DE102018132188A1

DE102018132188A1 - Motorbetriebssystem und -verfahren

Info

Publication number: DE102018132188A1
Application number: DE102018132188.0A
Authority: DE
Inventors: Hoon Cho; Brien Fulton; Michiel J. Van Nieuwstadt
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-12-15
Filing date: 2018-12-13
Publication date: 2019-06-19
Also published as: US20190186389A1; US10563598B2; CN109931160A

Abstract

Es werden Verfahren und Systeme zum Schätzen von maximalem Zylinderinnendruck für alle Motorzylinder bereitgestellt, während die Anzahl der einzelnen Zylinder, die zur Druckerfassung erforderlich sind, reduziert wird. Die Druckerfassung wird für einen einzelnen instrumentierten Zylinder durchgeführt. Für verbleibende nicht instrumentierte Zylinder wird ein von der Motordrehzahl abhängiger Korrekturfaktor angewendet, der Verdichtungsdruckvariation zwischen Zylindern aufgrund von Einlassventilschließdifferenzen kompensiert.

Description

Gebiet
Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen Verfahren und Systeme zum Schätzen eines maximalen Zylinderinnendrucks eines Fahrzeugmotors, um Zylinder-zu-Zylinder-Variation von Luftladungsdynamik und Kompressionsdruck zu begegnen.
Allgemeiner Stand der Technik/Kurzdarstellung
Normen mit zunehmend niedrigeren Motoremissionen erfordern zunehmend anspruchsvollere Motorsteuerungen. Um den Motorbetrieb zu verbessern, werden Drucksensoren in Motorzylindern eingebaut. Die Drucksensoren können nützliche Rückmeldungsinformationen bereitstellen, die für motorische Verbrennung Verbrennungsort, Verbrennungsmenge, Qualität, Motorleistung, Haltbarkeit und Motoremissionen für jeden der Zylinder, in denen ein Drucksensor eingebaut ist, und für den Motor selbst angeben können. Ein Drucksensor kann in jedem Motorzylinder eingebaut werden, sodass eine Steuerung die Art, wie der Zylinder arbeitet, auswerten kann. Beispielsweise, wenn ein beliebiger der Verbrennungsstandorte des Massenanteils für einen einzelnen Zylinder länger als gewünscht verzögert wird, kann der Motorkraftstoffeinspritzungszeitpunkt dieses Zylinders vorgestellt werden, um den Kurbelwellenstandort des Verbrennungsstandorts des Massenanteils während eines Motorzyklus für den jeweiligen Zylinder vorzustellen.
In einigen Motorsystemen können Motorkosten und Anforderungen an Rechenleistung zum Verarbeiten von Zylinderdrucksensordaten reduziert sein, indem ein einzelner Drucksensor verwendet wird. Beispielsweise offenbaren Fulton et al. ein Motorsystem in US2017/0051700 , wobei ein einzelner Drucksensor mit einem einzelnen Motorzylinder gekoppelt ist, der die niedrigsten Werte für die Wurzel aus dem mittleren quadratischen Fehler bereitstellt. Der Zylinderdruck (z. B. der maximale Zylinderinnendruck) für den einzelnen Motorzylinder wird über den einzelnen Sensor gemessen, während die entsprechenden Druckwerte für die verbleibenden Motorzylinder auf Grundlage der gemessenen Druckdaten unter Verwendung eines Modells und der gemessenen Motorbetriebsbedingungen abgeleitet werden.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch mögliche Probleme mit dem obigen Ansatz ermittelt. Die modellierten Zylinderinnendruckwerte für die verbleibenden Motorzylinder können fehleranfällig sein. Beispielsweise können die modellierten Werte signifikant von gemessenen Zylinderdruckwerten (wie etwa von Werten, die erlangt werden, wenn in jeden Zylinder ein Drucksensor eingebaut ist) abweichen. Dies kann größtenteils auf Verdichtungsdruckvariation von Zylinder zu Zylinder aufgrund der Luftverteilung (oder dynamischer Ladelufteffekte) und Verdichtungsratendifferenzen zwischen den instrumentierten und nicht instrumentierten Zylindern zurückzuführen sein. Zusätzlich haben Motoren typischerweise einen technischen Spielraum für Spitzenzylinderdrücke zwischen einem maximalen Grenzwert und einem Kalibrationsziel. Dieser technische Spielraum berücksichtigt Variabilität von Motor zu Motor und von Zylinder zu Zylinder. Fehler bei der Schätzung von Spitzenzylinderdruck können in größeren Spielräumen resultieren, um Variabilität von Motor zu Motor und von Zylinder zu Zylinder zu berücksichtigen. Dies kann wiederum das Spitzendrehmoment, das durch den Motor unterstützt wird, beschränken.
Die Erfinder haben erkennt, dass im Modell der Zylinderinnendruckverlauf in Verdichtungsdruck- und Verbrennungsdruckkomponenten zerlegt werden kann. Während der Verbrennungsdruck mit einem Verbrennungsereignis verbunden ist, das durch Kraftstoffeinspritzungsquantität und -zeitpunkt bestimmt wird, wird der Verdichtungsdruck durch die Luftverteilung und das Verdichtungsverhältnis beeinflusst. Während die Verbrennungsdruckrekonstruktion der nicht instrumentierten Zylinder durch Korrigieren über ein Kurbelwellenoszillationsmodell (das die Variation eines Verbrennungsereignisses von Zylinder zu Zylinder aufgrund von Variation von Kraftstoffeinspritzungsquantität und - zeitpunkt berücksichtigt) erlangt werden könnte, wurde die Verdichtungsdruckrekonstruktion über ähnliche Mittel nicht erreicht. Beispielsweise wurde für den Verdichtungsdruck der nicht instrumentierten Zylinder angenommen, dass dieser mit dem der instrumentierten Zylinder identisch ist, wobei die Variation von Luftverteilung und Verdichtungsverhältnis von Zylinder zu Zylinder vernachlässigt wurde. Die tatsächliche Variation des Verdichtungsdrucks von Zylinder zu Zylinder ändert sich jedoch mit Motorbetriebsparametern wie etwa Motordrehzahl. Der Verdichtungsdruck von jedem Zylinder hat eine Auswirkung auf nachfolgende Druckverläufe, darunter Verdichtungsdruck, und schließlich auf den maximalen Zylinderinnendruck. Dementsprechend erfährt das Modell Fehler beim Vorhersagen des maximalen Zylinderinnendrucks aufgrund von Variation des Verdichtungsdrucks von Zylinder zu Zylinder. In einem Beispiel, wenn der Verdichtungsdruck nicht genau bekannt ist und ein niedrigerer Wert aus Sicherheitsgründen angenommen wird, kann die Menge von Ladedruck, der an den Motor bereitgestellt wird, unnötig beschränkt sein, was den Motordrehmomentausgang beschränkt. Andererseits, wenn ein Drucksensor in jeden Zylinder eingebaut wurde, um den Fehler zu reduzieren, würden die Kosten- und Komplexitätsvorteile von reduzierter Komponentennutzung verloren gehen. Somit kann es schwierig sein, die Kosten von Druckbestimmung und die Genauigkeit von Druckbestimmung ins Gleichgewicht zu bringen.
In einem Beispiel können die vorstehenden Probleme zumindest teilweise durch ein Verfahren für einen Motor angegangen werden, das Folgendes umfasst: Messen eines maximalen Zylinderinnendrucks in einem ersten Zylinder über einen Drucksensor; und Ableiten des maximalen Zylinderinnendrucks in einem zweiten Zylinder auf Grundlage einer Differenz von dem gemessenen maximalen Zylinderdruck des ersten Zylinders, wobei die Differenz als eine Funktion von jedem von Zeitpunkt des Schließens des Einlassventils des zweiten Zylinders und Zylinderidentität bestimmt ist. Auf diese Weise können Variationen von Druckschätzung von Zylinder zu Zylinder reduziert werden, ohne dass Drucksensoren in jeden Zylinder eingebaut werden müssen.
Als ein Beispiel kann ein Mehrzylindermotorsystem einen einzelnen Druck innerhalb von einem der Motorzylinder (hierin nachfolgend als der instrumentierte oder angegebene Zylinder bezeichnet) eingebaut haben, während verbleibende Motorzylinder keine eingebauten Zylinder beinhalten (hierin nachfolgend als die nicht instrumentierten oder nicht angegebenen Zylinder bezeichnet). Während Bedingungen, bei denen Zylinderdruckschätzung erforderlich ist, wie etwa zum Schätzen von Kraftstoffeinspritzung, Aufladungsgrenzen usw., kann eine Motorsteuerung den Ausgang von dem Sensor verwenden, um den maximalen Zylinderinnendruck für den instrumentierten Zylinder zu schätzen und um den maximalen Zylinderinnendruck für die nicht instrumentierten Zylinder abzuleiten. Konkret kann die Steuerung für einen gegebenen nicht instrumentierten Zylinder den gemessenen Zylinderinnendruck des instrumentierten Zylinders mit einem oder mehreren Korrekturfaktoren modifizieren. Als ein Beispiel kann die Steuerung einen Faktor (z. B. alpha), der die Differenz in der Kraftstoffeinspritzungsquantität kompensiert, und einen anderen Faktor (z. B. delta), der die Differenz des Kraftstoffeinspritzungszeitpunkts zwischen den Zylindern kompensiert, anwenden. Ferner kann die Steuerung den gemessenen Zylinderinnendruck des instrumentierten Zylinders mit noch einem anderen Faktor (z. B. beta) modifizieren, der die Differenz bei der Luftaufladung zwischen Zylindern auf Grundlage der Differenz des Verdichtungsdrucks zwischen den Zylindern beim Schließen des Einlassventils (IVC) kompensiert. Für einen gegebenen Zylinder kann beta als eine Funktion von Motordrehzahl und Drehmomentsollwert abgebildet werden. Zusätzlich kann beta als eine Funktion des Standorts und der Identität eines gegebenen nicht instrumentierten Zylinders abgebildet werden. Dies ist darauf zurückzuführen, dass selbst bei zwei nicht instrumentierten Zylindern mit dem gleichen IVC aufgrund von Differenzen beim Staulufteffekt Differenzen beim Verdichtungsdruck vorhanden sein können. In einem Beispiel kann der Faktor beta während Dyno-Testung oder Kalibration von anderen Motorparametern abgebildet sein. Auf Grundlage des abgebildeten maximalen Zylinderinnendrucks der nicht angegebenen Zylinder und des angegebenen Zylinders können Motorbetriebsbedingungen eingestellt werden. Beispielsweise kann ein maximaler zulässiger Ladedruck so eingestellt werden, dass er bei oder innerhalb des maximalen Zylinderinnendrucks liegt. Als ein weiteres Beispiel kann ein AGR-Strom zu dem Motor auf Grundlage des maximalen Zylinderinnendrucks eingestellt werden.
