DE102018102859A1 - Verfahren zur Steuerung der Nockenwellenphase basierend auf Feuchtigkeit - Google Patents

Verfahren zur Steuerung der Nockenwellenphase basierend auf Feuchtigkeit Download PDF

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Christopher E. Whitney
David N. HAYDEN
Nicola Pisu
Stephen P. LEVIJOKI
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Abstract

Ein Verfahren für die Phaseneinstellung der Öffnung und Schließung von Einlassventilen und Auslassventilen von Verbrennungsmotoren relativ zu der Drehung der Kurbelwelle basiert auf Änderungen der Motordrehzahl, der Motorlast und der relativen Umgebungsfeuchtigkeit. Bei bestimmten Bedingungen höherer Feuchtigkeit ist es für die Aufrechterhaltung einer guten Verbrennungsstabilität und damit des gesamten Motorbetriebs erforderlich, die Einlass- und Auslassventilüberschneidung durch Einstellen der Phase der Einlass- und Auslassnockenwellen zu reduzieren. Dies wird erreicht, indem ein Satz von Nockenpositionsreferenzwerten und Beschränkungen basierend auf der Motordrehzahl, der Motorlast und der Feuchtigkeit verwendet wird, die in Nachschlagetabellen enthalten sind, die die Nockenposition und die Ventilüberlappung einstellen und begrenzen. Um eine optimale Motorleistung aufrechtzuerhalten, wird im Allgemeinen die Einlass- und Auslassventilüberschneidung bei höherer Umgebungsfeuchtigkeit reduziert und umgekehrt.

Description

  • EINLEITUNG
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Nockenwellenphasensteuerung und insbesondere auf ein Verfahren für das Steuern der Einlass- und Auslassnockenwellenphase in einem Verbrennungsmotor basierend auf Umgebungsfeuchtigkeit.
  • Die Erklärungen in diesem Abschnitt stellen lediglich Hintergrundinformationen bereit, welche die vorliegende Offenbarung betreffen und können den Stand der Technik darstellen oder auch nicht.
  • Seit Jahrzehnten verwenden Verbrennungsmotoren, insbesondere jene, die in Personenkraftwagen und leichten Lastwagen verwendet werden, eine feste Ventilsteuerung. Bei solchen Motoren öffnen und schließen die Einlass- und Auslassventile gleichzeitig in Bezug auf die Drehung der Kurbelwelle und die Positionen der Kolben, unabhängig von der Geschwindigkeit, der Last, der Kraftstoffmischung, dem Zündzeitpunkt oder anderen Betriebsparametern. Dies geschah trotz der Tatsache, dass eine feste Ventilsteuerung zunehmend als ein Kompromiss anerkannt wurde, generell zwischen einem Betrieb mit niedriger Geschwindigkeit und hoher Geschwindigkeit.
  • In Reaktion auf diese Bestätigung wurde die variable Ventilsteuerung oder Phaseneinstellung der Einlass- und Auslassventile eines Verbrennungsmotors von Motorkonstrukteuren und Herstellern als ein Steuerverfahren verwendet, das eine verbesserte Motorleistung einschließlich verbesserter Leistung und Drehmoment, erhöhter Kraftstoffeffizienz und reduzierte Emissionen bereitstellt. Abhängig von technischen Zielen und anderen Kriterien, kann die variable Ventilphaseneinstellung die Phaseneinstellung des Öffnens und Schließens des Einlassventils, das Öffnen und Schließen des Auslassventils, den Hub der Einlass- und Auslassventile und Kombinationen davon beinhalten.
  • Wenn die Entscheidung getroffen wird, eine variable Ventilphaseneinstellung in einer speziellen Verbrennungsmotorkonfiguration zu integrieren, werden nicht nur die vorhergehenden Aspekte der Ventilphasensteuerung adressiert, sondern auch die Motorbetriebsparameter werden adressiert, um die Steuerparameter für eine solche Ventilphaseneinstellung bereitzustellen. Typische Betriebsparameter, die in Echtzeit überwacht werden, um Steuereingaben für das Ventilphasensteuersystem bereitzustellen, sind Motordrehzahl, Motorlast, Drosselklappenposition und Luftstrom.
  • Da Leistung, Kraftstoffeffizienz und Emissionsstandards immer anspruchsvoller werden, wurden erhebliche Anstrengungen in der fortgesetzten Entwicklung von variablen Ventilphaseneinstellungssystemen unternommen, und die folgende Offenbarung ist ein Ergebnis derartiger Bemühungen.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren für die Phaseneinstellung der Öffnung und Schließung von Einlassventilen und Auslassventilen von Verbrennungsmotoren relativ zu der Drehung der Kurbelwelle basierend auf Änderungen der relativen Umgebungsfeuchtigkeit bereit. Bei bestimmten Bedingungen höherer Feuchtigkeit ist es für die Aufrechterhaltung einer guten Verbrennungsstabilität und damit des gesamten Motorbetriebs erforderlich, die Einlass- und Auslassventilüberschneidung durch Einstellen der Phase der Einlass- und Auslassnockenwellen zu reduzieren. Dies wird erreicht, indem ein Satz von Nockenpositionsreferenzwerten und Beschränkungen basierend auf der Motordrehzahl, der Motorlast und der Feuchtigkeit verwendet wird, die in Nachschlagetabellen enthalten sind, die die Nockenposition und die Ventilüberlappung einstellen und begrenzen. Um eine optimale Motorleistung aufrechtzuerhalten, wird im Allgemeinen die Einlass- und Auslassventilüberschneidung bei höherer Umgebungsfeuchtigkeit reduziert und umgekehrt. Diese Nockenpositionsbeschränkungen können abgestimmt werden, um die Motorleistung zu optimieren, die Verbrennungsstabilität aufrechtzuerhalten oder andere Betriebsziele zu maximieren. Wenn die erfasste Umgebungsfeuchtigkeit unter einem vorbestimmten Feuchtigkeitsschwellenwert liegt, sodass keine Beschränkungen der Einlass- und Auslassnockenposition erforderlich sind, werden keine derartigen Beschränkungen auferlegt.
  • Somit ist es ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung, ein Verfahren für die Steuerung eines Verbrennungsmotors bereitzustellen, das die Leistung unter Bedingungen variierender Umgebungsfeuchtigkeit optimiert.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist, ein Verfahren für die Steuerung des Öffnens und Schließens von Einlass- und Auslassventilen eines Verbrennungsmotors bereitzustellen, um die Leistung unter Bedingungen variierender Umgebungsfeuchtigkeit zu optimieren.
  • Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist es, ein Verfahren für das Einstellen des Öffnens und Schließens von Einlass- und Auslassventilen in Bezug auf die Position einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors bereitzustellen, um die Leistung unter Bedingungen variierender Umgebungsfeuchtigkeit zu optimieren.
  • Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist es, ein Verfahren für das Einstellen der Überlappung zwischen dem Öffnen eines Einlassventils und dem Schließen eines Auslassventils eines Verbrennungsmotors bereitzustellen, um die Leistung unter Bedingungen variierender Umgebungsfeuchtigkeit zu optimieren.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist, ein Verfahren für das Verwenden von Nachschlagetabellen bereitzustellen, um das Öffnen und Schließen von Einlass- und Auslassventilen relativ zu der Position einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors einzustellen, um die Leistung unter Bedingungen variierender Umgebungsfeuchtigkeit zu optimieren.
  • Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist es, ein Verfahren für das Verwenden von Nachschlagetabellen bereitzustellen, um die Phase von Einlass- und Auslassnockenwellen relativ zu der Position einer Kurbelwelle zur Steuerung des Öffnens und Schließens von Einlass- und Auslassventilen eines Verbrennungsmotors einzustellen, um die Leistung bei wechselnder Umgebungsfeuchtigkeit zu optimieren.
  • Weitere Ziele, Vorteile und Anwendungsgebiete werden aus der hierin vorgestellten Beschreibung offensichtlich. Es ist zu beachten, dass die Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur dem Zweck der Veranschaulichung dienen und nicht dazu beabsichtigt sind, den Umfang der vorliegenden Offenbarung zu begrenzen.
  • Figurenliste
  • Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich der Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.
    • 1 ist ein Funktionsblockdiagramm eines exemplarischen Verbrennungsmotorsystems gemäß der vorliegenden Offenbarung;
    • 2 ist ein Funktionsblockdiagramm eines exemplarischen Verbrennungsmotor-Steuergeräts (EMC) gemäß der vorliegenden Offenbarung;
    • 3 ist ein Funktionsblockdiagramm eines exemplarischen Luftsteuergerätes eines Verbrennungsmotors gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
    • 4A. 4B. 4C und 4D sind bildliche Darstellungen von dreidimensionalen Nachschlagetabellen, die verwendet werden, um minimale und maximale Einlass- und Auslassnockenwellen-Phasenbeschränkungen gemäß der vorliegenden Offenbarung bereitzustellen;
    • 5 ist eine zeitbasierte grafische Darstellung, die den Betrieb der Einlass- und Auslassnockenwellen-Phaseneinstellung gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt; und
    • 6 ist ein Ablaufdiagramm, das die Schritte des Verfahrens für das Steuern der Phase der Einlass- und Auslassnockenwellen-Phaseneinstellung gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt.
  • GENAUE BESCHREIBUNG
  • Die folgende Beschreibung ist ihrer Art nach lediglich exemplarisch und beabsichtigt nicht, die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendungen zu begrenzen.
  • Unter jetziger Bezugnahme auf 1 ist ein Funktionsblockdiagramm eines exemplarischen Verbrennungsmotorsystems 100 dargestellt. Das Motorsystem 100 beinhaltet einen Fremdzündungs-Verbrennungsmotor 102, der ein Kraftstoff-Luftgemisch verbrennt, um ein Antriebsmoment für ein Fahrzeug (nicht dargestellt), basierend auf Mitnehmereingaben von einem Mitnehmer-Eingabemodul 104, zu erzeugen.
  • Der Verbrennungsmotor beinhaltet einen Ansaugkrümmer 110 in den durch das Drosselventil 112 Luft eingezogen wird. Das Drosselventil 112 enthält typischerweise eine bewegliche Drosselklappe 113. Ein Motorsteuergerät (ECM) 114, das nachfolgend ausführlicher erörtert wird, steuert ein Drosselstellgliedmodul 116, das wiederum das Öffnen der Drosselklappe 113 innerhalb des Drosselventils 112 regelt, um die in den Ansaugkrümmer 110 angesaugten Luftmenge zu steuern.
  • Luft von dem Ansaugkrümmer 110 wird in eine Vielzahl von Zylindern 118 des Motors 102 gezogen, von denen einer in 1 dargestellt ist. So kann der Motor 102 beispielsweise 3, 4, 5, 6, 8, 10 oder 12 Zylinder beinhalten. Das ECM 114 kann ein Zylinderstellgliedmodul 120 zum gezielten Deaktivieren bestimmter Zylinder anweisen, wodurch unter bestimmten Betriebsbedingungen des Motors die Kraftstoffeffizienz verbessert werden kann.
  • Der Motor 102 arbeitet unter Verwendung eines Viertaktprinzips. Die vier Takte werden als Einlasstakt, Verdichtungstakt, Verbrennungstakt und Auslasstakt bezeichnet. Während jeder Umdrehung einer Kurbelwelle (nicht dargestellt) erfolgen zwei der vier Takte innerhalb des Zylinders 118. Daher sind zwei Kurbelwellenumdrehungen notwendig, damit der Zylinder 118 einen vollständigen Viertakt-Verbrennungszyklus vollendet.
  • Während des Einlasstakts wird die Luft aus dem Ansaugkrümmer 110 durch ein Einlassventil 122 in den Zylinder 118 gesaugt. Das ECM 114 steuert ein Kraftstoffstellgliedmodul 124, das die Kraftstoffeinspritzung so regelt, dass ein bestimmtes Soll-Kraftstoff-/Luftverhältnis erreicht wird. Kraftstoff kann in den Ansaugkrümmer 110 an einer zentralen Stelle oder mehreren Stellen, wie beispielsweise nahe am Einlassventil 122 jedes Zylinders, eingespritzt werden. Alternativ kann Kraftstoff direkt in die Zylinder oder in die den Zylindern zugeordneten Mischkammern eingespritzt werden. Das Kraftstoffstellgliedmodul 124 beendet das Einspritzen von Kraftstoff in die deaktivierten Zylinder.
  • Der eingespritzte Kraftstoff vermischt sich mit Luft und bildet innerhalb des Zylinders 118 ein Kraftstoff-/Luftgemisch. Während des Verdichtungstaktes komprimiert ein Kolben 125 im Zylinder 118 das Luft-Kraftstoff-Gemisch. Ein Zündfunkenstellgliedmodul 126 legt basierend auf einem Signal vom ECM 114 Spannung an eine Zündkerze 128 im Zylinder 118 an, die das Kraftstoff-/Luftgemisch zündet.
  • Das Zündstellgliedmodul 126 wird durch ein Zeitsignal gesteuert, das festlegt, wie lange vor oder nach der oberen Totpunktposition (OT-Position) des Kolbens 125 der Funke erzeugt werden soll. Weil die Kolbenposition direkt mit der Kurbelwellendrehung zusammenhängt, ist der Betrieb des Zündstellgliedmoduls 126 vorzugsweise mit dem Kurbelwellenwinkel synchronisiert. Das Zündstellgliedmodul 126 hat die Fähigkeit, das Zeitsignal für den Zündfunken relativ zu dem oberen Totpunkt des Kolbens 125 konstant zu variieren. Das Zündfunkenstellgliedmodul 126 kann die Zündung für deaktivierte Zylinder sperren.
  • Während des Verbrennungstakts treibt die Verbrennung des Kraftstoff-/Luftgemischs den Kolben 125 weg von dem OT, wodurch die Kurbelwelle angetrieben wird. Der Verbrennungstakt kann als die Zeit zwischen dem Moment bezeichnet werden, in dem der Kolben 125 den OT erreicht und dem Moment, in dem der Kolben den unteren Totpunkt (UT) erreicht. Während des Auslasstaktes bewegt sich der Kolben 125 von dem UT weg und stößt die Verbrennungsprodukte durch ein Auslassventil 130 aus. Die Verbrennungsprodukte werden über ein Abgassystem 134 aus dem Fahrzeug ausgestoßen.
