennkammer montiert sein. Der Kraftstoff kann der Kraftstoffeinspritzdüse 66 durch ein Kraftstoffsystem (nicht gezeigt) zugeführt werden, das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und einen Kraftstoffverteiler enthält. Bei einigen Ausführungsformen kann die Brennkammer 30 als Alternative oder zusätzlich dazu eine in der Ansaugleitung 42 angeordnete Kraftstoffeinspritzdüse in einer Konfiguration enthalten, die bereitstellt, was als Saugrohreinspritzung von Kraftstoff in den Ansaugport stromaufwärts der Brennkammer 30 bekannt ist.
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Die Ansaugleitung 42 kann eine Drossel 62 mit einer Drosselscheibe 64 enthalten. Bei diesem besonderen Beispiel kann die Position der Drosselscheibe 64 durch die Steuervorrichtung 12 über ein Signal variiert werden, das zu einem Elektromotor oder Aktuator, der in der Drossel 62 vorhanden ist, bereitgestellt wird, eine Konfiguration, die üblicherweise elektronische Drosselsteuerung (ETC – engl. electronic throttle control) genannt wird. Auf diese Weise kann die Drossel 62 betrieben werden, um die Ansaugluft, die zu der Brennkammer 30 bereitgestellt wird, unter den anderen Maschinenzylindern zu variieren. Die Position der Drosselscheibe 64 kann der Steuervorrichtung 12 durch ein Drosselpositionssignal TP (engl. throttle position signal) bereitgestellt werden. Die Ansaugleitung 42 kann einen Masseluftstromsensor 120 und einen Krümmer-Luftdrucksensor 122 aufweisen, um der Steuervorrichtung 12 jeweilige Signale MAF und MAP bereitzustellen.
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Das Zündsystem 88 kann einen Zündfunken zu der Brennkammer 30 über die Zündkerze 92 als Reaktion auf das Frühzündungssignal SA (engl. spark advance signal) von der Steuervorrichtung 12 bei ausgewählten Betriebsmodi bereitstellen. Obgleich Funkenzündungskomponenten gezeigt sind, können bei einigen Ausführungsformen die Brennkammer 30 oder eine oder mehrere andere Brennkammern der Kraftmaschine 10 in einem Kompressionszündungsmodus mit oder ohne einen Zündfunken betrieben werden.
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Der Abgassensor 126 ist stromaufwärts der Emissionssteuervorrichtung 70 mit der Auslasspassage 48 gekoppelt gezeigt. Der Sensor 126 kann ein beliebiger geeigneter Sensor zum Bereitstellen einer Anzeige eines Abgasluft-/Kraftstoff-Verhältnisses, wie ein linearer Sauerstoffsensor oder UEGO(engl. universal oder wide-range exhaust gas oxygen)-Sensor, ein Sauerstoffsensor mit zwei Zuständen oder EGO, ein HEGO (erwärmter EGO – engl. heated EGO), ein NOx-, HC- oder CO-Sensor sein. Die Emissionssteuervorrichtung 70 ist entlang der Auslasspassage 48 stromabwärts des Abgassensors 126 angeordnet dargestellt. Die Vorrichtung 70 kann ein Dreiwegekatalysator (TWC – engl. three way catalyst), eine NOx-Falle, verschiedene andere Emissionssteuervorrichtungen oder Kombinationen davon sein. Bei einigen Ausführungsformen kann die Emissionssteuervorrichtung 70 während des Betriebs der Kraftmaschine 10 durch Betätigen mindestens eines Zylinders der Kraftmaschine in einem bestimmten Luft/Kraftstoff-Verhältnis regelmäßig neu eingestellt werden.
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Weiterhin kann bei den offenbarten Ausführungsformen ein Abgasrückführungssystem (AGR-System) einen gewünschten Anteil von Abgas aus der Auslasspassage 48 über die AGR-Leitung 140 zum Ansaugkrümmer 44 leiten. Die AGR-Menge, die dem Ansaugkrümmer 44 bereitgestellt wird, kann von der Steuerung 12 über das AGR-Ventil 142 verstellt werden. Ferner kann ein AGR-Sensor 144 in der AGR-Leitung angeordnet sein und kann eine Angabe eines oder mehrerer eines Drucks, einer Temperatur und einer Abgaskonzentration liefern. In einigen Beispielen ist der Sensor 144 ein Differenzdruckwandler, der einen Druckabfall über eine Durchflusssteuerungsöffnung erkennt, die entweder stromaufwärts oder stromabwärts des AGR-Ventils angeordnet ist, das auch eine Anzeige der AGR-Menge bereitstellt. Der Sensor 144 kann auch ein Positionssensor sein, der Veränderungen des AGR-Ventildurchflussbereichs basierend auf Befehlen von der Steuerung 12 erkennen kann. Weiterhin kann unter einigen Bedingungen ein Teil der Verbrennungsgase in der Brennkammer durch Steuern der Auslassventil-Zeitsteuerung gehalten oder eingeschlossen werden, wie zum Beispiel durch Steuern eines einstellbaren Ventilzeitsteuerungsmechanismus.
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Die Steuerung 12 ist in 1 als ein Mikrocomputer, einschließlich einer Mikroprozessoreinheit 102, Eingangs-/Ausgangsanschlüssen 104, eines elektronischen Speichermediums für ausführbare Programme und Kalibrierwerte, das als ein Nurlese-Speicherchip 106 in diesem bestimmten Beispiel gezeigt ist, eines Direktzugriffsspeichers 108, eines Keep-Alive-Speichers 110 und eines Datenbusses gezeigt. Die Steuerung 12 kann diverse Signale von Sensoren, die mit der Kraftmaschine 10 gekoppelt sind, zusätzlich zu jenen zuvor analysierten Signalen empfangen, einschließlich der Messung eines induzierten Luftmassenstroms (MAF) von einem Luftmassenstromsensor 120; einer Kraftmaschinenkühlmitteltemperatur (ECT) von einem Temperatursensor 112, der mit einer Kühlhülse 114 gekoppelt ist; eines Profilzündungs-Aufnahme(PIP – engl. profile ignition pickup)-Signals von einem Hall-Effekt-Sensor 118 (oder anderer Art), der mit der Kurbelwelle 40 gekoppelt ist; einer Drosselposition (TP) von einem Drosselpositionssensor; und eines Krümmerabsolutdruck(MAP)-Signals von dem Sensor 122. Das Kraftmaschinendrehzahlsignal RPM kann durch die Steuervorrichtung 12 anhand des Signals PIP erzeugt werden. Das Krümmerdrucksignal MAP von einem Krümmerdrucksensor kann dazu verwendet werden, eine Angabe hinsichtlich Unterdruck oder Druck im Ansaugkrümmer bereitzustellen. Es sei angemerkt, dass verschiedene Kombinationen der oben genannten Sensoren verwendet werden können, wie zum Beispiel ein MAP-Sensor ohne einen MAF-Sensor. In einigen Ausführungsformen kann eine Vielzahl von MAP-Sensoren verwendet werden, zum Beispiel einer pro Zylinderbank oder einer pro Zylinder.
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Während des stöchiometrischen Betriebs kann der MAP-Sensor eine Angabe eines Kraftmaschinendrehmoments geben. Weiterhin kann dieser Sensor zusammen mit der detektierten Kraftmaschinendrehzahl eine Schätzung der Ladung (einschließlich der Luft), die in den Zylinder eingebracht wird, bereitstellen. In einem Beispiel kann der Sensor 118, der auch als ein Kraftmaschinendrehzahlsensor verwendet wird, bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle eine vorbestimmte Anzahl von gleichmäßig beabstandeten Impulsen erzeugen. In einem anderen Beispiel können die MAP-Signale aus dem Sensor 122 bei der Steuerung 12 mit dem Kurbelwellenwinkel gestempelt werden, der von dem Sensor 118 bestimmt und im Speicher der Steuerung gespeichert oder in einer Komponente gespeichert wird, die betriebswirksam (z. B. kommunikativ) mit der Steuerung gekoppelt ist. Diese gespeicherten winkelgestempelten MAP-Signale können zum Schätzen einer Luftladung in einen Zylinder verwendet werden.