Auf diese Weise kann die Genauigkeit der Schätzung des maximalen Zylinderinnendrucks verbessert werden, ohne dass zusätzlich Drucksensoren in jeden Zylinder eingebaut werden müssen. Der technische Effekt des Verwendens eines Korrekturfaktors, der Differenzen des Verdichtungsdrucks zwischen Zylindern kompensiert, besteht darin, dass die Variation von Luftladungsschätzung von Zylinder zu Zylinder reduziert werden kann. Durch genaueres Schätzen des maximalen Zylinderinnendrucks von jedem Zylinder kann der Ladedruck, der für den Motor bereitgestellt werden kann, genauer bestimmt werden. Beispielsweise kann ein höherer Ladedruck für den Motor bereitgestellt werden. Gleichermaßen kann ein höherer AGR-Strom bereitgestellt werden. Durch genaues Schätzen eines erhöhten maximalen Zylinderinnendrucks kann ein erhöhter maximaler Drehmomentausgang des Motors besser unterstützt werden.
Es versteht sich, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl an Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung näher beschrieben sind. Sie ist nicht dazu gedacht, wichtige oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu nennen, dessen Umfang einzig durch die Patentansprüche im Anschluss an die detaillierte Beschreibung definiert ist. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die vorstehend oder in einem beliebigen Teil der vorliegenden Offenbarung angeführte Nachteile überwinden.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Motorsystems.
2 zeigt ein Beispiel eines Motors mit einem einzelnen instrumentierten Zylinder und verbleibenden nicht instrumentierten Zylindern.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm auf hoher Ebene für ein beispielhaftes Verfahren zum Schätzen des maximalen Zylinderinnendrucks der nicht instrumentierten Zylinder auf Grundlage des gemessenen maximalen Zylinderinnendrucks des instrumentierten Zylinders und einem oder mehreren Korrekturfaktoren.
4 zeigt einen beispielhaften Beitrag von Verdichtungsdruckvariation hinsichtlich maximaler Zylinderinnendruckvariation von Zylinder zu Zylinder.
5 zeigt beispielhafte Variationen in Korrekturfaktor-beta-Kalibrierung mit Motordrehzahl und Drehmomentsollwert.
6 zeigt einen beispielhaften Vergleich von Zylinderinnendruck-Verlaufsschätzung mit und ohne Anwendung von Korrekturfaktor beta.
7 zeigt eine beispielhafte Tabelle, die maximale Zylinderinnendruckschätzung für alle nicht instrumentierten Motorzylinder mit und ohne Anwendung von Korrekturfaktor beta vergleicht.
8 zeigt beispielhafte Ergebnisse von Kalibration und Validierung des maximalen Z ylinderinnendrucks.
9 zeigt beispielhafte Validierungsergebnisse eines p_max-Schätzmodells unter Verwendung von transienten Dyno-Daten.

Detaillierte Beschreibung
Die vorliegende Beschreibung betrifft das Verbessern von Verbrennung innerhalb von Zylindern eines Verbrennungsmotors durch genaues Schätzen von maximalen Zylinderinnendrücken. 1 zeigt einen beispielhaften Zylinder eines Verbrennungsmotors. Nur einer der Motorzylinder kann mit einem Drucksensor instrumentiert sein, während die restlichen Zylinder nicht instrumentiert sind, wie in 2 gezeigt. Eine Motorsteuerung kann ausgelegt sein, um eine Steuerroutine, wie zum Beispiel die beispielhafte Routine aus 3, zum Schätzen des maximalen Zylinderinnendrucks für jeden der nicht instrumentierten Zylinder auf Grundlage des Ausgangs des Drucksensors, der an den instrumentierten Zylinder gekoppelt ist, und einem oder mehreren Korrekturfaktoren durchzuführen. Die Korrekturfaktoren können Faktoren beinhalten, die Variation von Kraftstoffeinspritzungsmenge, -zeitpunkt und Variationen von Verdichtungsdruckbeitrag kompensieren (4). Die Verdichtungsdruckvariation kann zum Verwenden eines Korrekturfaktors beta, der in Bezug auf Motordrehzahl und -drehmoment (5) kalibriert ist, kompensiert sein, um die Genauigkeit einer maximalen Zylinderinnendruckschätzung zu verbessern (6). Beispielhafte Schätzergebnisse sind in der Tabelle aus 7 gezeigt. Die Ergebnisse sind außerdem unter Verwendung von Prüfdaten validiert, wie in den 8-9 gezeigt.
Unter Bezugnahme auf 1 wird ein Verbrennungsmotor 10, umfassend eine Vielzahl von Zylindern, von denen ein Zylinder in 1 gezeigt ist, durch die elektronische Motorsteuerung 12 gesteuert. Der Motor 10 ist in einem Fahrzeug 5 enthalten, das für einen Straßenantrieb ausgelegt ist.
Der Motor 10 beinhaltet die Brennkammer 30 und die Zylinderwände 32 mit dem Kolben 36, der darin positioniert und mit der Kurbelwelle 40 verbunden ist. Es ist gezeigt, dass die Brennkammer 30 über das Einlassventil 52 bzw. Auslassventil 54 mit dem Ansaugkrümmer 44 und Abgaskrümmer 48 kommuniziert. Jedes Einlass- und Auslassventil kann durch einen Einlassnocken 51 und einen Auslassnocken 53 betrieben werden. Die Position des Einlassnockens 51 kann durch den Einlassnockensensor 55 bestimmt werden. Die Position des Auslassnockens 53 kann durch den Auslassnockensensor 57 bestimmt werden.
Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 ist der Darstellung nach so positioniert, dass sie Kraftstoff direkt in die Brennkammer 30 einspritzt, was dem Fachmann als Direkteinspritzung bekannt ist. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 66 gibt Kraftstoff in Abhängigkeit einer Impulsbreite der Steuerung 12 ab. Der Kraftstoff wird der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 66 durch ein Kraftstoffsystem (nicht gezeigt) zugeführt, das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und einen Kraftstoffverteiler (nicht gezeigt) beinhaltet. Der durch das Kraftstoffsystem zugeführte Kraftstoffdruck kann durch Variieren eines Positionsventils eingestellt werden, das die Strömung zu einer Kraftstoffpumpe (nicht gezeigt) reguliert. Zusätzlich kann ein Zumessventil zur Kraftstoffsteuerung mit geschlossenem Regelkreis in oder nahe dem Kraftstoffverteiler angeordnet sein. Ein Pumpenzumessventil kann zudem den Kraftstoffstrom zu der Kraftstoffpumpe regulieren, wodurch der Kraftstoff reduziert wird, der zu einer Hochdruckkraftstoffpumpe gepumpt wird.
Es ist gezeigt, dass der Ansaugkrümmer 44 mit einer optionalen elektronischen Drossel 62 kommuniziert, die eine Position der Drosselklappe 64 einstellt, um den Luftstrom aus der Einlassladekammer 46 zu steuern. Der Verdichter 162 saugt Luft aus dem Lufteinlass 42, um sie der Ladekammer 46 zuzuführen. Abgase bringen die Turbine 164 zum Drehen, die über die Welle 161 an den Verdichter 162 gekoppelt ist. Der Ladeluftkühler 115 kühlt vom Verdichter 162 verdichtete Luft. Die Verdichterdrehzahl kann durch Einstellen einer Position einer Steuerung 72 der variablen Leitschaufeln oder eines Verdichterumgehungsventils 158 eingestellt werden. In alternativen Beispielen kann ein Wastegate 74 die Steuerung 72 der variablen Leitschaufeln ersetzen oder zusätzlich zu dieser verwendet werden. Die Steuerung 72 der variablen Leitschaufeln stellt eine Position von Turbinenleitschaufeln mit variabler Geometrie ein. Abgase können durch die Turbine 164 strömen, wodurch geringe Energie zum Drehen der Turbine 164 zugeführt wird, wenn sich die Schaufeln in einer offenen Position befinden. Abgase können durch die Turbine 164 strömen und erhöhte Kraft auf die Turbine 164 aufbringen, wenn sich die Schaufeln in einer geschlossenen Position befinden. Alternativ ermöglicht das Wastegate 74 den Abgasen, um die Turbine 164 zu strömen, so dass die Energiemenge verringert wird, die der Turbine zugeführt wird. Das Verdichterumgehungsventil 158 ermöglicht, dass verdichtete Luft an dem Auslass des Verdichters 162 zu dem Einlass des Verdichters 162 zurückgeführt wird. Auf diese Art kann die Wirksamkeit des Verdichters 162 verringert werden, um den Strom des Verdichters 162 zu beeinflussen und den Ansaugkrümmerdruck zu verringern.
In dem abgebildeten Beispiel ist der Motor 10 ein verdichtungsgezündeter Motor, wobei die Verbrennung in der Brennkammer 30 eingeleitet wird, wenn sich Kraftstoff über Selbstzündung entzündet, wenn sich ein Kolben 36 dem oberen Totpunkt des Verdichtungstakts nähert. Beispielsweise kann der Motor 10 ein Dieselmotor sein.
In einigen Beispielen kann eine Breitbandlambda (UEGO)-Sonde 126 stromaufwärts einer Emissionsvorrichtung 70 an den Abgaskrümmer 48 gekoppelt sein. In anderen Beispielen kann die UEGO-Sonde stromabwärts von einer oder mehreren Abgasnachbehandlungsvorrichtungen angeordnet sein. Ferner kann die UEGO-Sonde in einigen Beispielen durch einen NOx-Sensor ersetzt werden, der sowohl NOx- als auch Sauerstofferfassungselemente aufweist.
Bei niedrigeren Motortemperaturen kann eine Glühkerze 68 elektrische Energie in Wärmeenergie so umwandeln, sodass eine Temperatur in der Brennkammer 30 erhöht wird. Durch das Erhöhen der Temperatur der Brennkammer 30 ist es unter Umständen einfacher, ein Zylinder-Luft-Kraftstoff-Gemisch über Verdichtung zu entzünden. Die Steuerung 12 stellt den Stromfluss und die Spannung ein, die der Glühkerze 68 zugeführt werden. Auf diese Art kann die Steuerung 12 eine Menge an elektrischer Leistung einstellen, die der Glühkerze 68 zugeführt wird. Die Glühkerze 68 steht in den Zylinder hervor und sie kann auch einen Drucksensor beinhalten, der zum Bestimmen des Drucks innerhalb der Brennkammer 30 in die Glühkerze integriert ist. In alternativen Beispielen, wie etwa wenn der Motor ein zündfunkengezündeter Motor ist, wie etwa ein Benzinmotor, kann Kraftstoff durch eine Zündkerze, die sich obenliegend an Zylinder befindet, auf Grundlage eines Vorzündungssignals, das von der Steuerung 12 empfangen wird, gezündet werden.
Die Emissionsvorrichtung 70 kann in einem Beispiel einen Partikelfilter und Katalysatorbausteine beinhalten. In einem anderen Beispiel können mehrere Emissionssteuervorrichtungen mit jeweils mehreren Bricks verwendet werden. Die Emissionsvorrichtung 70 kann in einem Beispiel einen Oxidationskatalysator beinhalten. In anderen Beispielen kann die Emissionsvorrichtung eine Mager-NOx-Falle oder eine selektive katalytische Reduktion (Selective Catalyst Reduction - SCR) und/oder einen Dieselpartikelfilter (DPF) beinhalten.