  • Das Einlassventil 122 wird durch eine Einlassnockenwelle 140 gesteuert, während das Auslassventil 130 durch eine Auslassnockenwelle 142 gesteuert wird. Es versteht sich, dass die Einlassnockenwelle 140 oder mehrere Einlassnockenwellen 140 typischerweise eine Vielzahl von Einlassventilen 122 steuern, die mit einem oder mehreren Zylindern 118 in einer oder mehreren Zylinderbänken assoziiert sind. Gleichermaßen versteht es sich, dass die Auslassnockenwelle 142 oder mehrere Auslassnockenwellen 142 typischerweise eine Vielzahl von Auslassventilen 130 steuern, die mit einem oder mehreren Zylindern 118 in einer oder mehreren Zylinderbänken assoziiert sind. Es versteht sich auch, dass das Einlassventil 122 und/oder das Auslassventil 130 durch andere Vorrichtungen als Nockenwellen gesteuert werden, wie z. B. durch nockenlose Ventilstellglieder. Das Zylinderstellgliedmodul 120 kann den Zylinder 118 durch Deaktivieren des Öffnens des Einlassventils 122 und/oder des Auslassventils 130 deaktivieren.
  • Die Zeit, wenn das Einlassventil 122 in Bezug auf den OT des Kolbens geöffnet und geschlossen wird, wird durch einen Einlassnockenversteller 148 variiert. Entsprechend wird die Zeit, zu der das Auslassventil 130 in Bezug auf den OT des Kolbens geöffnet und geschlossen wird, durch einen Auslassnockenversteller 150 variiert. Ein Phasenstellgliedmodul 158 steuert den Einlassnockenphasensteller 148 und den Auslassnockenphasensteller 150 aufgrund der Signale des ECM 114. Optional kann der variable Ventilhub ebenfalls durch das Verstellerstellgliedmodul 158 gesteuert werden.
  • Das Motorsystem 100 kann einen Turbolader beinhalten, der wiederum eine Turbine 160A beinhaltet, die von den durch das Abgassystem 134 strömenden heißen Abgasen angetrieben wird. Der Turbolader beinhaltet zudem einen Luftkompressor 160B, der von der Turbine 160A angetrieben wird. Der Kompressor 160B komprimiert die in das Drosselventil 112 geführte Luft. Die Turbine 160A und der Kompressor 160B sind durch ein Drehelement, wie eine Welle 160C, gekoppelt. Obwohl zu Zwecken der Klarheit getrennt dargestellt, können die Turbine 160A und der Kompressor 160B angrenzend zueinander und miteinander befestigt sein. Alternativ komprimiert ein von der Motorkurbelwelle angetriebener Lader (nicht dargestellt), Luft von dem Drosselventil 112 und liefert es zu dem Ansaugkrümmer 110.
  • Ein Ladedrucksteuerventil 162, das parallel zu der Turbine 160A des Turboladers angeordnet ist, ermöglicht dem Abgas die Turbine 160A zu umgehen, wodurch der Ladedruck, d. h. die Menge an durch den Turbolader bereitgestellter Ansaugluftkompression, reduziert wird. Ein Ladedruckstellgliedmodul 164 regelt den Ladedruck des Turboladers durch Steuerung des Öffnens des Ladedrucksteuerventils 162. Es versteht sich, dass zwei oder mehr Turbolader und Ladedrucksteuerventile 162 von dem Ladedruckstellgliedmodul 164 verwendet und gesteuert werden können.
  • Optional kann vor dem Ansaugkrümmer 110 ein Luftkühler (nicht dargestellt) angeordnet sein, um Wärme von der komprimierten Ladeluft auf ein Kühlmedium, wie zum Beispiel Motorkühlmittel oder Umgebungsluft, zu übertragen. Alternativ kann die komprimierte Ladeluft z. B. durch Kompression oder von Komponenten des Abgassystems 134 aufgeheizt werden.
  • Das Motorsystem 100 beinhaltet ein Abgasrückführventil (AGR-Ventil) 170, das Abgas selektiv zu dem Ansaugkrümmer 110 zurückführt. Das AGR-Ventil 170 kann stromaufwärts der Turbine 160A des Turboladers nachgelagert angeordnet sein. Das AGR-Ventil 170 wird von einem AGR-Stellgliedmodul 172 basierend auf Signalen des ECM 114 gesteuert.
  • Die Position der Kurbelwelle wird unter Verwendung eines Kurbelwellenpositionssensors 180 gemessen. Die Drehzahl der Kurbelwelle, die der Drehzahl des Motors 102 entspricht, kann basierend auf der Kurbelwellenposition ermittelt werden. Die Temperatur des Motorkühlmittels wird durch einen Motorkühlmitteltemperatursensor (ECT) 182 gemessen. Der ECT-Sensor 182 ist vorzugsweise innerhalb des Motors 102 oder an einer anderen Stelle angeordnet, an der das Kühlmittel umgewälzt wird, wie beispielsweise einem Radiator (nicht dargestellt).
  • Der Druck im Ansaugkrümmer 110 kann mit einem Einlasskrümmerdrucksensor (MAP) 184 gemessen werden. Optional kann der aus der Differenz zwischen dem Umgebungsluftdruck und dem Druck innerhalb des Ansaugkrümmers 110 bestehende Motorunterdruck gemessen werden. Der Massenstromdurchsatz der in den Ansaugkrümmer 110 strömenden Luft wird mit einem Massenluftstromsensor (MAF) 186 gemessen.
  • Das Drosselstellgliedmodul 116 überwacht die Echtzeitposition der Drosselklappe 112 unter Verwendung eines oder mehrerer Drosselpositionssensoren (TPS) 190. Die Temperatur der in den Motor 102 gezogenen Umgebungsluft wird durch einen Sensor für die Einlasslufttemperatur (IAT) 192 gemessen. Die Feuchtigkeit der in den Motor 102 gezogenen Umgebungsluft wird durch einen Sensor für die Einlassluftfeuchtigkeit (IAT) 193 gemessen. Das Motorsystem 100 kann auch zusätzliche Sensoren 194, wie einen oder mehrere Klopfsensoren, einen Kompressorauslass-Drucksensor, einen Drosseleinlassdrucksensor, einen Ladedrucksteuerventil-Positionssensor, einen AGR-Positionssensor als auch andere geeignete Sensoren beinhalten. Das ECM 114 kann Signale (Ausgaben) von solchen Sensoren nutzen, um Steuerentscheidungen für das Motorsystem 100 zu treffen.
  • Das ECM 114 steht mit einem Getriebesteuermodul 195 in Verbindung, um den Gangwechsel in einem Getriebe zu koordinieren (nicht dargestellt). So kann beispielsweise das ECM 114 bei einem Gangwechsel das Motordrehmoment reduzieren. Das ECM 114 steht mit einem Hybridsteuermodul 196 in Verbindung, um den Betrieb des Motors 102 mit einem Elektromotor 198 zu koordinieren. Der Elektromotor 198 arbeitet typischerweise auch als ein Generator und kann zum Erzeugen von Elektroenergie für die Nutzung in dem elektrischen System des Fahrzeugs oder zur Speicherung in einer Batterie verwendet werden.
  • Jedes System, das einen Motorparameter beeinflusst, wird als Motorstellglied bezeichnet. So stellt beispielsweise das Drosselstellgliedmodul 116 die Öffnung des Drosselventils 112 ein, um einen Soll-Drosselöffnungsbereich zu erreichen. Das Zündstellgliedmodul 126 steuert den Zündzeitpunkt, um einen Sollzündzeitpunkt relativ zu dem Kolben-OT zu erreichen. Das Kraftstoffstellgliedmodul 124 steuert die Einspritzdüsen so, dass bestimmte Kraftstoffzufuhr-Sollwerte erreicht werden. Das Verstellerstellgliedmodul 158 steuert die Einlass- und Auslassnockenversteller 148 und 150 so, dass jeweils SollPhasenwinkel für Einlass- und Auslassnocken erreicht werden. Das AGR-Stellgliedmodul 172 steuert das AGR-Ventil 170, um einen Soll-Öffnungsbereich für das AGR zu erreichen. Das Ladedruckstellgliedmodul 164 steuert das Ladedrucksteuerventil 162, um einen Sollöffnungsbereich für das Ladedrucksteuerventil zu erreichen. Das Zylinderstellgliedmodul 120 steuert die Zylinderdeaktivierung so, dass eine Sollanzahl aktivierter und deaktivierter Zylinder erreicht wird.