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Das Nurlesespeicher-Speichermedium 106 kann mit computerlesbaren Daten programmiert sein, die Anweisungen repräsentieren, die von dem Prozessor 102 ausführbar sind, um das im Folgenden in 2 beschriebene Verfahren sowie von anderen Varianten, die in Erwägung gezogen werden jedoch nicht spezifisch aufgeführt sind, auszuführen.. Die Steuerung 12 empfängt Signale von den verschiedenen Sensoren aus 1 (wie dem MAP-Sensor 122) und verwendet die verschiedenen Aktuatoren (wie die Kraftstoffeinspritzdüse 66) aus 1, um den Kraftmaschinenbetrieb auf Basis der empfangenen Signale und Anweisungen, die in einem Speicher der Steuerung gespeichert werden, einzustellen.
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Wie oben beschrieben, zeigt 1 einen Zylinder einer Mehrzylinder-Kraftmaschine, wobei jeder Zylinder gleichermaßen seinen eigenen Satz von Ansaug-/Auslassventilen, Kraftstoffeinspritzdüse, Zündkerze usw. aufweisen kann. Ferner sind die oben beschriebenen Aspekte des Kraftmaschinensystems nicht einschränkend, wobei andere Konfigurationen möglich sind. Zum Beispiel kann das System keine Abgasluftrückführung aufweisen. In anderen Beispielen kann das System ferner einen Turbolader aufweisen, welcher dem Ansaugkrümmer Druckluft zuführt.
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Während des Betriebs einer Mehrzylinder-Kraftmaschine wird jeder Zylinder einem Viertaktzyklus unterzogen. Der Zyklus beinhaltet einen Luftansaugtakt, während dessen ein Ansaugventil 52 offen ist und ein Auslassventil 54 geschlossen ist. Luft wird durch den Ansaugkrümmer 44 in den Zylinder 30 eingeführt, und der Kolben 36 bewegt sich zum Boden des Zylinders, um das Volumen innerhalb des Zylinders 30 zu vergrößern. Die Position, an welcher der Kolben 36 in der Nähe des Bodens des Zylinders und am Ende seines Hubs ist (z. B. wenn der Zylinder 30 sein größtes Volumen aufweist), wird von Fachleuten typischerweise als unterer Totpunkt (BDC – engl. bottom dead center) bezeichnet. Danach folgt ein Verbrennungstakt, wenn sowohl das Ansaugventil 52 als auch das Auslassventil 54 geschlossen sind, und der Kolben 36 bewegt sich zum Zylinderkopf, um die Luft innerhalb des Zylinders 30 zu komprimieren. Der Punkt, an dem der Kolben 36 am Ende seines Hubs und dem Zylinderkopf am nächsten ist (zum Beispiel, wenn der Zylinder 30 sein kleinstes Volumen aufweist), wird vom Fachmann in der Regel als oberer Totpunkt (TDC – engl. top dead center) bezeichnet. In einem im Folgenden als Einspritzung bezeichneten Prozess wird Kraftstoff in die Brennkammer eingeführt. In einem Prozess, der nachfolgend als Zündung bezeichnet wird, wird der eingespritzte Kraftstoff durch bekannte Zündvorrichtungen wie die Zündkerze 92 gezündet, was zur Verbrennung führt. Außerdem oder als Alternative kann eine Kompression zum Zünden des Luft-Kraftstoff-Gemischs angewendet werden. Am Ende des Kompressionstaktes hat die Kurbelwelle eine volle Drehung in Verbindung mit diesem einzelnen Zylinder vollendet, d. h. sie hat sich um 360 Grad bewegt.
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Während des darauf folgenden Expansions(Leistung)-Taktes pressen die expandierenden Gase, die durch die Verbrennungsreaktion mit Energie beaufschlagt werden, den Kolben 36 zurück zum BDC. Die Kurbelwelle 40 wandelt eine Kolbenbewegung in ein Rotationsdrehmoment der Drehwelle um. Während dieses Taktes bleiben die Ventile 52 und 54 geschlossen. Der letzte Takt des Zyklus ist der Auslasstakt, wobei sich das Auslassventil 54 öffnet, um das verbrannte Luft-Kraftstoff-Gemisch zum Auslasskrümmer 48 abzugeben, und der Kolben kehrt zum TDC zurück. Dadurch wird eine zweite 360-Grad-Bewegung vollendet, d. h., die Kurbelwelle hat eine zweite vollständige Drehung in Verbindung mit diesem einzelnen Zylinder vollendet. Es sei darauf hingewiesen, dass Obiges nur als Beispiel beschrieben wird und dass die Zeitpunkte des Öffnens und/oder Schließens des Ansaug- und Auslassventils variieren können, um eine positive oder negative Ventilüberschneidung, spätes Schließen des Ansaugventils, frühes Schließen des Ansaugventils oder verschiedene andere Beispiele bereitzustellen.
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Wie oben beschrieben, kann das System eine genauere Schätzung der Luftladung für jeden Zylinder bei seiner Ansaugventilschließung (IVC) oder zu dem nächstmöglichen Abtastzeitpunkt bestimmen. Wenn ein Abtastwert des Krümmerabsolutdruck(MAP)-Sensors bei IVC genommen wird, kann ein Zylinderdruck dem MAP relativ entsprechen, da das Ansaugventil genau nach Ermöglichen eines Druckausgleichs zwischen dem Ansaugkrümmer und dem Zylinder geschlossen wurde. Somit kann durch Abtasten des MAP bei IVS eine genaue Schätzung der Zylinderluftladung erhalten werden. Der Druck kann mit dem Volumen des Zylinders kombiniert werden, um die im Zylinder eingeschlossene Masse gemäß z. B. dem idealen Gasgesetz pv = nRT zu bestimmen. Somit stellt eine Abtastung des MAP bei oder nahe bei einer IVC eine genauere Druckmessung einer Masse bereit, die in dem Zylinder am Anfang des Kompressionstaktes eingeschlossen ist. Diese Luftmasse kann verwendet werden, um die Kraftstoffmenge zu schätzen, die in diesen Zylinder eingespritzt werden kann.
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Während sich ein bestimmter Zylinder an einem spezifischen Punkt innerhalb seines Viertaktzyklus befindet, befinden sich andere Zylinder an einem anderen Punkt innerhalb ihres eigenen individuellen Zylinderzyklus. Mit anderen Worten sind sie außer Phase. Während also ein bestimmter Zylinder beispielsweise seinen Kompressionstakt gerade vollendet hat, beginnt ein anderer Zylinder seinen Kompressionstakt zum gleichen Zeitpunkt, z. B. ist er um 180 Grad außer Phase in Bezug auf den ersten Zylinder, wie in 3 dargestellt.