Abgasrückführung (AGR) kann dem Motor über ein AGR-Ventil 80 bereitgestellt werden. Das AGR-Ventil 80 ist ein Dreiwegeventil, das sich schließt oder Abgas ermöglicht, von der Emissionsvorrichtung 70 nachgelagert zu einem Standort im Verbrennungsmotorlufteinlasssystem zu strömen, der sich dem Verdichter 162 vorgelagert befindet. In alternativen Beispielen, kann AGR von stromaufwärts der Turbine 164 zum Ansaugkrümmer 44 strömen. AGR kann den AGR-Kühler 85 umgehen oder alternativ kann die AGR über Durchströmen des AGR-Kühlers 85 gekühlt werden. In anderen Beispielen können Hochdruck- und ein Niederdruck-AGR-Systeme bereitgestellt werden.
Die Steuerung 12 ist in 1 als ein herkömmlicher Mikrocomputer gezeigt, der Folgendes beinhaltet: eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingangs-/Ausgangskanäle 104, einen Nur-Lese-Speicher 106, einen Direktzugriffsspeicher 108, einen Keep-Alive-Speicher 110 und einen herkömmlichen Datenbus. Der Darstellung nach empfängt die Steuerung 12 zusätzlich zu den zuvor erläuterten Signalen unterschiedliche Signale von den mit dem Motor 10 verbundenen Sensoren, die Folgendes beinhalten: eine Motorkühlmitteltemperatur (engine coolant temperature - ECT) von einem Temperatursensor 112, der an eine Kühlhülse 114 gekoppelt ist; einen Positionssensor 134, der an ein Gaspedal 130 gekoppelt ist, um die Gaspedalposition zu erfassen, die durch einen Fahrer 132 eingestellt wird; eine Messung des Motorkrümmerdrucks (Engine Manifold Pressure - MAP) von einem Drucksensor 121, der an den Ansaugkrümmer 44 gekoppelt ist; einen Ladedruck von einem Drucksensor 122; eine Abgassauerstoffkonzentration von einem Sauerstoffsensor 126; einen Motorpositionssensor von einem Hall-Effekt-Sensor 118, der eine Position der Kurbelwelle 40 erfasst; eine Messung der in den Motor einströmenden Luftmasse von einem Sensor 120 (z. B. einem Hitzdraht-Luftmassenmesser); und eine Messung der Drosselvorrichtungsposition von einem Sensor 58. Der barometrische Druck kann ebenfalls zur Verarbeitung durch die Steuerung 12 erfasst werden (Sensor nicht gezeigt). In einem Beispiel der vorliegenden Beschreibung erzeugt der Motorpositionssensor 118 eine vorgegebene Anzahl gleichmäßig beabstandeter Impulse bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle, anhand derer sich die Motordrehzahl (RPM) bestimmen lässt.
Die Steuerung 12 empfängt Signale von den verschiedenen Sensoren aus 1 und setzt die verschiedenen Aktoren aus 1 ein, um den Verbrennungsmotorbetrieb auf Grundlage der empfangenen Signale und Anweisungen, die in einem Speicher der Steuerung gespeichert sind, einzustellen. Beispielsweise können auf Grundlage von Drehmomentbedarf, wie auf Grundlage von Eingang von dem Pedalpositionssensor abgeleitet, eine Kraftstoffeinspritzungsmenge und eine Ladedruckmenge eingestellt werden.
Wie unter Bezugnahme auf 2 ausgearbeitet, kann einer der Motorzylinder kann mit einem Drucksensor instrumentiert sein. Die Steuerung kann einen maximalen Zylinderinnendruck eines einzelnen Motorzylinders, der mit einem Zylinderinnendrucksensor instrumentiert ist, schätzen und Verbrennungsparameter für den gegebenen Zylinder auf Grundlage des geschätzten maximalen Zylinderinnendrucks einstellen. Ferner, wie unter Bezugnahme auf 3 ausgearbeitet, kann die Steuerung den maximalen Zylinderinnendruck für jeden der verbleibenden nicht instrumentierten Motorzylinder auf Grundlage des Ausgangs des einzelnen Drucksensors und ferner auf Grundlage einer Vielzahl von Korrekturfaktoren modellieren. Verbrennungsparameter für die verbleibenden Zylinder werden dann auf Grundlage der modellierten maximalen Zylinderinnendruckwerte eingestellt. Ferner können Einstellungen für AGR-Strom und Aufladung auf Grundlage der maximalen Zylinderinnendruckwerte für die Zylinder variiert werden. Beispielsweise können ein höherer AGR-Strom oder ein höherer Ladedruck in Hinblick auf einen höheren maximalen Zylinderinnendruckwert ermöglicht werden.
Während des Betriebs durchläuft jeder Zylinder innerhalb des Motors 10 typischerweise einen Viertaktzyklus: Der Zyklus beinhaltet den Ansaugtakt, Verdichtungstakt, Arbeitstakt und Ausstoßtakt. Während des Ansaugtakts schließt sich im Allgemeinen das Auslassventil 54 und das Einlassventil 52 öffnet sich. Luft wird über den Ansaugkrümmer 44 in die Brennkammer 30 eingebracht und der Kolben 36 bewegt sich zum Boden des Zylinders, um das Volumen innerhalb der Brennkammer 30 zu erhöhen. Die Position, an der sich der Kolben 36 nahe dem Boden des Zylinders und am Ende seines Taktes befindet (z. B. wenn die Brennkammer 30 ihr größtes Volumen aufweist), wird vom Fachmann typischerweise als unterer Totpunkt (UT) bezeichnet. Während des Verdichtungstakts sind das Einlassventil 52 und das Auslassventil 54 geschlossen. Der Kolben 36 bewegt sich in Richtung des Zylinderkopfs, um die Luft innerhalb der Brennkammer 30 zu verdichten. Der Punkt, an dem sich der Kolben 36 am Ende seines Takts und dem Zylinderkopf am nächsten befindet (z. B. wenn die Brennkammer 30 ihr geringstes Volumen aufweist), wird vom Fachmann typischerweise als oberer Totpunkt (OT) bezeichnet. In einem im Folgenden als Einspritzung bezeichneten Vorgang wird Kraftstoff in die Brennkammer eingebracht. In einigen Beispielen kann Kraftstoff eine Vielzahl von Malen während eines einzigen Zylinderzyklus in einen Zylinder eingespritzt werden. In einem nachfolgend als Zündung bezeichneten Vorgang wird der eingespritzte Kraftstoff durch Kompressionszündung entzündet, was zur Verbrennung führt. Während des Arbeitstakts drücken die sich ausdehnenden Gase den Kolben 36 zurück zum UT. Die Kurbelwelle 40 wandelt Kolbenbewegungen in ein Drehmoment der Drehwelle um. Schließlich öffnet sich das Auslassventil 54 während des Ausstoßtakts, um das verbrannte Luft-Kraftstoff-Gemisch an den Abgaskrümmer 48 abzugeben, und der Kolben kehrt zum OT zurück. Es ist zu beachten, dass Vorstehendes lediglich als Beispiel dient und dass die Zeitpunkte für das Öffnen und/oder Schließen des Einlass- und Auslassventils variieren können, wie etwa, um eine positive oder negative Ventilüberschneidung, ein spätes Schließen des Einlassventils oder verschiedene andere Beispiele bereitzustellen. Ferner kann in einigen Beispielen ein Zweitaktzyklus statt eines Viertaktzyklus verwendet werden.
In einigen Beispielen kann es sich bei dem Fahrzeug 5 um ein Hybridfahrzeug mit mehreren Drehmomentquellen handeln, die einem oder mehreren Fahrzeugrädern 155 zur Verfügung stehen. In anderen Beispielen ist das Fahrzeug 5 ein herkömmliches Fahrzeug nur mit einem Motor oder ein Elektrofahrzeug nur mit (einer) elektrischen Maschine(n). In dem gezeigten Beispiel beinhaltet das Fahrzeug 5 den Motor 10 und eine elektrische Maschine 152. Bei der elektrischen Maschine 152 kann es sich um einen Elektromotor oder einen Motorgenerator handeln. Die Kurbelwelle 40 des Motors 10 und die elektrische Maschine 152 sind über ein Getriebe 154 mit den Fahrzeugrädern 155 verbunden, wenn eine oder mehrere Kupplungen 156 eingekuppelt sind. In dem dargestellten Beispiel ist eine erste Kupplung 156 zwischen der Kurbelwelle 40 und der elektrischen Maschine 152 bereitgestellt und ist eine zweite Kupplung 156 zwischen der elektrischen Maschine 152 und dem Getriebe 154 bereitgestellt. Die Steuerung 12 kann ein Signal an einen Aktor jeder Kupplung 156 senden, um die Kupplung einzukuppeln oder auszukuppeln, um so die Kurbelwelle 40 mit bzw. von der elektrischen Maschine 152 und den damit verbundenen Komponenten zu verbinden oder zu trennen und/oder um die elektrische Maschine 152 mit bzw. von dem Getriebe 154 und den damit verbundenen Komponenten zu verbinden oder zu trennen. Bei dem Getriebe 154 kann es sich um ein Schaltgetriebe, ein Planetenradsystem oder eine andere Getriebeart handeln. Der Antriebsstrang kann verschiedenartig konfiguriert sein, darunter als Parallel-, Serien- oder Serien-Parallel-Hybridfahrzeug.
Die elektrische Maschine 152 nimmt elektrischen Strom aus einer Traktionsbatterie 60 auf, um den Fahrzeugrädern 155 Drehmoment bereitzustellen. Die elektrische Maschine 152 kann auch als Generator betrieben werden, um zum Beispiel während eines Bremsbetriebs elektrischen Strom zum Aufladen der Batterie 60 bereitzustellen.
Nun ist unter Bezugnahme auf 2 ein beispielhafter Motor 10 (wie etwa der Motor 10 aus 1) mit Darstellung von Standorten von Zylinderdrucksensoren zum Steuern von Verbrennung in dem Motor 10 gezeigt. In diesem Beispiel beinhaltet der Motor 10 acht Zylinder mit Brennkammern 30, die durchlaufend von 1 bis 8 nummeriert sind. Ein einzelner Drucksensor 68 ist in einem Motorzylinder eingebaut gezeigt. Konkret ist Zylinder Nummer ein mit einem Drucksensor 68 instrumentiert. Hierin wird der Zylinder, in dem die Drucksensoren eingebaut sind, als der angegebene Zylinder oder instrumentierte Zylinder bezeichnet. Keiner der verbleibenden Motorzylinder (Nummern zwei bis acht) verfügen über einen darin eingebauten Drucksensor. Diese verbleibenden Zylinder werden hierin an die nicht angegebenen oder nicht instrumentierten Zylinder bezeichnet.