  • Das ECM 114 erzeugt die Sollwerte für die Motorstellglieder, um zu bewirken, dass der Motor 102 ein Soll-Motorausgangsdrehmoment erzeugen kann. Das ECM 114 erzeugt die Sollwerte für die Motorstellglieder unter Verwendung von Model Predictive Control (modellprädikativer Steuerung), wie nachfolgend ausführlicher erörtert wird.
  • Unter jetziger Bezugnahme auf 2 ist ein Funktionsblockdiagramm des Motorsteuergeräts (ECM) 114 dargestellt. Das ECM 114 beinhaltet ein Fahrerdrehmomentmodul 202, ein Drehmomentanfragemodul 224 und ein Luftsteuermodul 228.
  • Das Mitnehmer-Drehmomentmodul 202 ermittelt ein angefordertes Mitnehmer-Drehmoment 254 basierend auf einer Mitnehmereingabe 255 von dem in 1 veranschaulichten Mitnehmer-Eingabemodul 104. Die Mitnehmereingabe 255 basiert beispielsweise auf der Position eines Gaspedals und der Position eines Bremspedals. Die Mitnehmereingabe 255 kann auch auf einer Einstellung der Geschwindigkeitsregelung oder einem adaptiven Geschwindigkeitsregelungssystem basieren, das die Fahrzeuggeschwindigkeit variiert, um einen zuvor festgelegten Folgeabstand beizubehalten.
  • Das Drehmomentanfragemodul 224 ermittelt eine Luftdrehmomentanforderung 265 basierend auf der Antriebsmomentanforderung 254. Die Luftdrehmomentanforderung 265 kann ein Bremsmoment sein.
  • Sollwerte zur Luftstromsteuerung der Motorstellglieder werden basierend auf der Luftdrehmomentanforderung 265 ermittelt. Genauer gesagt, ermittelt das Luftsteuermodul 228 basierend auf der Luftdrehmomentanforderung 265 einen Ladedrucksteuerventil-Sollöffnungsbereich 266, einen Soll-Drosselöffnungsbereich 267, einen AGR-Sollöffnungsbereich 268, einen Soll-Einlassnockenverstellerwinkel 269 und einen Soll-Auslassnockenverstellerwinkel 270.
  • Das Ladedruckstellgliedmodul 164 steuert das Ladedrucksteuerventil 162, um den Ladedrucksteuerventil-Sollöffnungsbereich 266 zu erreichen. So wandelt beispielsweise ein erstes Umwandlungsmodul 272 den Ladedrucksteuerventil-Sollöffnungsbereich 266 in einen Sollarbeitszyklus 274 um, der für das Ladedrucksteuerventil 162 angewendet wird, und das Ladedruckstellgliedmodul 164 gibt ein Signal an das Ladedrucksteuerventil 162 basierend auf dem Sollarbeitszyklus 274 aus. Alternativ wandelt das erste Umwandlungsmodul 272 den Ladedrucksteuerventil-Sollöffnungsbereich 266 in eine Ladedrucksteuerventil-Sollposition um und wandelt die Ladedrucksteuerventil-Sollposition in den Sollarbeitszyklus 274 um.
  • Das Drosselstellgliedmodul 116 steuert das Drosselventil 112 so, dass der Drosselöffnungs-Sollquerschnitt 267 erreicht wird. So wandelt beispielsweise ein zweites Umwandlungsmodul 276 den Soll-Drosselöffnungsbereich 267 in einen Sollarbeitszyklus 278 um, der für das Drosselventil 112 angewendet wird, und das Drossel-Stellgliedmodul 116 gibt ein Signal an das Drosselventil 112 aus, das auf dem Sollarbeitszyklus 278 basiert. Alternativ wandelt das zweite Umwandlungsmodul 276 den Soll-Drosselöffnungsbereich 267 in eine Soll-Drosselstellung um und die Soll-Drosselstellung in den Sollarbeitszyklus 278 um.
  • Das AGR-Stellgliedmodul 172 steuert das AGR-Ventil 170 so, dass der AGR-Sollöffnungsquerschnitt 268 erreicht wird. So wandelt beispielsweise ein drittes Umwandlungsmodul 280 den AGR-Sollöffnungsbereich 268 in einen Sollarbeitszyklus 282 um, der an dem AGR-Ventil 170 zur Anwendung kommt, und das AGR-Stellgliedmodul 172 gibt ein Signal an das AGR-Ventil 170 basierend auf dem Sollarbeitszyklus 282 aus. Alternativ wandelt das dritte Umwandlungsmodul 280 den AGR-Sollöffnungsbereich 268 in eine AGR-Sollposition um und die AGR-Sollposition in den Sollarbeitszyklus 282 um.
  • Das Verstellerstellgliedmodul 158 steuert sowohl den Einlassnockenversteller 148 für das Einstellen des Einlassnocken-Sollphasenwinkels 269, als auch den Auslassnockenversteller 150, um den Auslassnocken-Sollphasenwinkel 270 zu erreichen. Alternativ kann ein viertes Umwandlungsmodul (nicht dargestellt) enthalten sein, um die Einlassnocken- und Auslassnocken-Sollphasenwinkel in Einlass- und Auslass-Sollarbeitszyklen umzuwandeln, die an Einlass-und Auslassnockenverstellern 148 bzw.150 angelegt werden. Das Luftsteuermodul 228 kann ebenfalls einen Sollüberschneidungsfaktor und einen effektiven Sollhubraum ermitteln, und das Verstellerstellgliedmodul 158 kann die Einlass-und Auslassnockenversteller 148 und 150 so steuern, dass der Sollüberschneidungsfaktor und der effektive Sollhubraum erreicht werden.
  • Unter Bezugnahme auf 2 und 3 beinhaltet das Luftsteuermodul 228 ein Drehmomentumwandlungsmodul 304, das die Luftdrehmomentanforderung 265 empfängt, die, wie oben erörtert, ein Bremsmoment sein kann. Ein Drehmomentumwandlungsmodul 304 wandelt die Luftdrehmomentanforderung 265 in Basismoment um. Basismomente sind als das an der Kurbelwelle während des Motorbetriebs 102 mit einem Drehmomentmesser generierte Drehmoment bezeichnet, während der Motor 102 bei Betriebstemperatur ist und der Motor 102 nicht unter Drehmomentlasten durch Zubehör, wie eine Lichtmaschine oder ein Klimaanlagen-Kompressor, steht. Das Drehmomentumwandlungsmodul 304 wandelt die Luftdrehmomentanforderung 265 in eine Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 um, beispielsweise unter Verwendung von Zuordnung oder einer Funktion, die Bremsmomente Basismomenten zuordnet. Die aus der Umwandlung in Basismoment resultierende Drehmomentanforderung wird hierin als Basis-Luftdrehmomentanforderung 308 bezeichnet.
  • Ein modellprädiktives Steuermodul (MPC-Modul) 312 generiert fünf Sollwerte 266 bis 270 unter Verwendung eines modellprädiktiven Steuerschemas. Die fünf Zielwerte sind: Ladedrucksteuerventil-Sollwert 266, Drossel-Sollwert 267, AGR-Sollwert 268, Einlassnockenversteller-Winkelsollwert 269 und Auslassnockenversteller-Winkelsollwert 270. Ein Sequenzbestimmungsmodul 316 ermittelt mögliche Sequenzen der Sollwerte 266 bis 270, die zusammen während der künftigen N Regelkreise genutzt werden.