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Falls ein bestimmter Zylinder einen Kurbelwellenwinkel von 360 Grad am Anfang seines Ansaugtaktes aufweist, kann eine IVC am Ende dieses Taktes, z. B. bei 5400 Grad stattfinden. Die Bestimmung eines Luftdrucks von dem MAP-Sensor zu diesem genauen Zeitpunkt kann mit Standardmechanismen einer Sensorsignalgabe, z. B. Generieren einer Unterbrechung, rechnerisch teuer sein. Die Abtastung des MAP-Sensors 122 kann in ausgewählten Zeitinkrementen ausgeführt werden. Daher ist es unwahrscheinlich, dass eine MAP-Sensorabtastung bei einer IVC für jeden Zylinder in einer Mehrzylinder-Kraftmaschine durchgängig stattfindet. Zum Erfassen eines Signals aus dem MAP-Sensor bei einer IVC für jeden Zylinder ermöglicht jeder Kraftmaschinenzyklus eine Unterbrechung der Steuerung und die Zusammenarbeit von Steuerungsressourcen, um das Stattfinden einer IVC konstant zu überwachen. Dieser Ansatz kann nicht umsetzbar und/oder teuer sein.
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Grundsätzlich kann eine Abtastung des MAP-Sensors in spezifischen Kurbelwellenwinkelinkrementen die Bestimmung des MAP bei IVC ermöglichen. Diese Winkel werden vom Halleffektsensor 118 gemessen, der mit der Kurbelwelle 40 gekoppelt ist. Allerdings kann eine Abtastung von Sensoren in Inkrementen des Kurbelwellenwinkels ressourcenintensiv sein und/oder kann in Übergangsereignissen wie bei einer Erhöhung der Kraftmaschinendrehzahl und somit der Kurbelwellendrehzahl fehleranfällig sein. Eine robuste Art und Weise der Steuerung einer Kraftmaschine kann durch die Fähigkeit sowohl zum Abtasten als auch Verarbeiten von Kraftmaschinenparametern bei gleichmäßigen Inkrementen des Kurbelwellenwinkels erfolgen. Da jedoch ein solcher Ansatz ressourcenintensiv ist, erzielt die vorliegende Offenbarung eine ähnliche Aufgabe zuerst durch Abtasten (z. B. in 1-Millisekunden-Intervallen) und späteres Verarbeiten (z. B. Inkremente von 240° oder 120° an einer 3-Zylinder-Kraftmaschine).
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Durch Abtasten des MAP-Sensors in gleichmäßigen Inkrementen, zum Beispiel jede Millisekunde, Stempeln jedes Abtastwertes mit dem entsprechenden Winkel der Kurbelwelle, Speichern dieser Ergebnisse in einem Datenpuffer, der für die Steuerung zugänglich ist, und Notieren der gegenwärtigen befohlenen (oder tatsächlichen) Position der IVC kann die Steuerung die Daten handhaben und effizient verarbeiten. Die Luftladung kann basierend auf einem MAP-Abtastwert üblicherweise einmal pro Zündzeitraum (also einmal pro Ansaugventilschließung) berechnet werden. Vor dem Berechnen der Luftladung vor einem Kraftsfoffeinspritzereignis kann die Steuerung durch die Winkelstempel in dem Puffer nach dem Winkelstempel oder Satz von Stempeln suchen, die sich am nächsten zur IVC befinden, und die entsprechenden MAP-Daten verwenden, um die Luftladung wie unten unter Bezugnahme auf 2 beschrieben zu berechnen. Diese Luftladung kann verwendet werden, um die Kraftstoffeinspritzmenge zu berechnen. Nach Stattfinden der Kraftstoffeinspritzberechnung kann der Puffer in einigen Beispielen geleert werden, um das nächste Batch von winkelgestempelten MAP-Sensormesswerten zu akzeptieren. In anderen Beispielen kann der Puffer ein First-in-First-out-Puffer sein, wobei jeder neue Abtastwert den ältesten Abtastwert in dem Puffer ersetzt. Die Kapazität dieses Puffers kann auf einer langsamsten Kraftmaschinendrehzahl basieren, bei der das System erwartungsgemäß betrieben wird. Je langsamer die Drehzahl einer Kraftmaschine, desto mehr winkelgestempelte Drucksignale müssen in dem Puffer gespeichert werden. In einem spezifischen Beispiel zum Unterstützen der oben beschriebenen Abtastung und Speicherung von MAP-Signalabtastwerten einmal pro Millisekunde bei einer niedrigsten Kraftmaschinendrehzahl von 450 U/Min. kann der Puffer eine Kapazität von 267 Abtastwerten haben (z. B. um jeden Abtastwert, der während eines Kraftmaschinenzyklus von zwei Kurbelwellenumdrehungen erfasst wird, zu speichern). Der Puffer kann proportional kleiner sein, falls nur ein Bruchteil von Abtastwerten aus dem vollen Kraftmaschinenzyklus benötigt wird. Falls zum Beispiel nur die Abtastwarte aus einem Zylinderereignis in einer Vierzylinder-Kraftmaschine benötigt werden, werden nur 67 Abtastwerte benötigt. Gleichermaßen können weniger Abtastwerte benötigt werden, wenn eine langsamere Abtastrate verwendet wird.
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Der oben beschriebene Mechanismus zum Berechnen der Luftladung kann in einer Kraftmaschine mit Direkteinspritzung (DI – engl. direct injection) benutzt werden, in der Kraftstoff typischerweise nach einer Ansaugventilschließung eingespritzt wird.
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Allerdings kann das Berechnen der Luftladung unter Verwendung des MAP bei einer Ansaugventilschließung auch in Kraftmaschinen mit Saugrohreinspritzung (PFI – engl. port fuel injected) vorteilhaft sein, die Kraftstoff vor einer Ansaugventilschließung einspritzen. Eine Luftladung bei einer Ansaugventilschließung kann geschätzt werden, um das relative Luft-Kraftstoff-Verhältnis (auch als phi bezeichnet) der vorgesehenen Luft-Kraftstoff-Ladung zu berechnen. Diese vorgesehene Luft-Kraftstoff-Ladung kann mit der tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Ladung verglichen werden, die von einem Abgassensor wie dem UEGO(engl. universal exhaust gas oxygen)-Sensor bestimmt wird. Zukünftige Kraftstoffversorgungskorrekturen können auf dem Vergleich des vorgesehenen phi mit dem phi, wie aus dem UEGO-Sensor abgeleitet, basieren. Wie oben erläutert, spritzt eine DI-Kraftmaschine typischerweise einen Anteil seines Kraftstoffs nach einer Ansaugventilschließung ein. Somit können die Kraftstoffeinspritzpulse nach einer Ansaugventilschließung das phi mit einer überaus genauen Luftladungsmessung einstellen, die bei oder nahe einer Ansaugventilschließung vorgenommen wird.
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2 stellt ein Verfahren 200 zum Bestimmen einer Luftladung in einen Zylinder und das Einstellen eines Kraftmaschinenbetriebsparameters basierend auf einer vorherigen Bestimmung der nächsten MAP-Messung vor einem IVC dar. Das Verfahren 200 kann durch Anweisungen, die in dem Speicher einer Steuerung wie der Steuerung 12 gespeichert sind, und in Verbindung mit Signalen ausgeführt werden, die von Sensoren des Kraftmaschinensystems wie den Sensoren (z. B. MAP-Sensor 122) empfangen werden, die oben unter Bezugnahme auf 1 beschrieben sind. Die Steuerung kann Kraftmaschinenaktuatoren des Kraftmaschinensystems (z. B. Kraftstoffeinspritzdüse 66) gemäß den unten beschriebenen Verfahren zum Einstellen des Kraftmaschinenbetriebs einsetzen.