Zylinderdruckrückmeldung, bereitgestellt durch den Drucksensor 68, der sich in Zylinder Nummer ein befindet, ist die Grundlage zum Steuerung von Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt und -quantität, sowie zum Einstellen von Verbrennung, für die Zylinder 1-8 über eine Vielzahl von Motordrehzahlen und -lasten. Beispielsweise kann ein maximaler Zylinderinnendruck von Zylinder 1 auf Grundlage von Zylinderdruckrückmeldung, die durch den Drucksensor 68 bereitgestellt wird, gemessen werden. Dieser gemessene Wert wird an den Speicher der Steuerung 12 gesendet und dort gespeichert. Dann kann der maximale Zylinderinnendruck der Zylinder 2-8 durch die Steuerung 12 auf Grundlage des maximalen Zylinderinnendrucks von Zylinder 1 und ferner auf Grundlage von Korrekturfaktoren (wie bei 3 ausgearbeitet) abgeleitet oder modelliert werden.
Auf diese Weise ermöglichen die Komponenten aus 1-2 ein Motorsystem, umfassend einen ersten Zylinder, der mit einem Zylinderinnendrucksensor instrumentiert ist; einen zweiten, nicht instrumentierten Zylinder; einen Motordrehzahlsensor, der an eine Motorkurbelwelle gekoppelt ist; und eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die für Folgendes auf einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind: Messen eines maximalen Zylinderinnendruckwertes des ersten Zylinders über den Drucksensor; Berechnen eines Verdichtungsdruckkorrekturfaktors auf Grundlage von jedem von einer Position des zweiten Zylinders ab einem Motorblock in Bezug auf den ersten Zylinder, Motordrehzahl und Einlassventilschließung des zweiten Zylinders in Bezug auf den ersten Zylinder; und Berechnen eines Verdichtungsdruckkorrekturfaktors auf Grundlage von jedem von einer Position des zweiten Zylinders ab einem Motorblock in Bezug auf den ersten Zylinder, Motordrehzahl und Einlassventilschließung des zweiten Zylinders in Bezug auf den ersten Zylinder; und Ableiten des maximalen Zylinderinnendruckwertes des zweiten Zylinders auf Grundlage des gemessenen maximalen Zylinderinnendruckwertes des ersten Zylinders und des berechneten Verdichtungsdruckkorrekturfaktors. Zusätzlich oder optional kann das System ferner einen Verdichter zum Bereitstellen einer Ladeluftladung für das Motorsystem umfassen, und die Steuerung kann ferner Anweisungen zum Begrenzen eines Ladedruckausgangs durch den Verdichter auf Grundlage des abgeleiteten maximalen Zylinderinnendruckwertes, wobei ein maximaler zulässiger Ladedruck erhöht wird, wenn der abgeleitete maximale Zylinderinnendruckwert steigt, beinhalten. In einigen Beispielen kann das System ferner einen AGR-Kanal zum Rückführen von Abgas aus einem Auslass zu einem Einlass des Motorsystems umfassen, der AGR-Kanal umfassend ein Ventil, und die Steuerung kann weitere Anweisungen zum Begrenzen von AGR-Strom auf Grundlage des abgeleiteten maximalen Zylinderinnendruckwertes beinhalten, wobei ein maximaler zulässiger AGR-Strom erhöht wird, wenn der abgeleitete maximale Zylinderinnendruckwert steigt. Zusätzlich kann die Steuerung den Verdichtungsdruckkorrekturfaktor durch Schätzen von Stauluft, empfangen in dem zweiten Zylinder, in Bezug auf den ersten Zylinder auf Grundlage der Position des zweiten Zylinders an dem Motorblock in Bezug auf den ersten Zylinder und durch Einstellen des Korrekturfaktors auf Grundlage der geschätzten Stauluftdifferenz zwischen dem zweiten Zylinder und dem ersten Zylinder berechnen. In einem Beispiel beinhaltet das Einstellen des Korrekturfaktors ein Erhöhen des Korrekturfaktors, wenn die geschätzte Stauluftdifferenz steigt. In einem anderen Beispiel beinhaltet das Einstellen des Korrekturfaktors ein Verringern des Korrekturfaktors, wenn die geschätzte Stauluftdifferenz steigt.
Auf diese Weise wird Verbrennung in allen Motorzylindern auf Grundlage von Zylinderdruckdaten, die durch einen einzelnen Drucksensor während eines Zylinderzyklus beobachtet werden, gesteuert. Durch Reduzieren des Erfordernisses, dass Drucksensoren in jedem Zylinder eingebaut werden, werden Komponentenkosten und Komplexität reduziert. Gleichzeitig wird dadurch, dass kalibrierte Korrekturfaktoren verwendet werden, um den Druckwert für einen nicht instrumentierten Zylinder unter Verwendung von Daten, die an dem einzelnen instrumentierten Zylinder aufgenommen werden, abzuleiten, die Genauigkeit von Druckschätzung nicht beeinträchtigt. Demzufolge kann die Zylinderverbrennung besser gesteuert werden.
Unter Bezugnahme auf 3 ist nun ein beispielhaftes Verfahren 300 zum Bestimmen des maximalen Zylinderinnendruckwerte (pmax) für jeden Zylinder eines Motors und zum entsprechenden Einstellen von motorischer Verbrennung gezeigt. Das Verfahren ermöglicht es, dass p_max für alle Motorzylinder genau bestimmt werden kann, während ein einzelner eingebauter Zylinderdrucksensor verwendet wird. Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens 300 und der übrigen hier beinhalteten Verfahren können durch eine Steuerung auf der Grundlage von auf einem Speicher der Steuerung gespeicherten Anweisungen und in Verbindung mit von Sensoren des Verbrennungsmotorsystems empfangenen Signalen ausgeführt werden, wie etwa den vorstehend unter Bezugnahme auf 1-2 beschrieben sind, ausgeführt werden. Die Steuerung kann Motoraktoren des Motorsystems einsetzen, um den Motorbetrieb gemäß den nachstehend beschriebenen Verfahren anzupassen.
Bei 302 können Motorbetriebsbedingungen geschätzt und/oder gemessen werden. Beispielsweise können Motordrehzahl, Motortemperatur, Ladedruck, Abgastemperatur, Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, Umgebungsbedingungen (wie etwa Umgebungsdruck, - temperatur und -feuchtigkeit), MAP, MAF usw. gemessen werden. Bei 304 kann bestimmt werden, ob die Bedingungen Bestimmung des maximalen Zylinderinnendrucks erfüllt wurden. Beispielsweise kann bestimmt werden, ob ein Schwellenzeitraum oder -abstand des Fahrzeugbetriebs (oder Motorbetriebs) seit einer letzten Schätzung des maximalen Zylinderinnendrucks für alle Motorzylinder verstrichen ist. Als ein anderes Beispiel können Kalibrationsbedingungen als erfüllt erachtet werden, wenn ein oder mehrere Motorbetriebsparameter, wie etwa Motorkühlmitteltemperatur, Kraftstoffeinspritzungsquantität und Motordrehzahl Ermöglichungsbedingungen für Druckmessung und/oder Ausführung des Modells für maximalen Zylinderinnendruck (p_max) erfüllen.
Wenn die Kalibrationsbedingungen nicht erfüllt sind, dann beinhaltet das Verfahren bei 306 ein Abrufen eines letzten geschätzten Wertes von maximalem Zylinderinnendruck, oder p_max, für jeden der Motorzylinder. Dann können bei 320 ein oder mehrere Motorbetriebsparameter und deren Kalibration auf Grundlage der abgerufenen Werte angepasst werden. Beispielsweise können eines oder mehrere von einer Ladedruckgrenze, einer AGR-Grenze, Kraftstoffeinspritzung (Menge und Zeitpunkt) usw. auf Grundlage des p_max-Werts von jedem Zylinder berechnet werden.
Zurück bei 304, wenn die Kalibrationsbedingungen erfüllt sind, beinhaltet das Verfahren bei 308 ein Messen des Zylinderinnendrucks für den angegebenen oder instrumentierten Zylinder über den Zylinderinnendrucksensor (ICPS), der darin eingebaut ist. Beispielsweise kann der Sensorausgang gesammelt werden. Bei 310 beinhaltet das Verfahren ein Bestimmen von p_max für den angegebenen Zylinder. Beispielsweise kann die Steuerung den maximalen Wert in dem gemessenen Zylinderinnendruckverlauf wählen.
Bei 312 beinhaltet das Verfahren ein Bestimmen eines Korrekturfaktors alpha (α) für jeden der verbleibenden nicht angegebenen oder nicht instrumentierten Zylinder. Der Korrekturfaktor α kann eine Korrektur sein, die Kraftstoffeinspritzungsquantität kompensiert. Bei 314 beinhaltet das Verfahren ein Bestimmen eines Korrekturfaktors delta (δ) für jeden der nicht angegebenen oder nicht instrumentierten Zylinder. Der Korrekturfaktor δ kann eine Korrektur sein, die Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt kompensiert.
Bei 316 beinhaltet das Verfahren ein Berechnen eines Korrekturfaktors beta (β) für jeden der nicht angegebenen oder nicht instrumentierten Zylinder. Der Korrekturfaktor β kann auf dem Zeitpunkt des Schließens des Zylindereinlassventils (IVC) basieren und kann Differenzen des Staulufteffekts kompensieren. Insbesondere können diese Differenzen in Verdichtungsdruckvariation zwischen Zylindern resultieren, was wiederum die p_max-Werte für jeden Zylinder beeinträchtigt.
Bei 317 beinhaltet das Verfahren ein Rekonstruieren des Druckverlaufs der nicht angegebenen Zylinder auf Grundlage des Druckverlaufs der angegebenen Zylinder und ferner auf Grundlage der Korrekturfaktoren alpha, beta und delta. Bei 318 beinhaltet das Verfahren ein Berechnen von p_max für jeden der nicht angegebenen Zylinder auf Grundlage des rekonstruierten Zylinderinnendruckverlaufs.
Dann können bei 320 ein oder mehrere Motorbetriebsparameter und deren Kalibrationen auf Grundlage der bestimmten Werte angepasst werden. Beispielsweise können eines oder mehrere von einer Ladedruckgrenze, einer AGR-Grenze, Kraftstoffeinspritzung (Menge und Zeitpunkt) usw. auf Grundlage des p_max-Werts von jedem Zylinder berechnet werden. In einem Beispiel kann, da der mittlere maximale Zylinderinnendruckwert über den Motorzylindern größer wird, das Ladegrenze erhöht werden und es kann ein höherer Ladedruck ermöglicht werden. Gleichermaßen kann die AGR-Grenze erhöht werden und es kann ein höherer AGR-Strom ermöglicht werden. Als ein weiteres Beispiel kann eine Kraftstoffeinspritzungsmenge erhöht werden, ohne dass eine Abweichung zu einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis auftritt.
Beim Modellieren des Zylinderdruckverlaufs mit einem einzelnen ICPS zum Vorhersagen des Zylinderinnendruckverlaufs für die anderen Zylinder können Fehler bei der Vorhersage gegenüber der Messung in Bezug auf die Zylinderinnendruckverläufe auftreten. Als Hauptgrund wurde die Verdichtungsdruckvariation von Zylinder zu Zylinder aufgrund der Luftverteilung und Verdichtungsratendifferenzen zwischen den instrumentierten und nicht instrumentierten Zylindern bestimmt.