  • Ein Voraussagemodul 323 ermittelt vorhergesagte Reaktionen des Motors 102 auf die möglichen Sequenzen der Sollwerte 266 bis 270 basierend auf einem mathematischen Modell 324 des Motors 102, Hilfseingaben 328 und Feedbackeingaben 330. Insbesondere generiert das Voraussagemodul 323 basierend auf einer möglichen Sequenz der Sollwerte 266 bis 270, den Hilfseingaben 328 und den Feedbackeingaben 330 unter Verwendung des Modells 324 eine Sequenz von vorausgesagtem Drehmoment des Motors 102 für N Regelkreise, eine Sequenz von vorausgesagter Luft-pro-Zylinder 118 (APCs) für N Regelkreise, eine Sequenz von vorausgesagten Mengen an externer Verwässerung für N Regelkreise, eine Sequenz von vorausgesagten Mengen an Restverwässerung für N Regelkreise, eine Sequenz von vorausgesagten Verbrennungsphasenverstellerwerten für N Regelkreise und eine Sequenz von vorausgesagten Verbrennungsqualitätswerten für N Regelkreise.
  • Das Modell 324 kann beispielsweise eine Funktion oder eine Zuordnung basierend auf Kenngrößen des Motors 102 sein. In diesem Zusammenhang bezieht sich die Verwässerung auf eine Abgasmenge aus einer vorherigen Verbrennung, die bei einer Verbrennung in einem Zylinder bleibt. Die externe Verwässerung bezieht sich auf Abgas, das über das AGR-Ventil 170 zur Verbrennung eingeleitet wird. Residuelle Verwässerung (auch als interne Verwässerung bezeichnet) bezieht sich auf Abgas, das in einem Zylinder verbleibt, oder Abgas, das nach dem Auslasshub eines Verbrennungstakts in den Zylinder zurückgedrückt wird.
  • Verbrennungsphasenverstellung bezieht sich auf eine Kurbelwellenstellung, bei der eine vorbestimmte eingespritzte Kraftstoffmenge in einem Zylinder verbrennt, im Verhältnis zu einer vorbestimmten Kurbelwellenstellung für die Verbrennung der vorbestimmten eingespritzten Kraftstoffmenge. So kann beispielsweise die Verbrennungsphasenverstellung als CA50 im Verhältnis zu einem vorbestimmten CA50 ausgedrückt werden. CA50 bezieht sich auf einen Kurbelwellenwinkel (CA), bei dem 50 Prozent einer Masse eingespritzten Kraftstoffs in einem Zylinder verbrannt wurden. Der vorbestimmte CA50 entspricht einem CA50, bei dem eine maximale Menge an Arbeit mit dem eingespritzten Kraftstoff verrichtet wird, und liegt in verschiedenen Implementierungen ungefähr bei 8,5 - ungefähr 10 Grad nach dem OT (oberen Totpunkt). Während die Verbrennungsphasenverstellung anhand der CA50-Werte erörtert wird, kann ein anderer passender, für die Verbrennungsphasenverstellung aussagekräftiger Parameter verwendet werden. Außerdem kann ein anderer passender, für die Verbrennungsqualität aussagekräftiger Parameter angewendet werden, während die Verbrennungsqualität als Variationskoeffizient (COV) des angezeigten mittleren Effektivdrucks (IMEP) erörtert wird.
  • Die Hilfseingaben 328 stellen Parameter bereit, die nicht direkt von dem Drosselventil 112, dem AGR-Ventil 170, dem Turbolader, dem Einlassnockenversteller 148 und dem Auslassnockenversteller 150 beeinflusst werden. Die Hilfseingaben 328 können die Motordrehzahl, den Turbolader-Einlassluftdruck, die IAT oder einen oder mehrere weitere Parameter beinhalten. Die Feedbackeingaben 330 beinhalten beispielsweise ein geschätztes Ausgangsdrehmoment des Motors 102, einen Abgasdruck stromabwärts der Turbine 160A des Turboladers, die IAT, eine APC des Motors 102, eine geschätzte Restverwässerung, eine geschätzte externe Verwässerung und andere geeignete Parameter. Die Feedbackeingaben 330 werden mit Sensoren (z. B. die IAT 192) gemessen oder basierend auf einem oder mehreren weiteren Parametern geschätzt.
  • Jede der von dem Sequenzbestimmungsmodul 316 benannten Sequenzen beinhaltet eine Sequenz von N Werten für jeden der Sollwerte 266 bis 270. Mit anderen Worten beinhaltet jede mögliche Sequenz eine Sequenz von N Werten für den Ladedrucksteuerventil-Sollöffnungsbereich 266, eine Sequenz von N Werten für den Soll-Drosselöffnungsbereich 267, eine Sequenz von N Werten für den AGR-Sollöffnungsbereich 268, eine Sequenz von N Werten für den Soll-Einlassnockenverstellerwinkel 269 und eine Sequenz von N-Werten für den Soll-Auslassnockenverstellerwinkel 270. Jeder der N Werte steht für einen entsprechenden Wert der künftigen N Regelkreise. N ist eine ganze Zahl größer oder gleich eins.
  • Ein Kostenmodul 332 ermittelt einen Kostenwert für jede der möglichen Sequenzen der Sollwerte 266 bis 270 basierend auf den vorhergesagten Parametern, die für eine mögliche Sequenz und Ausgabereferenzwerte 356 ermittelt wurden. Eine Beispiel-Kostenbestimmung wird weiter unten erörtert.
  • Ein Auswahlmodul 344 wählt eine der möglichen Sequenzen der Sollwerte 266 bis 270 basierend auf den jeweiligen Kosten der möglichen Sequenzen aus. So kann beispielsweise das Auswahlmodul 344 diejenige mögliche Sequenz mit den geringsten Kosten auswählen, die gleichzeitig die Stellgliedeinschränkungen 348 und die Ausgabeeinschränkungen erfüllt 352.
  • Die Erfüllung der Stellgliedeinschränkungen 348 und Ausgabeeinschränkungen können bei der Kostenbestimmung in Betracht gezogen werden. Mit anderen Worten kann das Kostenmodul 332 die Kostenwerte weiter basierend auf den Stellgliedeinschränkungen 348 und Ausgabeeinschränkungen 352 bestimmen. Wie weiter unten ausführlicher erörtert, wird das Auswahlmodul 344 je nachdem, wie die Kostenwerte ermittelt werden, diejenige der möglichen Sequenzen auswählen, die bei gleichzeitiger Minimierung des APC am besten die Basis-Luftdrehmomentanforderung 208 erfüllt, vorbehaltlich der Stellgliedeinschränkungen 348 und Ausgabeeinschränkungen 352.
  • Das Auswahlmodul 344 stellt die Sollwerte 266 bis 270 auf die jeweils ersten N Werte der ausgewählten möglichen Sequenz ein. Mit anderen Worten setzt das Auswahlmodul 344 den Ladedrucksteuerventil-Sollöffnungsbereich 266 auf den ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für den Ladedrucksteuerventil-Sollöffnungsbereich 266, den Soll-Drosselöffnungsbereich 267 auf den ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für den Soll-Drosselöffnungsbereich 267, den AGR-Sollöffnungsbereich 268 auf den ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für den AGR-Sollöffnungsbereich 268, den Soll-Einlassnockenverstellerwinkel 269 auf den ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für den Soll-Einlassnockenverstellerwinkel 269 und den Soll-Auslassnockenverstellerwinkel 270 auf den ersten der N Werte in der Sequenz von N Werten für den Soll-Auslassnockenverstellerwinkel 270.