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Das Verfahren 200 weist bei 202 das Bestimmen von Kraftmaschinenbetriebsparametern auf, die eine Kraftmaschinendrehzahl und eine Last, einen Luftdruck, MAP und MAF, Kraftmaschinen- und/oder Krümmertemperatur, vom Fahrer angefordertes Drehmoment usw. einschließen. Bei 204 wird die MAP-Sensorausgabe in gleichmäßigen Zeitinkrementen abgetastet, wie in 3 dargestellt. In einer Ausführungsform kann die MAP-Sensor-Abtastrate als ein Sensormesswert pro Millisekunde angegeben werden. In einer anderen Ausführungsform kann die Abtastrate in Fünf-Millisekunden-Intervallen erfolgen, während die Abtastrate in anderen Ausführungsformen unterschiedlich sein kann oder innerhalb eines spezifizierten Bereichs von Abtastfrequenzen einstellbar gemacht werden kann.
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Bei 206 beinhaltet das Verfahren 200 das Stempeln jedes Abtastwertes mit dem Kraftmaschinenkurbelwinkel zum Abtastzeitpunkt. Der Kurbelwellenwinkel kann von einem Halleffektsensor (wie dem Sensor 118) gemessen werden. Der Wert des Winkels wird zum Stempeln des Signals von dem MAP-Sensor verwendet. Die Verbindung zwischen MAP-Abtastzeitpunkten und der gleichzeitigen Bestimmung des entsprechenden Kurbelwellenwinkels ist in 3 dargestellt, die nachstehend ausführlicher erläutert werden wird. Diese Abtastung von MAP-Signalen und ihre unmittelbare Stempelung mit ihren zugehörigen Kurbelwinkeln findet solange statt, wie die Kraftmaschine in einigen Beispielen in Betrieb ist. Es sei klargestellt, dass, während die MAP-Sensorabtastung in gleichmäßigen Zeitintervallen stattfindet, die Rate, bei welcher die Kurbelwinkel erkannt werden, von der Drehzahl einer Kraftmaschine abhängt. Wenn eine Kraftmaschine bei einer höheren Drehzahl betrieben wird, ist auch die Drehzahl der Kurbelwelle höher. Der Schlüsselzeitraum für die Bestimmung des MAP liegt innerhalb des Luftansaugtaktes, insbesondere bei oder nahe seinem Ende, wenn eine IVC stattfindet. Eine Ansaugventilschließung findet im Allgemeinen innerhalb des Kompressionstaktes statt, der ein 180-Grad-Fenster innerhalb der gesamten 720-Grad-Ausdehnung des Viertaktzyklus ist. Je schneller die Drehung einer Kraftmaschine, desto schneller werden diese 180 Grad von der Kurbelwelle zurückgelegt. Somit ist bei schnelleren Kraftmaschinendrehzahlen die Wahrscheinlichkeit, dass ein gemessenes und winkelgestempeltes MAP-Signal genau bei oder in unmittelbarer Nähe einer IVC liegt, geringer. Umgekehrt ist diese Wahrscheinlichkeit für eine Kraftmaschine, die bei langsameren Drehzahlen betrieben wird, höher. Diese Dynamiken sind in 4 für einen Zylinder einer Kraftmaschine dargestellt, die bei zwei verschiedenen Kraftmaschinendrehzahlen arbeitet.
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In einigen Beispielen besteht ein alternativer Ansatz zum Bestimmen des Kurbelwinkels, wenn ein MAP-Abtastwert erfasst wird, darin, den Kurbelwinkel basierend auf dem Kurbelwinkel der gegenwärtigen Unterbrechung und Kenntnis der gegenwärtigen Kraftmaschinenwinkelgeschwindigkeit (z. B. Kraftmaschinendrehzahl) herzuleiten. In der Tat ist dies eine Art und Weise der Zuordnung von ungefähren Kurbelwinkeln zu den MAP-Abtastwerten anstatt der Verwendung der Winkeldaten mit höherer Genauigkeit, die aus einer Erfassung/Extrapolation einer Kraftmaschinenposition stammen.
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Bei 208 werden die winkelgestempelten MAP-Signale in einem Puffer gespeichert. Dieser Puffer kann sich innerhalb eines Speichers der Steuerung oder in einer Komponente befinden, die betriebswirksam (z. B. kommunikativ) damit gekoppelt ist. Die Anzahl von winkelgestempelten Abtastwerten, die in diesem Puffer gespeichert werden können, hängt von der Drehzahl der Kraftmaschine ab. Wie oben erwähnt, je schneller die Drehzahl einer Kraftmaschine, desto schneller werden die 180 Grad, die dem Ansaugtakt entsprechen, an der Kurbelwelle zurückgelegt. Da die MAP-Signale in vorbestimmten gleichmäßigen Zeitinkrementen abgetastet werden, erzeugt eine schnelle Kraftmaschine weniger winkelgestempelte MAP-Signale als eine langsame Kraftmaschine während der gleichen 180-Grad-Kurbelwellenwinkelverschiebung. Somit kann eine Pufferkapazität durch die unterste Grenze des Drehzahlbereichs einer Kraftmaschine während eines Kraftmaschinenbetriebs oder durch die niedrigste Drehzahl vorgegeben sein, bei der die hierin beschriebene Abtastung unterstützt werden soll. Die maximale Anzahl von winkelgestempelten MAP-Signalen, die in einem Puffer gespeichert werden können, können dieser niedrigsten Drehzahl entsprechen.
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Daten, die in einem Puffer gespeichert sind, können einem oder mehreren Pufferentleerungsprotokollen folgen. In einer Ausführungsform werden Informationen, die zu neuen winkelgestempelten Signalen gehören, in einen Puffer an den Anfang der Pufferschlange gesetzt, wobei das älteste gespeicherte Signal an das Ende der Schlange verschoben wird. In einer weiteren Ausführungsform kann der gesamte Puffer am Ende der Zündsequenz geleert werden. In weiteren Ausführungsformen können ältere winkelgestempelte MAP-Sensorsignale aus zwei oder mehr vorhergehenden Zündungstakten in dem Speicher der Steuerung 12 gespeichert werden, um eine genauere Schätzung des IVC zu erzeugen. Es sei klargestellt, dass in diesem Beispiel die Verwendung eines Puffers beschrieben ist, jedoch in anderen Ausführungsformen jedem in Betrieb befindlichen Zylinder sein eigener Puffer zugeordnet sein kann.
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Bei 210 bestimmt das Verfahren 200, ob eine Luftladungsschätzung angefordert wird. Falls keine Luftladung angefordert wird, geht das Verfahren 200 weiter zu 204, um die Abtastung von MAP-Signalen, gefolgt von ihrer Winkelstempelung und anschließenden Speicherung in einem Puffer fortzusetzen, wie bei 204, 206 bzw. 208 beschrieben. Falls bei 210 bestimmt wird, dass eine Luftladung angefordert wurde, geht das Verfahren 200 weiter, um die Verarbeitung der zugehörigen Signale bei 212 zu initiieren.