In dem Modell wurde ein Zylinderinnendruckverlauf zu Verdichtungsdruck- und Verbrennungsdrückverläufen zerlegt, wie unter Bezugnahme auf 4 gezeigt. Während der Verbrennungsdruck mit einem Verbrennungsereignis verbunden ist, das durch Kraftstoffeinspritzungsquantität und -zeitpunkt bestimmt wird, wird der Verdichtungsdruck durch die Luftverteilung und das Verdichtungsverhältnis beeinflusst.
Unter kurzer Bezugnahme auf 4 zeigt das Diagramm 400 bei Verlauf 402 einen Verlauf des gesamten Zylinderinnendrucks für alle Motorzylinder, die mit entsprechenden Sensoren instrumentiert sind. Der gesamte Zylinderinnendruck wird dann zu Verläufen von konstituierendem Verbrennungsdruck (cmb) bei Verlauf 406 und Verläufen von Verbrennungsdruck (cmp) bei Verlauf 404 zerlegt. Für einen gegebenen Zylinder kann der Verlauf des Zylinderinnendrucks, der gemessen ist (p_cy1(θ)), wie folgt bestimmt werden: $p_{cyl} (θ) = p_{cmp} (θ) + p_{cmb} (θ),$
wobei θ der Kurbelwinkel ist.
Wie in 4 ersichtlich, wird die Variation des maximalen Zylinderinnendrucks von Zylinder zu Zylinder beibehalten, was eher durch die Verdichtungsdruckvariation als durch die Verbrennungsdruckvariation verursacht wird. Der Verbrennungsdruck wird durch die Verbrennung in Verbindung mit Kraftstoffeinspritzungsquantität und -zeitpunkt bestimmt. Bei einem gegebenen Motorbetriebspunkt ist die Kraftstoffeinspritzungsvariation von Zylinder zu Zylinder kleiner als die Luftladungsvariation, die die Verdichtungsdruckvariation beeinflusst.
Für die Verbrennungsdruckrekonstruktion des nicht angegebenen Zylinders wurde angenommen, dass die Form des Verbrennungsdrucks identisch zu der des angegebenen Zylinders ist, und der Verbrennungsdruck könnte durch ein Kurbelwellenoszillationsmodell korrigiert werden, um die Variation von Verbrennungsereignissen von Zylinder zu Zylinder aufgrund von Variation von Kraftstoffeinspritzungsquantität und -zeitpunkt zu berücksichtigen. Für den Verdichtungsdruck der nicht angegebenen Zylinder wurde zuerst angenommen, dass dieser mit dem der angegebenen Zylinder identisch ist, wobei die Variation von Luftverteilung und Verdichtungsverhältnis von Zylinder zu Zylinder vernachlässigt wurde.
Die tatsächliche Variation des Verdichtungsdrucks von Zylinder zu Zylinder steigt jedoch mit steigender Motordrehzahl, wie in 5 angegeben. Der Verdichtungsdruck von jedem Zylinder hat eine Auswirkung auf nachfolgende Druckverläufe (Verdichtungsdruck) und beeinflusst schließlich den maximalen Zylinderinnendruck. Dementsprechend erfährt das Modell Fehler beim Vorhersagen des maximalen Zylinderinnendrucks, wenn das Modell die Variation des Verdichtungsdrucks von Zylinder zu Zylinder nicht berücksichtigt.
In einem Beispiel kann der Fehler eine Größe von bis zu 2 bar von RMSE (Wurzel aus dem mittleren quadratischen Fehler)-Vollbereichen bei niedrigem Drehzahlbereich und bis zu 9 bar von RMSE-Vollbereichen bei höherer Drehzahl aufweisen, wobei die Verdichtungsdruckvariation vernachlässigt wird. Fehler dieser Größe könnten die Verwendung von Zylinderdruckverlaufsschätzung zum Vorhersagen von maximalem Zylinderdruck ausschließen.
Wie vorstehend erörtert, sind die Hauptursachen von Variation im Zylinderinnendruck zwischen Zylindern auf Zeitpunkt (delta), Kraftstoffquantität (alpha) und Druck bei Schließung des Einlassventils (beta) zurückzuführen, wie durch die folgende Gleichung angegeben: ${\hat{p}}_{c y l, i} (m o d e l l i e r t e r p_{c y l}) = p_{c m p,0} + {\hat{p}}_{c m p, i} = p_{c m p, 0} + β \cdot [α \cdot 0 (θ - δ)]$
wobei sich p_cmp,0 und p_cmb,0 auf den Verdichtungsdruck bzw. den Verbrennungsdruck beziehen und auf Grundlage der ICPS-Messung in dem angegebenen Zylinder bekannt sind.
Der Korrekturfaktor delta für einen gegebenen Zylinder (δ_i) wird wie folgt bestimmt: $δ_{i} = CA 50_{i} - CA 50_{0}$
wobei CA50₀ die ICPS-Messung in dem angegebenen Zylinder ist und CA50i der Ausgang des Kurbelwellenoszillationsmodells ist.
Der Korrekturfaktor alpha für einen gegebenen Zylinder (α_i) wird über die folgende Gleichung bestimmt: $t r q_{I n r, i} = \int p_{c y l, i} d V = \int p_{c m p,0} d V + α_{i} \int p_{c m b,0} (θ - δ_{i}) d V$
wobei trq_Inr,i ein bekannter Wert ist, der aus dem Kurbelwellenoszillationsmodell ausgegeben wird, p_cmp,0 und p_cmb,0 bekannte Werte aus der ICPS-Messung des angegebenen Zylinders sind, delta durch CA50_i-CA50₀ bestimmt ist und dV ein gegebener Wert ist. Somit kann alpha berechnet werden.
Der Korrekturfaktor beta für einen gegebenen Zylinder (β_i) wird dann wie folgt bestimmt: $β_{i} = \frac{m a x (p_{c m p, i})}{m a x (p_{c m p,0})}$
Dann wird der maximale Zylinderinnendruck für einen gegebenen Zylinder wie folgt bestimmt: ${\hat{p}}_{m a x, i} = m a x ({\hat{p}}_{c y l, i})$
Konkret kann der Druckverlauf von jedem nicht angegebenen Zylinder auf Grundlage des Druckverlaufs der angegebenen Zylinder und ferner auf Grundlage der Korrekturfaktoren alpha, beta und delta rekonstruiert werden. Der maximale Zylinderinnendruck des nicht angegebenen Zylinders kann dann auf Grundlage des rekonstruierten Druckverlaufs vorhergesagt werden.
Die Faktoren alpha und delta können unter Verwendung der einzelnen ICPS-Messung und des Kurbelwellenoszillationsmodells berechnet werden. Zusätzlich kann der Faktor beta angewendet werden, um Differenzen bei der Luftladung zwischen Zylindern zu berücksichtigen. Beta ist hauptsächlich eine Funktion Motordrehzahl und Motorlast und wird für eine Motorfamilie kalibriert. Das Hinzufügen des Faktors beta verbessert den Schätzwert für den maximalen Zylinderinnendruck von ~5 bar auf ~1,5 bar.
Eine beispielhafte beta-Kalibration ist unter Bezugnahme auf die Verläufe 500-506 aus 5 gezeigt. Insbesondere zeigt 5 in den Verläufen 500-506 beta-Muster in Bezug auf vier unterschiedliche Motordrehzahl- und verschiedene Drehmomentsollwerte pro Zylinder. Wie in 5 gezeigt, ändert sich beta mit der Motordrehzahl und dem Drehmomentsollwert, und der beta-Wert steigt mit einer Zunahme der Motordrehzahl. Somit kann beta als eine Funktion von Motordrehzahl und Drehmomentsollwert angenähert werden. In jedem Fall kann der Korrekturfaktor beta, der den gefundenen Fehler durch Verdichtungsverhältnis und Luftverteilungseffekt kompensiert, beta, als das Verhältnis von maximalem Verdichtungsdruck eines angegebenen Zylinders zu dem des nicht angegebenen Zylinders definiert werden.
In noch weiteren Beispielen kann beta aus Motorbetriebsbedingungen wie etwa Ansaugkrümmerdruck in Echtzeit geschätzt werden. Eine Motorsteuerung kann den Faktor beta pro Zylinder als eine Funktion der Motordrehzahl (oder Motordrehzahl & Drehmomentsollwert) abbilden. Diese Korrektur wird dann als β_i bezeichnet, wobei sich das tiefgestellte i auf die Zylindernummer bezieht.
Nach dem Analysieren von Daten wurde festgestellt, dass die Variation des Verdichtungsdrucks von Zylinder zu Zylinder steigt, wenn die Motordrehzahl steigt, und die Variation des maximalen Zylinderinnendrucks selbst mit fester/m befohlener/m Kraftstoffeinspritzungsmenge und -zeitpunkt bei einer gegebenen Motorbetriebsbedingung hauptsächlich durch die Variation des Verdichtungsdrucks beeinflusst wird. Jeder Zylinderverbrennungsdruckverlauf hat eine ähnliche Größe und Phasenlage zueinander mit jedem anderen bei einer gegebenen Motorbetriebsbedingung, da die Variation von Kraftstoffeinspritzungsmenge und -zeitpunkt bei Normalbedingungen im Vergleich zu der Variation des Verdichtungsdrucks relativ klein ist.
Die Variation der Luftverteilung, die die grundlegende Ursache der Variation des Verdichtungsdrucks von Zylinder zu Zylinder ist, wird hauptsächlich durch einen Staulufteffekt (Luftwegdynamik) verursacht, und der Staulufteffekt ist eng mit der Motorgeometrie verbunden. Beispielsweise kann die Menge von Stauluft, die in einem gegebenen Zylinder aufgenommen wird, eine Funktion eines Standorts des Zylinders entlang eines Motorblocks sein und ferner in Bezug zu Ansaugrohr-, Ansaugkanal- oder Ansaugluftsammlerstandorten stehen. Sobald ein geometrisches Motordesign fest ist, weist der Staulufteffekt in Abhängigkeit von der Motordrehzahl (oder der Motordrehzahl und dem Drehmomentsollwert) ein Muster auf, was bedeutet, dass der Korrekturfaktor beta als eine Zuordnung als eine Funktion der Motordrehzahl (oder der Motordrehzahl und des Drehmomentsollwerts) konfiguriert werden kann. Wenn ein einzelner Drucksensor in einen angegebenen Zylinder eingebaut ist, kann ein entsprechender beta-Wert für die nicht angegebenen Zylinder (das Verhältnis von maximalem Verdichtungsdruck des angegebenen Zylinders zu dem des nicht angegebenen Zylinders) auch durch Kalibration unter Verwendung von typischen Dyno-Zuordnungsdaten vordefiniert werden. Zusätzlich kann dieser Korrekturfaktor nach einem einfachen Kalibrationsprozess für unterschiedliche Motoren angewendet werden.
