DE10219665A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Deaktivieren und Reaktivieren von Zylindern für einen Motor mit bedarfsabhängigem Hubraum - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Deaktivieren und Reaktivieren von Zylindern für einen Motor mit bedarfsabhängigem Hubraum

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Abstract

Motorsteuerungssystem, umfassend einen Verbrennungsmotor mit variablem Hubraum, mehrere Zylinder, die in dem Verbrennungsmotor mit variablem Hubraum angeordnet sind, mehrere Kraftstoffeinspritzventile, um den Zylindern Kraftstoff zu liefern, mehrere Ventile, die mit den Zylindern gekoppelt sind, wobei die Ventile den Luftdurchsatz in und aus den Zylindern steuern, eine Betätigungsvorrichtung zum Betätigen der Ventile, ein Ansaugrohr, das mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt ist, eine Drosselklappe, die mit dem Ansaugrohr gekoppelt ist, einen Controller, der mit den Kraftstoffeinspritzventilen elektronisch gekoppelt ist, einen Gaspedalstellungssensor, der mit dem Controller elektronisch gekoppelt ist, wobei der Controller die Anzahl der Zylinder, die mit Kraftstoff und Luft zu versorgen sind, und ein Soll-Motorabtriebsdrehmoment auf der Grundlage von zumindest dem Gaspedalstellungssensor bestimmt, und der Controller die Drosselklappe steuert, um den Betrag von in das Ansaugrohr eintretender Luft zu steuern, wodurch der Controller in der Lage ist, Drehmomentstörungen bei Hubraumänderungen des Motors zu beseitigen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Steuerung von Verbrennungsmoto­ ren. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren und Vor­ richtungen, um für die Steuerung eines Verbrennungsmotors mit variab­ lem Hubraum zu sorgen.
Die gegenwärtigen gesetzlichen Voraussetzungen auf dem Kraftfahrzeug­ markt haben zu einem zunehmenden Bedarf geführt, bei aktuellen Fahr­ zeugen die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern und die Emissionen zu verringern. Diese gesetzlichen Voraussetzungen müssen mit den Forde­ rungen eines Verbrauchers nach hohem Leistungsvermögen und schnel­ lem Ansprechvermögen eines Fahrzeugs in Einklang gebracht werden. Verbrennungsmotoren mit variablem Hubraum (ICE) sorgen für eine verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit und ein bedarfsabhängiges Dreh­ moment, indem sie nach dem Prinzip der Zylinderdeaktivierung wirken. Bei Betriebsbedingungen, die ein hohes Abtriebsdrehmoment erfordern, wird jeder Zylinder eines Verbrennungsmotors mit variablem Hubraum mit Kraftstoff und Luft (und auch mit Zündfunken im Fall eines Benzin- Verbrennungsmotors) versorgt, um Drehmoment für den Verbrennungs­ motor bereitzustellen. Bei Betriebsbedingungen mit geringer Geschwindig­ keit, geringer Last und/oder anderen uneffizienten Bedingungen für einen Verbrennungsmotor mit vollem Hubraum können Zylinder deaktiviert werden, um die Kraftstoffwirtschaftlichkeit für den Verbrennungsmotor mit variablem Hubraum und das Fahrzeug zu verbessern. Beispielsweise wird bei dem Betrieb eines Fahrzeugs, das mit einem Acht-Zylinder-Ver­ brennungsmotor mit variablem Hubraum ausgestattet ist, die Kraftstoff­ wirtschaftlichkeit verbessert, wenn der Verbrennungsmotor bei Betriebs­ bedingungen mit niedrigem Drehmoment mit nur vier Zylindern betrieben wird, indem Drosselungsverluste reduziert werden. Drosselungsverluste, die auch als Pumpverluste bekannt sind, sind die zusätzliche Arbeit, die ein Verbrennungsmotor leisten muss, um Luft um die relativ geschlosse­ nen Engstelle einer relativ geschlossenen Drosselklappe herum zu pum­ pen und Luft von dem relativ niedrigen Druck eines Ansaugrohrs durch den Verbrennungsmotor und hinaus zur Atmosphäre zu pumpen. Die Zylinder, die deaktiviert sind, werden es nicht zulassen, dass Luft durch ihre Einlass- und Auslassventile strömt, wodurch Pumpverluste reduziert werden, indem der Verbrennungsmotor dazu gezwungen wird, mit einem größeren Drosselklappenwinkel und mit einem höheren Ansaugrohrdruck zu arbeiten. Da die deaktivierten Zylinder es nicht zulassen, dass Luft strömt, werden zusätzliche Verluste vermieden, indem die deaktivierten Zylinder aufgrund der Kompression und Dekompression der Luft in jedem deaktivierten Zylinder als "Luftfedern" betrieben werden.