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Bei 212 beinhaltet das Verfahren 200 das Abrufen eines oder mehrerer Abtastwerte mit einem vorgesehenen Kurbelwellenstempel. Zum Beispiel kann die Steuerung den Puffer durchsuchen und das bzw. die winkelgestempelten MAP-Signal(e) bestimmen, die mit einem vorgesehenen Kurbelwinkel übereinstimmen, wie einem Kurbelwinkel, der mit einer IVC übereinstimmt. Für Kraftmaschinen mit variabler Nockenwellenzeitsteuerung, Nockenprofilschaltung oder anderen Formen von variabler Ventilzeitsteuerung bestimmt die Steuerung die IVC basierend auf dem gegenwärtigen Zustand oder der Position des variablen Ventilzeitsteuerungsaktuators. Nach Auswahl kann der MAP-Abtastwert bei 218 verwendet werden, um die Luftladung zu schätzen. Allerdings hängt, wie oben in Bezug auf 206 erläutert, die Wahrscheinlichkeit, dass ein MAP-Sensormesswert mit einer IVC übereinstimmt, von der Drehzahl einer Kraftmaschine ab. Daher stimmt die IVC in einigen Beispielen möglicherweise nicht präzise mit einem der MAP-Sensormesswerte überein, wie aus ihren Winkelstempeln bestimmt. In einem solchen Fall besteht eine Option, die eine genauere Schätzung hervorbringen kann, darin, den MAP-Messwert zu wählen, der am nächsten zu einer IVC liegt, bevor eine IVC stattfindet. Bei 214 ruft das Verfahren 200 zur weiteren Verarbeitung den nächsten winkelgestempelten MAP-Messwert ab, der vor einer IVC stattfindet. In anderen Ausführungsformen bestimmt das Verfahren 200 bei 216 das zu einer IVC am nächsten liegende MAP-Signal als den Durchschnitt von zwei oder mehreren der nächsten MAP-Signale vor einer IVC, wie aus ihren entsprechenden Winkelstempeln bestimmt. Andere Ausführungsformen können eine Extrapolation von zwei oder mehreren winkelgestempelten MAP-Signalen, die zu einer IVC am nächsten liegen und vor dieser stattfinden und in dem Puffer gespeichert sind, oder eine Interpolation basierend auf im Puffer gespeicherten, winkelgestempelten Signalen anwenden, die am nächsten zu einer IVC liegen und Signale einschließen, die unmittelbar vor und nach einer IVC erfasst werden. Zudem können andere Ausführungsformen winkelgestempelte Signale verwenden, die in zwei oder mehreren vorherigen Zündungsrunden eines bestimmten Zylinders zusammen mit den gegenwärtigen winkelgestempelten MAP-Werten, die bei 214 bestimmt werden, um die Bestimmung des MAP des Zylinders bei einer IVC zur Schätzung einer Luftladung zu verfeinern.
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Bei 218 wird die Luftladung unter Verwendung des MAP-Wertes bei 212 bestimmt. Die Luftladung kann unter Verwendung des Krümmerdruckwertes geschätzt werden, der bei 212 geschätzt wird, indem das Volumen des Zylinders kombiniert wird, um die im Zylinder eingeschlossene Masse gemäß dem idealen Gasgesetz pv = nRT zu bestimmen. Als Alternative können Tabellen, die den MAP mit einer Zylinderluftladung korrelieren, oder andere geeignete Verfahren verwendet werden, um eine Luftladung basierend auf einem bekannten MAP-Wert zu schätzen. Nach Berechnen der Luftladung stellt das Verfahren 200 bei 220 einen ausgewählten Kraftmaschinenbetriebsparameter ein. Dieser Kraftmaschinenbetriebsparameter kann die Kraftstoffmenge sein, die in die Zylinderkammer eingespritzt wird, um beispielsweise ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer zu erlangen. Allerdings können weitere Kraftmaschinenbetriebsparameter auch eingestellt werden, wie durch eine AGR-Ventilposition, Ansaug- und/oder Auslassventilzeitsteuerung, Ladedruck oder andere geeignete Parameter.
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Wenn der Kraftmaschinenbetriebsparameter die Kraftstoffmenge ist, die in die Zylinderkammer eingespritzt werden soll, um ein gewünschtes Drehmoment zu erzielen, während das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis in dem Zylinder stöchiometrisch betrieben wird, werden die Luftmasse und das zurückgeführte Abgas, das in den Zylinder eintritt, zuerst anhand des oben beschriebenen Drehzahldichtenalgorithmus berechnet. Die Masse von zurückgeführtem Gas wird dann aus einer Druckdifferenz über das AGR-Ventil 142 berechnet und von der Luft und dem Abgas subtrahiert, die in den Zylinder eintreten, um die Masse von Frischluft bereitzustellen, die in den Zylinder eintritt. Der gewünschte Kraftstoff wird danach berechnet, um Stöchiometrie in dem Zylinder zu erzielen, und der gewünschte Kraftstoff wird durch Aktivieren der Kraftstoffeinspritzdüse für eine Zeit abgegeben, die zum Abgeben dieses Kraftstoffs unter Berücksichtigung von Kraftstofftemperatur und -druck erforderlich ist. Die erforderliche Aktivierungszeit wird durch die Pulsbreite des elektrischen Signals bereitgestellt, das die Kraftstoffeinspritzdüse antreibt. Das Verfahren 200 springt dann zurück.
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Der Betrieb der Kraftmaschine 10, insbesondere die Zündfolge, wird nun unter Bezugnahme auf 3 beschrieben, die Zündzeitpunktschaubilder 300 für die vier Zylinder der Kraftmaschine 10 darstellt. Für jedes Schaubild ist die Zylinderanzahl auf der y-Achse dargestellt und die Kraftmaschinentakte sind auf der x-Achse dargelegt. Ferner sind die Zündung und das zugehörige Verbrennungsereignis innerhalb jedes Zylinders durch ein Sternsymbol zwischen Kompressions- und Leistungstakten innerhalb des Zylinders dargestellt. Die Kraftmaschine 10 kann mit der folgenden Zündfolge gezündet werden: 1-3-2-4 (oder 2-4-1-3 oder 3-2-4-1 oder 4-1-3-2, da die Zündung zyklisch ist) in gleichmäßigen Intervallen, z. B. kann ein Zylinder bei jedem Kurbelwinkel von 180° gezündet werden. Die x-Achse des Zündzeitpunktschaubildes jedes Zylinders bezieht sich auf Kraftmaschinenkurbelwellenwinkel, die als das zweite Schaubild von unten aus 3 dargestellt sind, beginnend mit dem Leistungstakt von CYL. 3, der bei 0 Grad eingestellt ist. Da alle vier Zylinder zueinander ungleichphasig (außer Phase) sind, entspricht ein Winkelwert von 0 dem Beginn des Kompressionszyklus für CYL. 2, dem Ansaugzyklus für CYL. 4 bzw. dem Auslasszyklus für CYL. 1. Unter dem Schaubild für CYL. 3 befindet sich ein weiteres Schaubild, das die Abtastung von MAP-Signalen in gleichmäßigen Inkrementen darstellt. Der Erfassungszeitplan dieser MAP-Abtastwerte erfolgt regelmäßig, zum Beispiel einmal pro Millisekunde. Der Druck, den der Sensor 122 am Krümmer erkennt, gilt für alle vier Zylinder gleichermaßen.
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Der erste Takt, der in 3 dargestellt ist und mit einem Kurbelwellenwinkel von 180 Grad beginnt, zeigt CYL. 2, der seinen Kompressionstakt zurücklegt, an dessen Ende eine Zündung stattfindet, wie durch das Sternsymbol angegeben. Gleichzeitig legen CYL. 4, CYL. 1 und CYL. 3 ihren Ansaug-, Auslass- bzw. Leistungstakt zurück. Die gesamte Sequenz wird wiederholt, während jeder Zylinder nach rechts in 3 zum nächsten Takt innerhalb seines Viertaktzyklus voranschreitet. Die Ansaugventilhübe für CYL. 2, 4, 1 und 3 sind bei 302, 304, 306 bzw. 308 hervorgehoben und veranschaulichen die Öffnung der jeweiligen Ansaugventile bei jedem Ansaugtakt.