Auf diese Weise kann eine Steuerung einen maximalen Zylinderinnendruck in einem ersten Zylinder über einen Drucksensor messen; und dann den maximalen Zylinderinnendruck in einem zweiten Zylinder auf Grundlage einer Differenz von dem gemessenen maximalen Zylinderdruck des ersten Zylinders ableiten. Die Differenz ist als eine Funktion von jedem von Zeitpunkt des Schließens des Einlassventils des zweiten Zylinders und Zylinderidentität bestimmt. In einem Beispiel beinhaltet die als eine Funktion von Zylinderidentität bestimmte Differenz die Differenz, die als eine Funktion von einem oder mehreren von einem Standort des Zylinders an einem Motorblock, einer Position des Zylinders in Bezug auf einen Ansaugluftsammler oder ein Ansaugrohr, und einer Motorzündreihenfolge bestimmt ist. Beispielsweise kann es bestimmt sein, dass sich ein Zylinder näher an oder weiter weg von einem Ansaugluftsammler befindet, sodass der Staulufteffekt an dem zweiten Zylinder besser geschätzt und berücksichtigt werden kann. Somit wird die als eine Funktion von Zylinderidentität bestimmte Differenz dazu verwendet, eine Differenz aufgrund von Staulufteffekt auf den zweiten Zylinder in Bezug auf den ersten Zylinder abzuleiten. In diesem Beispiel ist der Drucksensor in dem ersten Zylinder (auch bezeichnet als der instrumentierte oder angegebene Zylinder) und nicht in dem zweiten Zylinder (auch bezeichnet als der nicht instrumentierte oder nicht angegebene Zylinder) eingebaut. Die als eine Funktion des Zeitpunkts des Schließens des Einlassventils bestimmte Differenz kann ferner ein Anwenden eines Korrekturfaktors, der auf Grundlage von Motordrehzahl variiert, beinhalten. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die als eine Funktion des Zeitpunkts zum Schließen des Einlassventils (IVC) bestimmte Differenz eine Differenz von Verdichtungsdruck zwischen dem zweiten Zylinder und dem ersten Zylinder aufgrund der Differenz des IVC-Zeitpunkts beinhaltet. Das Ableiten kann ferner auf einer Differenz von Verdichtungsdruck zwischen dem zweiten Zylinder und dem ersten Zylinder basieren, wobei die Differenz von Verdichtungsdruck als eine Funktion von Kraftstoffeinspritzmenge und Kraftstoffeinspritzzeitpunkt geschätzt ist.
In einigen Beispielen kann die Steuerung ferner einen Betriebsparameter des zweiten Zylinders einstellen, um den tatsächlichen Zylinderdruck auf oder unter dem maximalen Zylinderinnendruck des zweiten Zylinders zu halten. Beispielsweise kann die Steuerung den Zündzeitpunkt auf einen Grenzwert auf Grundlage des maximalen Zylinderinnendrucks verzögern. Als ein weiteres Beispiel kann die Steuerung den Ladedruck auf Grundlage des maximalen Zylinderinnendrucks begrenzen, wodurch ein höherer absoluter Ladedruck und eine höhere Motorleistung ermöglicht werden. Als ein noch weiteres Beispiel kann die Steuerung den Strom von Abgasrückführung auf Grundlage des maximalen Zylinderinnendrucks begrenzen, wodurch eine höhere absolute Menge von AGR-Strom, der bereitgestellt werden kann, ermöglicht wird.
6 zeigt einen beispielhaften Vergleich eines Zylinderinnendruckverlaufs mit und ohne Anwendung von beta-Korrektur. Wie im Diagramm 600 gezeigt, zeigt ein Vergleich von Verlauf 604 (modellierter Wert ohne beta-Korrektur) und Verlauf 602 (modellierter Wert mit beta-Korrektur) eine signifikante Variation 608, die hierin beta entspricht. Zusätzlich fällt der beta-korrigierte modellierte Druckverlauf aus Verlauf 602 besser mit dem tatsächlichen gemessenen Druckverlauf von Verlauf 606 für einen entsprechenden Zylinder mit einem instrumentierten Drucksensor zusammen. In anderen Worten sagt der rekonstruierte Druckverlauf mit der beta-Korrektur p_max mit höherer Genauigkeit und Zuverlässigkeit vorher.
Das Modell mit dem Korrekturfaktor beta wurde auch unter Verwendung von verschiedenen dauerhaften und transienten Dyno-Datensätzen validiert. Wie in den 7-9 gezeigt, war der modellierte Ansatz in der Lage, den maximalen Zylinderinnendruck mit weniger als 2,5 bar RMSE bei vollständigen Motorbetriebsbereichen vorherzusagen.
7 zeigt einen beispielhaften Vergleich von p_max-Schätzung zwischen Daten, die mit (Tabelle 702) und ohne (Tabelle 700) beta-Korrektur unter Verwendung von Kraftstoff-Sweep- und Haupteinspritzungszeitpunkt (phiMI)-Sweep-Daten gesammelt wurden. Wie gezeigt, verbessert die beta-Korrektur die p_max-Schätzung, insbesondere bei höheren Motordrehzahlbedingungen, es wird die Genauigkeit der p_max-Schätzung von 3,1 bar RMSE auf 1,8 bar RMSE mit Kraftstoff-Sweep-Daten verbessert und es wird die Genauigkeit von 5,1 bar auf 1,8 bar RMSE mit phiMI-Sweep-Daten verbessert.
Für den Kraftstoff- und phiMI-Sweep-Test werden Kraftstoffquantität oder Haupteinspritzungszeitpunkt von einem Zylinder auf 4 unterschiedliche Werte im Vergleich zu dem Grundzustand bei einem gegebenen Betriebspunkt voreingestellt und die Kraftstoffquantität und der Einspritzungszeitpunkt der verbleibenden Zylinder werden wie bei dem Grundzustand beibehalten. In dem Datensatz, der in 7 gezeigt ist, wurden acht Zylinder-Kraftstoff- und -phiMI-Sweep-Tests bei 42 unterschiedlichen Betriebspunkten durchgeführt.
8 zeigt Validationsergebnisse unter Verwendung von Datensätzen im stabilen Zustand in den Tabellen 800, 802. Das Modell wurde unter Verwendung von verschiedenen Datensätzen und die Genauigkeit der p_max-Schätzung ist niedriger als 2,5 bar RMSE bei vollständigen Motorbetriebsbereichen. Für den AGR-Sweep-Test wurde das AGR-Niveau auf 3 oder 5 voreingestellte Niveaus im Vergleich zu dem Grundzustand bei jedem Motorbetriebspunkt geändert. In dem Datensatz, der in 8 gezeigt ist, wurden 120 Motorbetriebspunkte für den AGR-Sweep verwendet.
9 zeigt Validationsergebnisse unter Verwendung von transienten Dyno-Testdaten in den Verläufen 900-905. Darin wurde das Modell ebenfalls unter Verwendung von transienten Dyno-Testdaten, was ein HDDT (Schwerlast-Diesel-LKW)-Zyklus ist, validiert. Das Modell sagt p_max mit weniger als 1,1 bar RMSE vorher.
In einem Beispiel kann die Steuerung den Zylinderinnendruck des angegebenen Zylinders messen und dann den maximalen Zylinderinnendruck der nicht angegebenen Zylinder auf Grundlage einer Berechnung unter Verwendung einer Lookup-Tabelle bestimmen, wobei der Eingang der Zylinderinnendruck des angegebenen Zylinders und die aktuelle Motordrehzahl und -last ist. Der erzeuge Ausgang beinhaltet die unterschiedlichen Korrekturfaktoren. Die Faktoren werden dann in einer Berechnung, einem Modell, einer Gleichung oder einem Algorithmus verwendet, um den maximalen zylinderinnendruck von jedem von den nicht angegebenen Zylindern zu bestimmen. Beispielsweise kann die Steuerung den Zylinderdruck für einen Zylinder, der mit einem Drucksensor instrumentiert ist messen; und dann kann die Steuerung für jeden verbleibenden nicht instrumentierten Zylinder den Zylinderdruck auf Grundlage des gemessenen Zylinderdrucks und einer Differenz von dem gemessenen Zylinderdruck modellieren, wobei die Differenz auf Grundlage von jedem von Variation von Verdichtungsdruck und Stauluft zwischen Zylindern bestimmt ist. Danach kann die Steuerung den Motorladedruck auf Grundlage des modellierten Zylinderdrucks einstellen. Die Steuerung kann auch die Variation des Verdichtungsdrucks durch Anwenden eines von der Motordrehzahl abhängigen Korrekturfaktors für den gemessenen Zylinderdruck schätzen. Ferner kann die Steuerung die Variation der Stauluft zwischen den Motorzylindern auf Grundlage des Einlassventilschließzeitpunkts von jedem der verbleibenden nicht instrumentierten Zylinder in Bezug auf den instrumentierten Zylinder schätzen. Die Variation der Stauluft kann ferner auf Grundlage der Zylinderposition entlang eines Motorblocks und der Zündreihenfolge geschätzt werden. Dies berücksichtigt die Variation des Verdichtungsdrucks. Der modellierte Zylinderdruck kann ferner auf der Variation des Verbrennungsdrucks basieren, wobei die Variation des Verbrennungsdrucks auf Grundlage von Kraftstoffeinspritzungsmenge und Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt von jedem von den verbleibenden nicht instrumentierten Zylindern in Bezug auf den instrumentierten Zylinder geschätzt wird. Auf diese Weise wird die Luftladungsschätzung verbessert, während die Anzahl von erforderlichen Drucksensoren reduziert wird, und das ohne die Genauigkeit zu beeinträchtigen. Durch Erfassen des maximalen Zylinderinnendrucks in einem Zylinder und Ableiten des Wertes in verbleibenden Zylindern durch Anwenden von verschiedenen Korrekturfaktoren kann der Beitrag von Differenzen von Verbrennungsdruck und Verdichtungsdruck zwischen Zylindern besser berücksichtigt werden. Durch Berücksichtigen von Differenzen beim IVC-Zeitpunkt zwischen Zylindern können die Differenzen von Verdichtungsdruck zwischen Zylindern genau geschätzt werden. Ebenfalls durch Berücksichtigen von Differenzen in der Zylinderposition kann der unterschiedliche Staulufteffekt, der in jedem Zylinder wahrgenommen wird, besser geschätzt werden. Durch genaues Schätzen des maximalen Zylinderinnendrucks von jedem Zylinder können Motordruckgrenzen aktualisiert werden, was ein optimaleres Planen von Aufladung und AGR ermöglicht. Dadurch kann die Motorleistung verbessert werden, während eine höhere Motorleistung unterstützt wird.