  • In einem nächsten Regelkreis identifiziert das MPC-Modul 312 mögliche Sequenzen, generiert die vorausgesagten Parameter für die möglichen Sequenzen, ermittelt die Kosten für jede der möglichen Sequenzen, wählt eine der möglichen Sequenzen aus und setzt die Sollwerte 266 bis 270 auf den ersten Satz von Sollwerten 266 bis 270 in der ausgewählten möglichen Sequenz. Dieser Prozess wird für jeden Regelkreis fortgesetzt.
  • Ein Stellgliedeinschränkungsmodul 360 stellt die Stellgliedeinschränkungen 348 für jeden Sollwert 266 bis 270 ein. Das heißt, das Stellgliedeinschränkungsmodul 360 setzt Stellgliedeinschränkungen für das Drosselventil 112, Stellgliedeinschränkungen für das AGR-Ventil 170, Stellgliedeinschränkungen für das Ladedrucksteuerventil 162, Stellgliedeinschränkungen für den Einlassnockenversteller 148 und Stellgliedeinschränkungen für den Auslassnockenversteller 150.
  • Unter Bezugnahme auf 2, 3 und 4A, 4B, 4C und 4D setzt das Stellgliedbeschränkungsmodul 360 die Stellgliedgrenzen oder -einschränkungen für ein gegebenes Stellglied, um einem vorbestimmten Plan zu folgen, der von Betriebsbedingungen des Motors 102, wie Geschwindigkeit, Last und Umgebungsbedingungen, abhängt. Insbesondere stellt das Stellgliedbeschränkungsmodul 360 die Stellgliedbeschränkungen für den Einlassnockenversteller 148 und den Auslassnockenversteller 150 so ein, dass sie einem vorbestimmten Plan folgen, der von Motordrehzahl, Belastung und Umgebungsfeuchtigkeit abhängt, um die Verdünnungsmenge in dem Verbrennungssystem zu begrenzen oder um die Verbrennungsqualität und somit die Leistung des Motors 102 auf einem akzeptablen Niveau zu halten. Dementsprechend empfängt das Stellgliedbeschränkungsmodul 360 das Signal oder die Ausgabe des Umgebungsfeuchtigkeitssensors 193 und verwendet es in Verbindung mit den dreidimensionalen Nachschlagetabellen, die in den 4A, 4B, 4C und 4D dargestellt sind, um minimale und maximale Stellgliedbeschränkungen sowohl für den Einlassnockenversteller 148 als auch den Auslassnockenversteller 150 zu erzeugen. Alternativ kann die Umgebungsfeuchtigkeit basierend auf beispielsweise aktuellen und vergangenen Umgebungsbedingungen und Betriebsparametern geschätzt werden.
  • Die in 4A veranschaulichte dreidimensionale Nachschlagetabelle 372 wird verwendet, um einen minimalen Sollwert für den Einlassnockenversteller 148 zu erzeugen. Sie verwendet Umdrehungen pro Minute des Motors 102 auf der horizontalen (X) Achse, Motorlast auf der vertikalen (Y) Achse und Umgebungsfeuchtigkeit auf einer diagonalen (Z) Achse. Es versteht sich, dass die Z-Achse funktionell senkrecht zu der Ebene der X- und Y-Achsen ist, aber in Fig. 4A, sowie 4B, 4C und 4D diagonal gezeigt ist aufgrund der zweidimensionalen Beschränkungen der Zeichnungen. Die XY-Ebene 373A repräsentiert eine trockene, minimale Feuchtigkeit und die XY-Ebene 373B repräsentiert eine feuchte, minimale Feuchtigkeit. Die Nachschlagetabelle 372 enthält experimentelle und empirische Werte, die auf der Grundlage der aktuellen Werte der drei Variablen einen spezifischen, vorbestimmten Minimalwert oder eine Zielbeschränkung 374 für den Einlassnockenversteller 148 bereitstellen. In ähnlicher Weise verwendet die in 4B veranschaulichte Nachschlagetabelle 376 Umdrehungen pro Minute des Motors 102 auf der horizontalen (X) Achse, Motorlast auf der vertikalen (Y) Achse und Umgebungsfeuchtigkeit auf einer diagonalen (Z) Achse. Die XY-Ebene 377A repräsentiert eine trockene, maximale Feuchtigkeit und die XY-Ebene 377B repräsentiert eine feuchte, maximale Feuchtigkeit. Die Nachschlagetabelle 376 enthält experimentelle und empirische Werte, die auf der Grundlage der aktuellen Werte der drei Variablen einen spezifischen, vorbestimmten Maximalwert oder eine Zielbeschränkung 378 für den Einlassnockenversteller 148 bereitstellen.
  • Die in 4C veranschaulichte dreidimensionale Nachschlagetabelle 380 verwendet Umdrehungen pro Minute des Motors 102 auf der horizontalen (X) Achse, Motorlast auf der vertikalen (Y) Achse und Umgebungsfeuchtigkeit auf einer diagonalen (Z) Achse. Die XY-Ebene 381A repräsentiert eine trockene, minimale Feuchtigkeit und die XY-Ebene 381B repräsentiert eine feuchte, minimale Feuchtigkeit. Die Nachschlagetabelle 380 enthält experimentelle und empirische Werte, die auf der Grundlage der aktuellen Werte der drei Variablen einen spezifischen, vorbestimmten Minimalwert oder eine Zielbeschränkung 382 für den Auslassnockenversteller 150 bereitstellen. In ähnlicher Weise verwendet die in 4D veranschaulichte dreidimensionale Nachschlagetabelle 384 Umdrehungen pro Minute des Motors 102 auf der horizontalen (X) Achse, Motorlast auf der vertikalen (Y) Achse und Umgebungsfeuchtigkeit auf einer diagonalen (Z) Achse. Die XY-Ebene 385A repräsentiert eine trockene, maximale Feuchtigkeit und die XY-Ebene 385B repräsentiert eine feuchte, maximale Feuchtigkeit. Die Nachschlagetabelle 384 enthält experimentelle und empirische Werte, die auf der Grundlage der aktuellen Werte der drei Variablen einen spezifischen, vorbestimmten Maximalwert oder eine Zielbeschränkung 386 für den Auslassnockenversteller 150 bereitstellen.
  • Unter kurzer Bezugnahme auf 5 ist der dynamische Betrieb des Einlassnockenverstellers 148 und des Auslassnockenverstellers 150 in einem Diagramm 390 dargestellt, wobei sich über die Zeit variierende Umgebungsfeuchtigkeit entlang der horizontalen (X) Achse zeigt. In dem unteren Teil des Diagramms 390 sind vier Spuren, die den Einlassnockenphasenwert oder die Einlassnockenphasenposition (ICPV) darstellen. Die unterste Linie oder Spur 391 ist flach und stellt die maximale ICPV-Verzögerungsbeschränkung dar, die durch das Stellgliedbeschränkungsmodul 360 erzeugt oder befohlen wird. Auf der rechten Seite des Diagramms 390 stellt die nächsthöhere Linie oder Spur 392 eine ICPV-Referenzbeschränkung dar, die dem Einlassnockenversteller 148 durch das Stellgliedbeschränkungsmodul 360 ohne Kompensation von Feuchtigkeit bereitgestellt wird. Auf der rechten Seite des Diagramms 390 stellt die dritte Linie oder Spur 393 die maximale ICPV-Nockenvorschubbeschränkung, die dem Einlassnockenversteller 148 durch das Stellgliedbeschränkungsmodul 360 mit hoher Feuchtigkeit bereitgestellt wird. Die oberste Linie 394 in dem Diagramm 390 repräsentiert die maximale ICPV-Nockenvorschubbeschränkung, die dem Einlassnockenversteller 148 durch das Stellgliedbeschränkungsmodul 360 mit niedriger Feuchtigkeit bereitgestellt wird.