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310 gibt den Kurbelwinkel an, bei dem eine IVC für CYL. 3. stattfindet. Dieses Ereignis stimmt mit der Abtastung von MAP bei 314 überein. Der Winkel bei 310 wurde zum Stempeln des MAP-Abtastwertes 314 verwendet, wie in Verfahren 200 bei 206 beschrieben, und somit wird der MAP-Abtastwert 314 zum Berechnen der Luftladung verwendet, wie bei 218 und 220 von Verfahren 200 beschrieben. Im Gegensatz dazu ist am Ende des Ansaugtaktes bei CYL. 1, z. B. bei IVC 312, kein MAP-Abtastwert vorhanden, der genau mit einer IVC übereinstimmt, wobei der nächste MAP-Abtastwert vor einer IVC bei Abtastwert 316 liegt. In diesem Beispiel kann der Abtastwert 316 verwendet werden, um eine Luftladung zu berechnen. Wie oben unter Bezugnahme auf das Verfahren 200 beschrieben, kann der nächste MAP-Abtastwert vor einer IVC identifiziert und zur Berechnung einer Luftladung verwendet werden. Andere Ausführungsformen können MAP-Werte verwenden, die bei 316 abgetastet werden, und diejenigen, die unmittelbar vorausgehen, um den besten MAP-Wert zu bestimmen, wie zum Beispiel bei 216 von Verfahren 200 beschrieben ist.
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Während die Drehzahl einer Kraftmaschine variiert, kann der 180-Grad-Abschnitt der Kurbelwellendrehung, der zu dem Kompressionstakt gehört, variable Zeitmengen umfassen, zum Beispiel kann der Kompressionstakt, wenn eine Kraftmaschinendrehzahl niedrig ist, eine längere Zeitdauer haben, als wenn die Kraftmaschinendrehzahl hoch ist. Dies ist in 4 beispielhaft dargestellt, in der die MAP-Abtastwerterfassung unmittelbar vor einer IVC für einen einzelnen Zylinder bei zwei verschiedenen Kraftmaschinendrehzahlen gegenübergestellt werden. 4 stellt ein erstes Schaubild 400 eines Ventilhubs und eine MAP-Abtastung bei einer ersten, niedrigeren Kraftmaschinendrehzahl dar und stellt auch ein zweites Schaubild 410 eines Ventilhubs und einer MAP-Abtastung bei einer zweiten, höheren Kraftmaschinendrehzahl dar.
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Während der Hub eines Ansaugventils seinen Zyklus durchläuft (dieses z. B. öffnet und schließt), wird das Ende dieses Zyklus (wenn das Ansaugventil schließt) als IVC bezeichnet. Die Öffnungs- und Schließrate eines Ansaugventils ist dann proportional zu der Drehzahl einer Kraftmaschine. In Schaubild 400 wird die Kraftmaschine bei einer langsamen Drehzahl betrieben, während die Kraftmaschine in Schaubild 410 bei einer schnellen Drehzahl betrieben wird. In beiden Fällen sind drei separate Sätze von MAP-Abtastwerten in den drei Reihen von Kreisen dargestellt, die MAP-Abtastsequenzen in der Nähe einer IVC repräsentieren. Die durchgezogenen Kreise repräsentieren die Abtastereignisse für den gegenwärtigen Zündzyklus, während die gestrichelten Kreise und die offenen Kreise die MAP-Abtastereignisse für die zwei vorherigen Zündzyklen repräsentieren. Man wird verstehen, dass die MAP-Abtastwerte nur zu Veranschaulichungszwecken bereitgestellt sind und in drei separaten Reihen aus Gründen der Klarheit und zum Zwecke des Vergleichs zwischen den drei Sätzen von Abtastwerten dargestellt sind. Es sei darauf hingewiesen, dass bei jeder Kraftmaschinendrehzahl die MAP-Abtastsequenzen derart sind, dass die MAP-Abtastung nicht mit einer IVC zusammenfällt. Mit anderen Worten ist die Diskrepanz zwischen einer IVC und dem nächsten MAP-Abtastereignis variabel. Ferner ist der Winkelabstand zwischen Abtastereignissen in Schaubild 400 für langsame Kraftmaschinendrehzahlen kürzer als die entsprechende Sequenz in Schaubild 410 für schelle Kraftmaschinendrehzahlen. Wie oben erläutert, wirkt sich die Tatsache, dass mehr MAP-Abtastereignisse bei niedrigen Kraftmaschinendrehzahlen stattfinden, auf die Kapazität des Puffers bei 208 aus. Die minimale Kapazität des Puffers kann durch die langsamste Drehzahl vorgegeben sein, bei der eine Kraftmaschine wahrscheinlich arbeiten wird.
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Die Rate, bei der ein Ansaugventil durch seinen Öffnungs- und Schließzyklus geht, hängt auch von der Drehzahl einer Kraftmaschine ab. Der Ansaugventilhub für den Luftansaugtakt bei niedriger Drehzahl (z. B. 500 U/Min.) ist durch die Kurve 402 dargestellt. Der Lauf dieses Ventilereignisses (z. B. vom Öffnen zum Schließen) findet bei einer langsameren Rate statt als der entsprechende Lauf eines Ansaugventilereignisses bei schnelleren Kraftmaschinendrehzahlen (z. B. 2000 U/Min.), wie durch die Kurve 412 dargestellt. Folglich ist die Abtastsequenz für MAP-Signale, die in gleichmäßigen Zeitintervallen abgetastet werden, dichter für langsamere Drehzahlen als für schnellere Drehzahlen, wie durch die zwei Gruppen von Kreisen bei 400 bzw. 410 dargestellt. Da die Kraftmaschine bei 400 eine dichtere Abtastsequenz aufweist, ist die Aufnahme eines MAP-Abtastwertes wahrscheinlicher, der eine nähere Annäherung an MAP-Bedingungen bei IVC ist, als wenn die Kraftmaschine die weniger dichte Abtastsequenz bei 410 hat. Zum Beispiel haben alle drei Sätze von MAP-Abtastwerten, die in Schaubild 400 dargestellt sind, einen MAP-Abtastwert, der bei oder innerhalb eines Schwellen(T)-Kurbelwinkels von IVC auftritt.
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Wie oben unter Bezugnahme auf das Verfahren 200 beschrieben, wird das winkelgestempelte MAP-Signal, das in dem Puffer gespeichert ist und entweder mit einer IVC zusammenfällt oder sich am nächsten vor einer IVC befindet, derart ausgewählt, dass eine Luftladung berechnet wird. Die Diskrepanz zwischen MAP-Abtastereignissen von MAP-Messwerten in Schaubild 400, wie für drei benachbarte Ansaugzyklen dargestellt, legt nahe, dass die wahrscheinliche Diskrepanz zwischen einer IVC und der nächsten MAP-Abtastung vor einer IVC geringer als die entsprechenden Diskrepanzen für schnellere Kraftmaschinendrehzahlen sind, die in Schaubild 410 dargestellt sind. Zum Beispiel hat ein Satz der drei Sätze von MAP-Abtastwerten, die in Schaubild 410 dargestellt sind, einen MAP-Abtastwert, der außerhalb des Schwellen(T)-Kurbelwinkels von IVC auftritt. Dieser Abtastwert kann eine weniger genaue Luftladungsschätzung generieren als Abtastwerte, die innerhalb des Schwellenwertes fallen.
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Somit kann ein MAP-Signal, das bei niedrigen Kraftmaschinendrehzahlen abgetastet wird, eine nähere Annäherung an MAP-Bedingungen bei IVC im Vergleich zu einem MAP-Signal hervorbringen, das bei schnelleren Kraftmaschinendrehzahlen abgetastet wird. Die Diskrepanz zwischen MAP-Abtastwerten für die schnellere Kraftmaschine bei 410 ist ausgeprägter und es ist wahrscheinlicher, dass diese Diskrepanz auch zwischen dem nächsten MAP-Abtastwert vor einer IVC und bei einer IVC ausgeprägter ist. Daher kann in einigen Beispielen die Berechnung der Luftladung basierend auf MAP bei höheren Kraftmaschinendrehzahlen eingestellt werden. Zum Beispiel kann der MAP bei IVC bei hohen Kraftmaschinendrehzahlen basierend auf einem MAP-Messwert für einen vorherigen Kraftmaschinenzyklus geschätzt werden, der MAP bei IVC kann basierend auf zwei oder mehreren MAP-Abtastwerten vor und/oder nach IVC oder einem anderen geeigneten Mechanismus zum Schätzen eines MAP bei IVC geschätzt werden.