Ein beispielhaftes Verfahren umfasst: Messen eines maximalen Zylinderinnendrucks in einem ersten Zylinder über einen Drucksensor; und Ableiten des maximalen Zylinderinnendrucks in einem zweiten Zylinder auf Grundlage einer Differenz von dem gemessenen maximalen Zylinderdruck des ersten Zylinders, wobei die Differenz als eine Funktion von jedem von Zeitpunkt des Schließens des Einlassventils des zweiten Zylinders und Zylinderidentität bestimmt ist. In dem vorhergehenden Beispiel, zusätzlich oder optional, beinhaltet die als eine Funktion von Zylinderidentität bestimmte Differenz die Differenz, die als eine Funktion von einem oder mehreren von einem Standort des Zylinders an einem Motorblock, einer Position des Zylinders in Bezug auf einen Ansaugluftsammler oder ein Ansaugrohr, und einer Motorzündreihenfolge bestimmt ist. In einem beliebigen oder allen vorhergehenden Beispielen, zusätzlich oder optional, beinhaltet die als eine Funktion von Zylinderidentität bestimmte Differenz eine Differenz aufgrund von Staulufteffekt auf den zweiten Zylinder in Bezug auf den ersten Zylinder. In einem beliebigen oder allen vorhergehenden Beispielen, zusätzlich oder optional, ist der Drucksensor in dem ersten Zylinder und nicht in dem zweiten Zylinder eingebaut. In einem beliebigen oder allen vorhergehenden Beispielen, zusätzlich oder optional, beinhaltet die als eine Funktion des Zeitpunkts des Schließens des Einlassventils bestimmte Differenz ein Anwenden eines Korrekturfaktors, der auf Grundlage von Motordrehzahl variiert. In einem beliebigen oder allen vorhergehenden Beispielen, zusätzlich oder optional, beinhaltet die als eine Funktion des Zeitpunkts des Schließens des Einlassventils bestimmte Differenz eine Differenz von Verdichtungsdruck zwischen dem zweiten Zylinder und dem ersten Zylinder. In einem beliebigen oder allen vorhergehenden Beispielen, zusätzlich oder optional, basiert das Ableiten ferner auf einer Differenz von Verdichtungsdruck zwischen dem zweiten Zylinder und dem ersten Zylinder, wobei die Differenz von Verdichtungsdruck als eine Funktion von Kraftstoffeinspritzmenge und Kraftstoffeinspritzzeitpunkt geschätzt ist. In einem beliebigen oder allen vorhergehenden Beispielen, zusätzlich oder optional, umfasst das Verfahren ferner ein Einstellen eines Betriebsparameters des zweiten Zylinders, um den tatsächlichen Zylinderdruck auf oder unter dem maximalen Zylinderinnendruck des zweiten Zylinders zu halten. In einem beliebigen oder allen vorhergehenden Beispielen, zusätzlich oder optional, beinhaltet das Einstellen eines oder mehrere von Verzögern von Zündzeitpunkt auf einen Grenzwert auf Grundlage des maximalen Zylinderinnendrucks, Beschränken von Ladedruck auf Grundlage des maximalen Zylinderinnendrucks und Beschränken von Abgasrückführungsstrom auf Grundlage des maximalen Zylinderinnendrucks.
Ein weiteres beispielhaftes Verfahren umfasst ein Messen von Zylinderdruck für einen Zylinder, der mit einem Drucksensor instrumentiert ist; für jeden verbleibenden nicht instrumentierten Zylinder, Modellieren des Zylinderdrucks auf Grundlage des gemessenen Zylinderdrucks und einer Differenz von dem gemessenen Zylinderdruck, wobei die Differenz auf Grundlage von jedem von Variation von Verdichtungsdruck und Stauluft zwischen Zylindern bestimmt ist; und Einstellen von Motorladedruck auf Grundlage des modellierten Zylinderdrucks. In dem vorhergehenden Beispiel, zusätzlich oder optional, umfasst das Verfahren ferner ein Schätzen der Variation des Verdichtungsdrucks durch Anwenden eines von der Motordrehzahl abhängigen Korrekturfaktors für den gemessenen Zylinderdruck. In einem beliebigen oder allen vorhergehenden Beispielen, zusätzlich oder optional, umfasst das Verfahren ferner ein Schätzen der Variation der Stauluft auf Grundlage des Einlassventilschließzeitpunkts von jedem der verbleibenden nicht instrumentierten Zylinder in Bezug auf den instrumentierten Zylinder. In einem beliebigen oder allen vorhergehenden Beispielen, zusätzlich oder optional, basiert das Schätzen der Variation der Stauluft ferner auf der Zylinderposition entlang eines Motorblocks und der Zündreihenfolge. In einem beliebigen oder allen vorhergehenden Beispielen, zusätzlich oder optional, basiert der modellierte Zylinderdruck ferner auf der Variation des Verbrennungsdrucks, wobei die Variation des Verbrennungsdrucks auf Grundlage von Kraftstoffeinspritzungsmenge und Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt von jedem von den verbleibenden nicht instrumentierten Zylindern in Bezug auf den instrumentierten Zylinder geschätzt wird.
Ein weiteres beispielhaftes System umfasst einen ersten Zylinder, der mit einem Zylinderinnendrucksensor instrumentiert ist; einen zweiten, nicht instrumentierten Zylinder; einen Motordrehzahlsensor, der an eine Motorkurbelwelle gekoppelt ist; und eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die für Folgendes auf einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind: Messen eines maximalen Zylinderinnendruckwertes des ersten Zylinders über den Drucksensor; Berechnen eines Verdichtungsdruckkorrekturfaktors auf Grundlage von jedem von einer Position des zweiten Zylinders ab einem Motorblock in Bezug auf den ersten Zylinder, Motordrehzahl und Einlassventilschließung des zweiten Zylinders in Bezug auf den ersten Zylinder; und Berechnen eines Verdichtungsdruckkorrekturfaktors auf Grundlage von jedem von einer Position des zweiten Zylinders ab einem Motorblock in Bezug auf den ersten Zylinder, Motordrehzahl und Einlassventilschließung des zweiten Zylinders in Bezug auf den ersten Zylinder; und Ableiten des maximalen Zylinderinnendruckwertes des zweiten Zylinders auf Grundlage des gemessenen maximalen Zylinderinnendruckwertes des ersten Zylinders und des berechneten Verdichtungsdruckkorrekturfaktors. In dem vorhergehenden Beispiel, zusätzlich oder optional, umfasst das System ferner einen Verdichter zum Bereitstellen einer Ladeluftladung für das Motorsystem, und die Steuerung beinhaltet ferner Anweisungen zum Begrenzen eines Ladedruckausgangs durch den Verdichter auf Grundlage des abgeleiteten maximalen Zylinderinnendruckwertes, wobei ein maximaler zulässiger Ladedruck erhöht wird, wenn der abgeleitete maximale Zylinderinnendruckwert steigt. In einem beliebigen oder allen vorhergehenden Beispielen, zusätzlich oder optional, umfasst das System ferner einen AGR-Kanal zum Rückführen von Abgas aus einem Auslass zu einem Einlass des Motorsystems, der AGR-Kanal umfassend ein Ventil, und die Steuerung beinhaltet weitere Anweisungen zum Begrenzen von AGR-Strom auf Grundlage des abgeleiteten maximalen Zylinderinnendruckwertes, wobei ein maximaler zulässiger AGR-Strom erhöht wird, wenn der abgeleitete maximale Zylinderinnendruckwert steigt. In einem beliebigen oder allen vorhergehenden Beispielen, zusätzlich oder optional, beinhaltet das Berechnen des Verdichtungsdruckkorrekturfaktors ein Schätzen von Stauluft, empfangen in dem zweiten Zylinder, in Bezug auf den ersten Zylinder auf Grundlage der Position des zweiten Zylinders an dem Motorblock in Bezug auf den ersten Zylinder und ein Einstellen des Korrekturfaktors auf Grundlage der geschätzten Stauluftdifferenz zwischen dem zweiten Zylinder und dem ersten Zylinder. In einem beliebigen oder allen vorhergehenden Beispielen, zusätzlich oder optional, beinhaltet das Einstellen des Korrekturfaktors ein Erhöhen des Korrekturfaktors, wenn die geschätzte Stauluftdifferenz steigt. In einem beliebigen oder allen vorhergehenden Beispielen, zusätzlich oder optional, beinhaltet das Einstellen des Korrekturfaktors ein Verringern des Korrekturfaktors, wenn die geschätzte Stauluftdifferenz steigt.
In einer weiteren Darstellung ist das Motorsystem in einem Hybridfahrzeugsystem gekoppelt. In einer anderen weiteren Darstellung ist das Motorsystem in einem autonomen Fahrzeugsystem gekoppelt.
Es ist anzumerken, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in nichtflüchtigem Speicher gespeichert und durch das Steuersystem einschließlich der Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und sonstiger Motorhardware ausgeführt werden. Die hier beschriebenen konkreten Routinen können eine oder mehrere aus einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, darstellen. Demnach können verschiedene veranschaulichte Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen in der veranschaulichten Abfolge oder parallel durchgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwangsläufig erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erreichen, sondern wird vielmehr zur Erleichterung der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Eine(r) oder mehrere der veranschaulichten Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen können je nach konkret eingesetzter Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen grafisch Code darstellen, der in einen nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Motorsteuersystem zu programmieren ist, wobei die beschriebenen Handlungen durch Ausführen der Anweisungen in einem System, das die verschiedenen Motorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung beinhaltet, ausgeführt werden.
Es versteht sich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und diese konkreten Ausführungsformen nicht in einschränkendem Sinn aufzufassen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Zum Beispiel kann die vorstehende Technik auf V-6-, 1-4-, 1-6-, V-12-, 4-Zylinder-Boxer- und andere Motorarten angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuartigen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und sonstige hier offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
Die folgenden Patentansprüche heben bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen besonders hervor, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Patentansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Derartige Patentansprüche sollten so verstanden werden, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente beinhalten und zwei oder mehr derartige Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Patentansprüche oder durch Einreichung neuer Patentansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Derartige Patentansprüche werden unabhängig davon, ob sie im Vergleich zu den ursprünglichen Patentansprüchen einen weiteren, engeren, gleichen oder anderen Umfang aufweisen, ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen betrachtet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren Messen eines maximalen Zylinderinnendrucks in einem ersten Zylinder über einen Drucksensor; und Ableiten des maximalen Zylinderinnendrucks in einem zweiten Zylinder auf Grundlage einer Differenz von dem gemessenen maximalen Zylinderdruck des ersten Zylinders, wobei die Differenz als eine Funktion von jedem von Zeitpunkt des Schließens des Einlassventils des zweiten Zylinders und Zylinderidentität bestimmt ist.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die als eine Funktion von Zylinderidentität bestimmte Differenz die Differenz, die als eine Funktion von einem oder mehreren von einem Standort des Zylinders an einem Motorblock, einer Position des Zylinders in Bezug auf einen Ansaugluftsammler oder ein Ansaugrohr, und einer Motorzündreihenfolge bestimmt ist.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die als eine Funktion von Zylinderidentität bestimmte Differenz eine Differenz aufgrund von Staulufteffekt auf den zweiten Zylinder in Bezug auf den ersten Zylinder.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Drucksensor in dem ersten Zylinder und nicht in dem zweiten Zylinder eingebaut.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die als eine Funktion des Zeitpunkts des Schließens des Einlassventils bestimmte Differenz ein Anwenden eines Korrekturfaktors, der auf Grundlage von Motordrehzahl variiert.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die als eine Funktion des Zeitpunkts des Schließens des Einlassventils bestimmte Differenz eine Differenz von Verdichtungsdruck zwischen dem zweiten Zylinder und dem ersten Zylinder.