  • Der obere Abschnitt des Diagramms 390 zeigt ähnliche Informationen bezüglich des Auslassnockenphasenwerts oder der Nockenwellenphasenposition (ECPV). Die oberste Linie oder Spur 395 ist flach und stellt die maximale ECPV-Vorschubbeschränkung dar, die durch das Stellgliedbeschränkungsmodul 360 erzeugt oder befohlen wird. Auf der rechten Seite des Diagramms 390 stellt die nächstniedrigere Linie oder Spur 396 eine ECPV-Referenzbeschränkung dar, die dem Auslassnockenversteller 150 durch das Stellgliedbeschränkungsmodul 360 ohne Kompensation von Feuchtigkeit bereitgestellt wird. Auf der rechten Seite des Diagramms 390 stellt die dritte Linie oder Spur 397 die maximale ECPV-Nockenverzögerungsbeschränkung, die dem Auslassnockenversteller 150 durch das Stellgliedbeschränkungsmodul 360 mit hoher Feuchtigkeit bereitgestellt wird. Schließlich repräsentiert die Linie 398 in dem Diagramm 390 die maximale ECPV-Nockenverzögerungsbeschränkung, die dem Auslassnockenversteller 150 durch das Stellgliedbeschränkungsmodul 360 mit niedriger Feuchtigkeit bereitgestellt wird. Aus den Linien oder Spuren 391 bis 398 des Diagramms 390 wird ersichtlich, dass ein optimaler Betrieb des Motors 102 mit zunehmender Feuchtigkeit eine geringere Überlappung zwischen dem Schließen des/der Auslassventile 130 und dem Öffnen des/der Einlassventile 122 mit erfordert und umgekehrt.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf FIG. 2 und 3 können die Stellgliedbeschränkungen 348 für die anderen Sollwerte 266, 267 und 268 auch einen maximalen und minimalen Wert für ein zugeordnetes Ziel beinhalten. Darüber hinaus kann das Stellgliedeinschränkungsmodul 360 eine oder mehrere Stellgliedeinschränkungen 348 unter bestimmten Umständen anpassen. So kann beispielsweise das Stellgliedeinschränkungsmodul 360 die Stellgliedeinschränkungen anpassen, um den Betriebsbereich für dieses Stellglied einzugrenzen, wenn in dieser Stellgliedschaltung ein Fehler diagnostiziert wird.
  • Ein Ausgabeeinschränkungsmodul 364 setzt die Ausgabeeinschränkungen 352 für die vorausgesagte Drehmomentausgabe des Motors 102, den vorausgesagten CA50, den vorausgesagten COV des IMEP, der vorausgesagten Restverwässerung und der vorausgesagten externen Verwässerung. Die Ausgabeeinschränkungen 352 für jeden vorausgesagten Wert können einen Maximalwert für einen verbundenen vorausgesagten Parameter und einen Minimalwert für diesen vorausgesagten Parameter beinhalten. So können beispielsweise die Ausgabeeinschränkungen 352 ein Minimaldrehmoment, ein Maximaldrehmoment, einen minimalen CA50 und einen maximalen CA50, einen minimalen IMEP-COV und einen maximalen IMEP-COV, eine minimale Restverwässerung und eine maximale Restverwässerung und eine minimale externe Verwässerung und eine maximale externe Verwässerung beinhalten.
  • Das Ausgabeeinschränkungsmodul 364 setzt im Allgemeinen die Ausgabeeinschränkungen 352 auf vorbestimmte Bereiche für die verbundenen vorausgesagten Parameter. Das Ausgabeeinschränkungsmodul 364 kann jedoch eine oder mehrere Ausgabeeinschränkungen 352 unter bestimmten Voraussetzungen variieren. So kann beispielsweise das Ausgabeeinschränkungsmodul 364 den maximalen CA50 verzögern, wenn Klopferscheinungen im Motor 102 auftreten.
  • Ein Referenzmodul 368 erzeugt die Referenzwerte 356 für die Einstellung jeder der Sollwerte 266 bis 270. Somit beinhalten die Referenzwerte 356 eine Referenz für den Ladedrucksteuerventil -Öffnungsbereich, eine Referenz für den Drossel-Öffnungsbereich, eine Referenz für den AGR-Ventil-Öffnungsbereich, eine Referenz für den Einlassnockenverstellerwinkel 269 und eine Referenz für den Auslassnockenverstellerwinkel 270.
  • Das Referenzmodul 368 ermittelt die Referenzwerte 356 beispielsweise ausgehend von der Luftdrehmomentanforderung 265, der Basisluftdrehmomentanforderung 308 und/oder einem oder mehreren geeigneten Parametern. The Referenzwerte 356 können benutzt werden, um die Kostenwerte für mögliche Sequenzen zu bestimmen.
  • Das MPC-Modul 312 ermittelt die Sollwerte 266 bis 270 unter Verwendung eines Lösers für quadratische Programme (QP), wie des Dantzig QP-Lösers. So kann beispielsweise das MPC-Modul 312 eine Oberfläche von Kostenwerten für die möglichen Sequenzen der Sollwerte 266 bis 270 erzeugen und basierend auf der Steigung der Kostenoberfläche einen Satz möglicher Sollwerte mit den niedrigsten Kosten identifizieren. Das MPC-Modul 312 prüft dann diesen Satz möglicher Sollwerte, um zu bestimmen, ob der Satz möglicher Sollwerte die Stellgliedeinschränkungen 348 und die Ausgabeeinschränkungen 352 erfüllen wird. Das MPC-Modul 312 wählt den Satz möglicher Sollwerte mit den geringsten Kostenwerten aus, während die Stellgliedeinschränkungen 348 und die Ausgabeeinschränkungen 352 erfüllt werden.
  • Das Kostenmodul 332 ermittelt die Kosten für die möglichen Sequenzen der Sollwerte 266 bis 270 basierend auf Beziehungen zwischen: dem vorausgesagten Drehmoment und der Basis-Luftdrehmomentanforderung 308; der vorhergesagten APC und Null; den möglichen Sollwerten und den jeweiligen Stellgliedeinschränkungen 348; den anderen vorhergesagten Parametern und den jeweiligen Ausgabeeinschränkungen 352; und den möglichen Sollwerten und den jeweiligen Referenzwerten 356.
  • Im Betrieb ermittelt das MPC-Modul 312 die Kostenwerte für die möglichen Sequenzen. Das MPC-Modul 312 wählt dann eine der möglichen Sequenzen mit den geringsten Kosten aus. Das MPC-Modul 312 ermittelt auch, ob die ausgewählte mögliche Sequenz die Stellgliedeinschränkungen 348 erfüllt. Wenn dies der Fall ist, wird die mögliche Sequenz verwendet. Wenn nicht, ermittelt das MPC-Modul 312 basierend auf der ausgewählten möglichen Sequenz eine mögliche Sequenz, die die Stellgliedbeschränkungen 348 erfüllt und die geringsten Kosten aufweist.