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Eine genaue Bestimmung eines Krümmerluftdrucks bei Ansaugventilschließung trägt wiederum zu einer genaueren Schätzung einer Luftladung in einen Zylinder bei. Eine Luftladung, die auf diese Weise geschätzt wird, trägt zu einer effizienteren Einstellung der Betriebsparameter einer Kraftmaschine, wie der Kraftstoffeinspritzmenge in einen Zylinder, bei. Das offenbarte Verfahren tastet MAP-Signale in gleichmäßigen Zeitintervallen ab, stempelt diese Signale mit dem entsprechenden Winkel der Kurbelwelle und speichert diese Signale in einem Puffer. Wenn eine Luftladung von einem Kraftmaschinensystem angefordert wird, durchsucht das Verfahren weiter den Puffer, um den MAP-Abtastwert zu finden, der sich am nächsten zu einer IVC befindet. Der identifizierte (oder berechnete) MAP-Wert kann zum Schätzen einer Luftladung in einen Zylinder verwendet werden, um einen Kraftmaschinenbetriebsparameter, zum Beispiel die Kraftstoffeinspritzmenge in einen Zylinder, einzustellen.
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Der technische Effekt der Bestimmung einer Luftladung durch Abrufen eines winkelgestempelten MAP-Signals (oder mehrerer Signale) aus einem Puffer ist die Schätzung des MAP-Wertes, der sich am nächsten zu einer IVC befindet, um Kraftmaschinenbetriebsparameter einzustellen.
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Bereitgestellt wird ein Verfahren, umfassend das Abtasten eines Ansaugkrümmer-Drucksensorsignals in gleichmäßigen Zeitinkrementen, Speichern jedes abgetasteten Signals in einem Puffer, Verarbeiten der gespeicherten abgetasteten Signale im Puffer in gleichmäßigen Inkrementen eines Kraftmaschinenkurbelwinkels und Einstellen eines Kraftmaschinenbetriebsparameters basierend auf einem Abtastwert, der aus allen verarbeiteten abgetasteten Signalen ausgewählt wird. Ein erstes Beispiel des Verfahrens beinhaltet, dass das Einstellen eines Kraftmaschinenbetriebsparameters basierend auf einem ausgewählten der verarbeiteten abgetasteten Signale das Einstellen einer Kraftstoffeinspritzmenge basierend auf einem ausgewählten der verarbeiteten abgetasteten Signale umfasst. Ein zweites Beispiel des Verfahrens beinhaltet wahlweise das erste Beispiel und beinhaltet ferner, dass das Verarbeiten der gespeicherten abgetasteten Signale in dem Puffer in gleichmäßigen Inkrementen des Kraftmaschinenkurbelwinkels das Verarbeiten der gespeicherten abgetasteten Signale bei einer Kraftmaschinenzündfrequenz umfasst. Ein drittes Beispiel des Verfahrens beinhaltet wahlweise eines oder beide des ersten und des zweiten Beispiels und beinhaltet ferner, vor dem Speichern jedes abgetasteten Signals in dem Puffer, das Stempeln jedes abgetasteten Signals mit einem Kraftmaschinenkurbelwinkel-Stempel, der einem Kraftmaschinenkurbelwinkel zu einem Zeitpunkt entspricht, an dem das abgetastete Signal abgetastet wurde. Ein viertes Beispiel des Verfahrens beinhaltet wahlweise eines oder mehrere jedes des ersten bis dritten Beispiels und beinhaltet ferner, dass das Verarbeiten der gespeicherten abgetasteten Signale im Puffer in gleichmäßigen Inkrementen eines Kraftmaschinenkurbelwinkels das Auswählen eines abgetasteten Signals aus dem Puffer mit einem Kraftmaschinenkurbelwinkel-Stempel, der einem Kraftmaschinenwinkel bei oder vor einem vorgesehenen Kraftmaschinenkurbelwinkel entspricht, Verarbeiten des ausgewählten Signals, um einen Ansaugkrümmerdruck zu bestimmen, und das Einstellen der Kraftstoffeinspritzmenge basierend auf einer Luftladungsschätzung, die basierend auf dem bestimmten Ansaugkrümmerdruck berechnet wird, umfasst. Ein fünftes Beispiel des Verfahrens beinhaltet wahlweise eines oder mehrere jedes des ersten bis vierten Beispiels und beinhaltet ferner, dass der vorgesehene Kraftmaschinenkurbelwinkel einen Kraftmaschinenkurbelwinkel bei einer Ansaugventilschließung für einen bestimmten Zylinder einer Kraftmaschine umfasst und ferner das Einspritzen von Kraftstoff bei der eingestellten Kraftstoffeinspritzmenge in den vorgegebenen Zylinder umfasst. Ein sechstes Beispiel des Verfahrens beinhaltet wahlweise eines oder mehrere jedes des ersten bis fünften Beispiels und beinhaltet ferner, dass das Auswählen des abgetasteten Signals aus dem Puffer mit dem Kraftmaschinenkurbelwinkel-Stempel, der dem Kraftmaschinenkurbelwinkel bei oder vor einer Ansaugventilschließung entspricht, das Auswählen eines abgetasteten Signals aus dem Puffer mit einem Kraftmaschinenkurbelwinkel-Stempel umfasst, der am nächsten zu dem Kraftmaschinenkurbelwinkel bei einer Ansaugventilschließung in Bezug auf alle anderen Abtastwerte in dem Puffer liegt.
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Eine Ausführungsform eines Verfahrens beinhaltet das Abtasten eines Ansaugkrümmerdruck-Sensorsignals in vorbestimmten Zeitintervallen, um einen Datensatz zu generieren, der mehrere Proben aufweist, Stempeln jedes Abtastwertes des Datensatzes mit einem Kraftmaschinenkurbelwinkel, und als Reaktion auf eine Kraftstoffeinspritzanfrage, Einstellen einer Kraftstoffeinspritzung basierend auf einer Ansaugluftladungsmenge, die basierend auf einem ausgewählten Abtastwert des Datensatzes geschätzt wird, wobei der ausgewählte Abtastwert einen Kraftmaschinenkurbelwinkel-Stempel bei oder vor einem vorgesehenen Kraftmaschinenkurbelwinkel aufweist. In einem ersten Beispiel des Verfahrens weist der ausgewählte Abtastwert einen Kurbelwinkelstempel auf, der sich am nächsten zu dem vorgesehenen Kraftmaschinenkurbelwinkel in Bezug auf alle anderen Abtastwerte in dem Datensatz befindet. Ein zweites Beispiel des Verfahrens beinhaltet wahlweise das erste Beispiel und beinhaltet ferner, dass die Kraftstoffeinspritzanfrage eine Kraftstoffeinspritzanfrage für einen gegebenen Zylinder der Kraftmaschine umfasst, und wobei der ausgewählte Abtastwert einen Kraftmaschinenkurbelwinkel-Stempel bei oder vor einem Kraftmaschinenkurbelwinkel aufweist, der einem Ansaugventil-Schließereignis für den gegebenen Zylinder entspricht. Ein drittes Beispiel des Verfahrens beinhaltet wahlweise eines oder beide des ersten und des zweiten Beispiels und beinhaltet ferner, dass das Stempeln jedes Abtastwertes des Datensatzes mit einem Kraftmaschinenkurbelwinkel für einen gegebenen Abtastwert das Abrufen eines Kurbelwinkels der Kraftmaschine zu einem Zeitpunkt, an dem der gegebene Abtastwert abgetastet wurde, und das Stempeln des gegebenen Abtastwertes mit dem abgerufenen Kurbelwinkel umfasst. Ein viertes Beispiel des Verfahrens beinhaltet wahlweise eines oder mehrere jedes des ersten bis dritten Beispiels und beinhaltet ferner das Speichern des Datensatzes in einem Puffer eines Speichers einer Steuerung, die betriebswirksam mit dem Ansaugkrümmer-Drucksensor gekoppelt ist. Ein fünftes Beispiel des Verfahrens beinhaltet wahlweise eines oder mehrere oder jedes des ersten bis vierten Beispiels und beinhaltet ferner nach dem Einstellen der Kraftstoffeinspritzung basierend auf der Ansaugluftladungsmenge, die basierend auf dem ausgewählten Abtastwert geschätzt wird, das Löschen von verbleibenden Abtastwerten des Datensatzes aus dem Puffer.