Gemäß einer Ausführungsform basiert das Ableiten ferner auf einer Differenz von Verdichtungsdruck zwischen dem zweiten Zylinder und dem ersten Zylinder, wobei die Differenz von Verdichtungsdruck als eine Funktion von Kraftstoffeinspritzmenge und Kraftstoffeinspritzzeitpunkt geschätzt ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch ein Einstellen eines Betriebsparameters des zweiten Zylinders, um den tatsächlichen Zylinderdruck auf oder unter dem maximalen Zylinderinnendruck des zweiten Zylinders zu halten.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Einstellen eines oder mehrere von Verzögern von Zündzeitpunkt auf einen Grenzwert auf Grundlage des maximalen Zylinderinnendrucks, Beschränken von Ladedruck auf Grundlage des maximalen Zylinderinnendrucks und Beschränken von Abgasrückführungsstrom auf Grundlage des maximalen Zylinderinnendrucks.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Motorverfahren ein Messen von Zylinderdruck für einen Zylinder, der mit einem Drucksensor instrumentiert ist, für jeden verbleibenden nicht instrumentierten Zylinder, Modellieren des Zylinderdrucks auf Grundlage des gemessenen Zylinderdrucks und einer Differenz von dem gemessenen Zylinderdruck, wobei die Differenz auf Grundlage von jedem von Variation von Verdichtungsdruck und Stauluft zwischen Zylindern bestimmt ist; und Einstellen von Motorladedruck auf Grundlage des modellierten Zylinderdrucks.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch ein Schätzen der Variation des Verdichtungsdrucks durch Anwenden eines von der Motordrehzahl abhängigen Korrekturfaktors für den gemessenen Zylinderdruck.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch ein Schätzen der Variation der Stauluft auf Grundlage des Einlassventilschließzeitpunkts von jedem der verbleibenden nicht instrumentierten Zylinder in Bezug auf den instrumentierten Zylinder.
Gemäß einer Ausführungsform basiert das Schätzen der Variation der Stauluft ferner auf der Zylinderposition entlang eines Motorblocks und der Zündreihenfolge.
Der modellierte Zylinderdruck kann ferner auf der Variation des Verbrennungsdrucks basieren, wobei die Variation des Verbrennungsdrucks auf Grundlage von Kraftstoffeinspritzungsmenge und Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt von jedem von den verbleibenden nicht instrumentierten Zylindern in Bezug auf den instrumentierten Zylinder geschätzt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Motorsystem bereitgestellt, beinhalten einen ersten Zylinder, der mit einem Zylinderinnendrucksensor instrumentiert ist; einen zweiten, nicht instrumentierten Zylinder, einen Motordrehzahlsensor, der an eine Motorkurbelwelle gekoppelt ist, und eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die für Folgendes auf einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind: Messen eines maximalen Zylinderinnendruckwertes des ersten Zylinders über den Drucksensor, Berechnen eines Verdichtungsdruckkorrekturfaktors auf Grundlage von jedem von einer Position des zweiten Zylinders ab einem Motorblock in Bezug auf den ersten Zylinder, Motordrehzahl und Einlassventilschließung des zweiten Zylinders in Bezug auf den ersten Zylinder, und Berechnen eines Verdichtungsdruckkorrekturfaktors auf Grundlage von jedem von einer Position des zweiten Zylinders ab einem Motorblock in Bezug auf den ersten Zylinder, Motordrehzahl und Einlassventilschließung des zweiten Zylinders in Bezug auf den ersten Zylinder; und Ableiten des maximalen Zylinderinnendruckwertes des zweiten Zylinders auf Grundlage des gemessenen maximalen Zylinderinnendruckwertes des ersten Zylinders und des berechneten Verdichtungsdruckkorrekturfaktors.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch einen Verdichter zum Bereitstellen einer Ladeluftladung für das Motorsystem, wobei die Steuerung ferner Anweisungen zum Begrenzen eines Ladedruckausgangs durch den Verdichter auf Grundlage des abgeleiteten maximalen Zylinderinnendruckwertes beinhaltet, wobei ein maximaler zulässiger Ladedruck erhöht wird, wenn der abgeleitete maximale Zylinderinnendruckwert steigt.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch einen AGR-Kanal zum Rückführen von Abgas aus einem Auslass zu einem Einlass des Motorsystems, der AGR-Kanal umfassend ein Ventil, wobei die Steuerung weitere Anweisungen zum Begrenzen von AGR-Strom auf Grundlage des abgeleiteten maximalen Zylinderinnendruckwertes beinhaltet, wobei ein maximaler zulässiger AGR-Strom erhöht wird, wenn der abgeleitete maximale Zylinderinnendruckwert steigt.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Berechnen des Verdichtungsdruckkorrekturfaktors ein Schätzen von Stauluft, empfangen in dem zweiten Zylinder, in Bezug auf den ersten Zylinder auf Grundlage der Position des zweiten Zylinders an dem Motorblock in Bezug auf den ersten Zylinder und ein Einstellen des Korrekturfaktors auf Grundlage der geschätzten Stauluftdifferenz zwischen dem zweiten Zylinder und dem ersten Zylinder.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Einstellen des Korrekturfaktors ein Erhöhen des Korrekturfaktors, wenn die geschätzte Stauluftdifferenz steigt.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Einstellen des Korrekturfaktors ein Verringern des Korrekturfaktors, wenn die geschätzte Stauluftdifferenz steigt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2017/0051700 [0003]

Claims

Verfahren, umfassend: Messen eines maximalen Zylinderinnendrucks in einem ersten Zylinder über einen Drucksensor; und Ableiten des maximalen Zylinderinnendrucks in einem zweiten Zylinder auf Grundlage einer Differenz von dem gemessenen maximalen Zylinderdruck des ersten Zylinders, wobei die Differenz als eine Funktion von jedem von Zeitpunkt des Schließens des Einlassventils des zweiten Zylinders und Zylinderidentität bestimmt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die als eine Funktion von Zylinderidentität bestimmte Differenz die Differenz beinhaltet, die als eine Funktion von einem oder mehreren von einem Standort des Zylinders an einem Motorblock, einer Position des Zylinders in Bezug auf einen Ansaugluftsammler oder ein Ansaugrohr, und einer Motorzündreihenfolge bestimmt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die als eine Funktion von Zylinderidentität bestimmte Differenz eine Differenz aufgrund von Staulufteffekt auf den zweiten Zylinder in Bezug auf den ersten Zylinder beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Drucksensor in dem ersten Zylinder und nicht in dem zweiten Zylinder eingebaut ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die als eine Funktion des Zeitpunkts des Schließens des Einlassventils bestimmte Differenz ein Anwenden eines Korrekturfaktors, der auf Grundlage von Motordrehzahl variiert, beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die als eine Funktion des Zeitpunkts des Schließens des Einlassventils bestimmte Differenz eine Differenz von Verdichtungsdruck zwischen dem zweiten Zylinder und dem ersten Zylinder beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ableiten ferner auf einer Differenz von Verdichtungsdruck zwischen dem zweiten Zylinder und dem ersten Zylinder basiert, wobei die Differenz von Verdichtungsdruck als eine Funktion von Kraftstoffeinspritzmenge und Kraftstoffeinspritzzeitpunkt geschätzt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Einstellen eines Betriebsparameters des zweiten Zylinders, um den tatsächlichen Zylinderdruck auf oder unter dem maximalen Zylinderinnendruck des zweiten Zylinders zu halten.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Einstellen eines oder mehrere von Verzögern von Zündzeitpunkt auf einen Grenzwert auf Grundlage des maximalen Zylinderinnendrucks, Beschränken von Ladedruck auf Grundlage des maximalen Zylinderinnendrucks und Beschränken von Abgasrückführungsstrom auf Grundlage des maximalen Zylinderinnendrucks beinhaltet.
Motorsystem, umfassend: einen ersten Zylinder, der mit einem Zylinderinnendrucksensor instrumentiert ist; einen zweiten, nicht instrumentierten Zylinder; einen Motordrehzahlsensor, der an eine Motorkurbelwelle gekoppelt ist; und eine Steuerung mit computerlesbaren Anweisungen, die auf einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind, zum: Messen eines maximalen Zylinderinnendruckwertes des ersten Zylinders über den Drucksensor; Berechnen eines Verdichtungsdruckkorrekturfaktors auf Grundlage von jedem von einer Position des zweiten Zylinders ab einem Motorblock in Bezug auf den ersten Zylinder, Motordrehzahl und Einlassventilschließung des zweiten Zylinders in Bezug auf den ersten Zylinder; und Ableiten des maximalen Zylinderinnendruckwertes des zweiten Zylinders auf Grundlage des gemessenen maximalen Zylinderinnendruckwertes des ersten Zylinders und des berechneten Verdichtungsdruckkorrekturfaktors.
System nach Anspruch 10, ferner umfassend einen Verdichter zum Bereitstellen einer aufgeladenen Luftladung an das Motorsystem, wobei die Steuerung weitere Anweisungen für Folgendes beinhaltet: Begrenzen eines Ladedruckausgangs durch den Verdichter auf Grundlage des abgeleiteten maximalen Zylinderinnendruckwertes, wobei ein maximaler zulässiger Ladedruck erhöht wird, wenn der abgeleitete maximale Zylinderinnendruckwert steigt.
System nach Anspruch 10, ferner umfassend einen AGR-Kanal zum Rückführen von Abgas aus einem Auslass zu einem Einlass des Motorsystems, der AGR-Kanal umfassend ein Ventil, wobei die Steuerung weitere Anweisungen für Folgendes beinhaltet: Begrenzen von AGR-Strom auf Grundlage des abgeleiteten maximalen Zylinderinnendruckwertes, wobei ein maximaler zulässiger AGR-Strom erhöht wird, wenn der abgeleitete maximale Zylinderinnendruckwert steigt.
System nach Anspruch 10, wobei das Berechnen des Verdichtungsdruckkorrekturfaktors ein Schätzen von Stauluft, empfangen in dem zweiten Zylinder, in Bezug auf den ersten Zylinder auf Grundlage der Position des zweiten Zylinders an dem Motorblock in Bezug auf den ersten Zylinder und ein Einstellen des Korrekturfaktors auf Grundlage der geschätzten Stauluftdifferenz zwischen dem zweiten Zylinder und dem ersten Zylinder beinhaltet.
System nach Anspruch 13, wobei das Einstellen des Korrekturfaktors ein Erhöhen des Korrekturfaktors beinhaltet, wenn die geschätzte Stauluftdifferenz steigt.
System nach Anspruch 13, wobei das Einstellen des Korrekturfaktors ein Verringern des Korrekturfaktors beinhaltet, wenn die geschätzte Stauluftdifferenz steigt.