  • Bezugnehmend auf 6 ist ein Ablaufdiagramm dargestellt, das die Schritte des Verfahrens für die Steuerung der Phase der Einlass- und Auslassnockenwellenversteller 148 bzw. 150 darstellt und allgemein mit der Nummer 400 bezeichnet ist. Das Verfahren 400 beginnt mit einem Start- oder Initialisierungsschritt 402, der bei Bedarf Register löscht und eine Wiederholung der Schritte des Verfahrens 400 beginnt. Als Nächstes liest ein Verfahrensschritt 404 das Signal von dem Einlassluftfeuchtigkeitssensor 192 oder schätzt die relative Feuchtigkeit. Das Verfahren 400 geht dann zu einem Verfahrensschritt 406 über, in dem die momentane Drehzahl des Motors 102 gelesen wird und die Drehmomentlast des Motors 102 zum Beispiel aus Daten von dem Drehmomentanfragemodul 224 ermittelt wird. Als Nächstes führt das Referenzmodul 368 einen Verfahrensschritt 408 durch, der den Einlassnockenphasenreferenzwert und den Auslassnockenreferenzwert ermittelt.
  • Das Stellgliedbeschränkungsmodul 360 führt einen folgenden Verfahrensschritt 410 durch, der die Nachschlagetabellen 372, 376, 380 und 384 verwendet, um die minimalen und maximalen Beschränkungen der Einlass- und Auslassnockenversteller 148 und 150 für die aktuellen Werte der Motordrehzahl und-last sowie Feuchtigkeit zu bestimmen. Ein Entscheidungspunkt 410 fragt dann ab, ob die in Schritt 408 ermittelten Bezugswerte größer sind als die in Schritt 410 ermittelten Beschränkungen. Wenn die Referenzwerte nicht größer als die Beschränkungen sind, wird der Entscheidungspunkt 412 bei NEIN verlassen und das Verfahren 400 endet an einem Endpunkt 414. Wenn die Referenzwerte größer als die Beschränkungen sind, wird der Entscheidungspunkt 412 bei JA verlassen und ein Verfahrensschritt 416 begrenzt die Referenzwerte auf die in Schritt 410 ermittelten Beschränkungen. Das Verfahren 400 endet dann an dem Endpunkt 414. Im Allgemeinen erlauben diese minimalen und maximalen Beschränkungen eine geringere Überlappung der Einlass- und Auslassphaseneinstellung bei höherer Feuchtigkeit und mehr Überlappung bei niedrigerer Feuchtigkeit.
  • Wie hierin verwendet beinhaltet, der Ausdruck Modul eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC); eine digitale, analoge oder gemischte analoge/digitale diskrete Schaltung oder integrierte Schaltung; eine kombinatorische Logikschaltung; ein feldprogrammierbares Gate-Array; einen Prozessor oder Mikroprozessor, der Code ausführt; Speicher, der Code speichert, der von einem Prozessor ausgeführt wird; oder andere geeignete Hardwarekomponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen, ist aber nicht auf diese beschränkt.
  • Die Beschreibung der Erfindung ist nur als Beispiel zu verstehen und Variationen, die nicht vom Kern der Erfindung abweichen, werden als im Rahmen der Erfindung befindlich vorausgesetzt. Solche Variationen sollen nicht als eine Abweichung vom Sinn und Umfang der Erfindung betrachtet werden.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Steuern des Einlass- und Auslassnockenverstellers in einem Verbrennungsmotor, umfassend die folgenden Schritte: das Abtasten einer Motordrehzahl und Motorlast des Verbrennungsmotors. das Abtasten der relativen Luftfeuchtigkeit der dem Verbrennungsmotor zugeführten Luft, das Verwenden der Motordrehzahl, der Motorlast und der Luftfeuchtigkeit in einer Nachschlagetabelle zum Bestimmen der minimalen und maximalen Einlassnockenphasenbegrenzungswerte und der minimalen und maximalen Auslassnockenphasenbegrenzungswerte, und das Vorrücken der maximalen Auslassnockenphasenbegrenzung und Verzögern der maximalen Einlassnockenphasenbegrenzung bei steigender relativer Luftfeuchtigkeit.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, beinhaltend die weiteren Schritte des Erfassens der Kühlmitteltemperatur im Verbrennungsmotor und des Einstellens des Vorrückens und des Verzögerns der Nockenphasenbegrenzungswerte, basierend auf der Kühlmitteltemperatur.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Nachschlagetabelle dreidimensional ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, beinhaltend die weiteren Schritte des Vorrückens der maximalen Auslassnockenphasenbegrenzung und Verzögern der maximalen Einlassnockenphasenbegrenzung bei steigender relativer Luftfeuchtigkeit.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Motorlast auf einer Drehmomentanforderung an ein Luftsteuermodul basiert.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Einlassnockenversteller mit einer Einlassnockenwelle gekoppelt ist und diese bewegt und der Auslassnockenversteller mit einer Auslassnockenwelle gekoppelt ist und diese bewegt.
  7. Verfahren zum Steuern der Einlass- und Auslassnockenversteller in einem Verbrennungsmotor, basierend auf der Luftfeuchtigkeit, umfassend die folgenden Schritte: das Abtasten einer Motordrehzahl und einer Motorlast des Verbrennungsmotors. das Abtasten der relativen Luftfeuchtigkeit der dem Verbrennungsmotor zugeführten Luft, das Verwenden der Motordrehzahl, der Motorlast und der Luftfeuchtigkeit in einer multi-dimensionalen Nachschlagetabelle zum Bestimmen der minimalen und maximalen Einlassnockenphasenbegrenzungswerte und der minimalen und maximalen Auslassnockenphasenbegrenzungswerte, und das Vorrücken der maximalen Auslassnockenphasenbegrenzung und Verzögern der maximalen Einlassnockenphasenbegrenzung bei steigender relativer Luftfeuchtigkeit.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, beinhaltend die weiteren Schritte des Abtastens der Kühlmitteltemperatur im Verbrennungsmotor und des Einstellens des Vorrückens und des Verzögerns der Nockenphasenbegrenzungswerte, basierend auf der abgetasteten Kühlmitteltemperatur.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, beinhaltend die weiteren Schritte des Vorrückens der maximalen Auslassnockenphasenbegrenzung und Verzögern der maximalen Einlassnockenphasenbegrenzung bei steigender relativer Luftfeuchtigkeit.
  10. Verfahren zum Steuern des Einlass- und Auslassnockenverstellers in einem Verbrennungsmotor, umfassend die folgenden Schritte: das Bereitstellen eines Drehmomentbedarfssignals basierend auf einer Bedienereingabe, das Abtasten einer Drehzahl des Verbrennungsmotors, das Festlegen einer Phasenwinkelbegrenzung für einen Einlassnockenversteller und einen Auslassnockenversteller basierend auf dem Drehmomentbedarf und der Motordrehzahl, das Festlegen der relativen Luftfeuchtigkeit der dem Verbrennungsmotor zugeführten Umgebungsluft, das Verwenden von Nachschlagetabellen, um eine Auslassnockenphasenbegrenzung zu verzögern und eine Einlassnockenphasenbegrenzung aus den festgelegten Phasenwinkelbegrenzungen zu verzögern, wenn die abgetastete relative Luftfeuchtigkeit zunimmt und die Auslassnockenphasenbegrenzung und die Einlassnockenphasenbegrenzung aus den festgelegten Phasenwinkelbegrenzungen vorzurücken, wenn die abgetastete relative Luftfeuchtigkeit abnimmt.
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