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Ein System umfasst eine Kraftmaschine mit mehreren Zylindern, die mit Ansaugluft aus einem Ansaugkrümmer versorgt werden, einen Krümmerdrucksensor, der mit dem Ansaugkrümmer gekoppelt ist, und eine Steuerung, die Anweisungen speichert, die, wenn sie ausgeführt werden, veranlassen, dass die Steuerung ein Signal aus dem Krümmerdrucksensor bei einer vorbestimmten Abtastrate abtastet. Die Steuerung speichert ferner Anweisungen, die, wenn ausgeführt werden, veranlassen, dass die Steuerung für jeden Abtastwert den Abtastwert mit einem entsprechenden Kraftmaschinenkurbelwinkel stempelt, jeden gestempelten Abtastwert in einem Puffer speichert, als Reaktion auf eine Anfrage zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Zylinder der mehreren Zylinder einen Abtastwert aus dem Puffer mit einem Kurbelwinkelstempel abruft, der einem Kraftmaschinenkurbelwinkel nahe einem Ansaugventil-Schließereignis des Zylinders entspricht, und eine Kraftstoffeinspritzmenge basierend auf einer Luftladungsschätzung einzustellen, wobei die Luftladungsschätzung basierend auf dem abgerufenen Abtastwert bestimmt wird. In einem ersten Beispiel des Systems weist der abgerufene Abtastwert einen Kurbelwinkelstempel auf, der sich am nächsten zu dem Kraftmaschinenkurbelwinkel bei dem Ansaugventil-Schließereignis in Bezug auf alle anderen Abtastwerte in dem Puffer befindet. Ein zweites Beispiel des Systems beinhaltet wahlweise das erste Beispiel und beinhaltet ferner, dass der abgerufene Abtastwert einen Kurbelwinkelstempel aufweist, der früher als der Kraftmaschinenkurbelwinkel bei dem Ansaugventil-Schließereignis ist. Ein drittes Beispiel des Systems beinhaltet wahlweise eines oder beide des ersten und des zweiten Beispiels und beinhaltet ferner, dass der abgerufene Abtastwert einen Kurbelwinkelstempel aufweist, der einem letzten Kraftmaschinenkurbelwinkel vor dem Ansaugventil-Schließereignis entspricht. Ein viertes Beispiel des Verfahrens beinhaltet ferner eines oder mehrere oder jedes des ersten bis dritten Beispiels und beinhaltet ferner, dass der abgerufene Abtastwert ein erster Abtastwert mit einem Kurbelwinkelstempel ist, der am nächsten zu dem Kraftmaschinenkurbelwinkel bei dem Ansaugventil-Schließereignis in Bezug auf alle anderen Abtastwerte in dem Puffer liegt, und wobei die Steuerung ferner Anweisungen aufweist, die, wenn sie ausgeführt werden, die Steuerung veranlassen, einen zweiten Abtastwert aus dem Puffer mit einem zweiten Kurbelwinkelstempel vor oder nach dem ersten Abtastwert abzurufen und die Kraftstoffeinspritzmenge basierend auf der Luftladungsschätzung einzustellen, wobei die Luftladungsschätzung basierend auf dem abgerufenen ersten Abtastwert und dem zweiten Abtastwert bestimmt wird. Ein fünftes Beispiel des Verfahrens beinhaltet wahlweise eines oder mehrere oder jedes des ersten bis vierten Beispiels und beinhaltet ferner, dass die Kraftmaschine eine Kraftmaschine mit Direkteinspritzung ist, und wobei das Einstellen der Kraftmaschineneinspritzmenge für ein Kraftstoffeinspritzereignis ist, das in einem gegenwärtigen Kraftmaschinenzyklus stattfindet. Ein sechstes Beispiel des Verfahrens beinhaltet ferner eines oder mehrere oder jedes des ersten bis fünften Beispiels und beinhaltet ferner, dass die Kraftmaschine eine Kraftmaschine mit Saugrohr-Kraftstoffeinspritzung ist, und wobei das Einstellen der Kraftmaschineneinspritzmenge für ein Kraftstoffeinspritzereignis ist, das in einem nachfolgenden Kraftmaschinenzyklus stattfindet.
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Es sei darauf verwiesen, dass die hierin enthaltenen beispielhaften Steuerungs- und Schätzungsroutinen mit verschiedenen Kraftmaschinen- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in nichtflüchtigem Speicher gespeichert werden und können durch das Steuersystem, das die Steuerung kombiniert mit den verschiedenen Sensoren, Aktuatoren und anderer Kraftmaschinenhardware aufweist, ausgeführt werden. Die hier beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere irgendeiner Anzahl von Verarbeitungsstrategien darstellen, wie zum Beispiel ereignisgesteuerte, interruptgesteuerte, Multitasking, Multithreading und dergleichen. Daher können diverse Aktionen, Betriebe und/oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge oder parallel ausgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise zum Erreichen der Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele erforderlich, sondern sie wird zur Vereinfachung der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Eine oder mehrere der veranschaulichten Aktionen, Betriebe und/oder Funktionen können in Abhängigkeit von der jeweils verwendeten Strategie wiederholt durchgeführt werden. Des Weiteren können die beschriebenen Aktionen, Arbeitsabläufe und/oder Funktionen grafisch Code darstellen, der in nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums im Kraftmaschinensteuersystem programmiert werden soll, wobei die beschriebenen Aktionen durch Ausführen der Anweisungen in einem System ausgeführt werden, das die verschiedenen Kraftmaschinen-Hardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung aufweist.
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Es versteht sich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Art sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinne aufzufassen sind, da zahlreiche Varianten möglich sind. Die obige Technologie kann zum Beispiel auf V-6-, R-4- (I-4-), R-6- (I-6-), V-12-, Boxer-4- und andere Kraftmaschinenarten angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthält alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und anderer Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hierin offenbart werden.
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Die folgenden Ansprüche zeigen insbesondere gewisse Kombinationen und Unterkombinationen auf, die als neu und nicht offensichtlich angesehen werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Solche Ansprüche sollten so verstanden werden, dass sie den Einschluss eines oder mehrerer solcher Elemente umfassen, wobei sie zwei oder mehr solcher Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Nachtrag der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche, sei ihr Schutzbereich weiter, enger, gleich oder unterschiedlich vom Schutzbereich der Originalansprüche, werden ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten angesehen.