Frühere Verbrennungsmotoren mit variablem Hubraum litten an Fahr­ barkeitsproblemen, die durch ihre Steuerungssysteme geschaffen wurden. Ein Übergang bei einem früheren Acht-Zylinder-Verbrennungsmotor mit variablem Hubraum auf einen Sechs- oder Vier-Zylinder-Betrieb schuf merkliche Drehmomentstörungen, die den Betrieb des Fahrzeugs beein­ trächtigten. Diese Drehmomentstörungen wurden vom Verbraucher im Allgemeinen als unerwünscht angesehen.
Das Unvermögen, die Drosselklappenstellung bei früheren Verbren­ nungsmotoren mit variablem Hubraum als eine Funktion des Hubraums zu steuern, trug zu dem Problem von Drehmomentstörungen bei. Frühere Verbrennungsmotoren mit variablem Hubraum waren mit herkömmlichen Pedal-Drosselklappen-Drahtseil-Kopplungen ausgestattet, die unter­ schiedliche Pedalstellungen für den Betrieb eines Verbrennungsmotors mit vollem Hubraum und eines Verbrennungsmotors mit Teilhubraum erforderten. Die Menge des Luftdurchsatzes an der Drosselklappe vorbei, die erforderlich war, um das gleiche Drehmoment für einen Betrieb mit vollem Hubraum und einen Betrieb mit Teilhubraum zu erzeugen, war unterschiedlich, was es erforderte, dass die physikalische Stellung der Drosselklappe und des Gaspedals bei den verschiedenen Betriebskonfigu­ rationen für einen Verbrennungsmotor mit variablem Hubraum auch unterschiedlich sein mussten. Dementsprechend war auch das Ausmaß an Bewegung des Gaspedals, das erforderlich war, um den Betrag des Drehmoments für einen Motor mit vollem Hubraum und mit Teilhubraum zu verändern, unterschiedlich. Diese Unterschiede bei der Gaspedalbetäti­ gung, um das gleiche Drehmoment für unterschiedliche Betriebsarten für einen früheren Motor mit variablem Hubraum zu erzeugen, waren für den Bediener des Fahrzeugs Ärgernisse.
Die Einführung von neuen Motorsteuerungsgeräten, wie etwa Steuerun­ gen oder Controller der elektronischen Drosseleinrichtung (ETC), Motor- Controller, Stellungssensoren für Pedalhebel und andere Elektronik, hat eine genauere Steuerung von mehr Funktionen eines Verbrennungsmo­ tors ermöglicht. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Motor mit variablem Hubraum bereitzustellen, dessen Arbeitsweise für den Bediener eines Fahrzeugs transparent ist.
Die vorliegende Erfindung umfasst Verfahren und Vorrichtungen, die es zulassen, dass die Arbeitsweise eines Fahrzeugs mit einem Motor mit variablem Hubraum für einen Fahrzeugbediener transparent ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Acht- Zylinder-Verbrennungsmotor (ICE) als Vier-Zylinder-Motor betrieben werden, indem vier Zylinder deaktiviert werden. Die Zylinderdeaktivierung tritt als eine Funktion des Last- oder Drehmomentbedarfs von dem Fahr­ zeug auf. Ein Motor- oder Antriebsstrang-Controller wird feststellen, ob der Verbrennungsmotor in die Vier-Zylinder-Betriebsart eintreten sollte, indem der Last- und Drehmomentbedarf des Verbrennungsmotors über­ wacht wird. Wenn sich der Verbrennungsmotor in einem Zustand befin­ det, in dem es uneffizient ist, mit dem vollen Acht-Zylinder-Komplement zu arbeiten, wird der Controller die Mechanismen, die die Ventile für die ausgewählten Zylinder betätigen, deaktivieren und auch Kraftstoff (und möglicherweise den Zündfunken im Fall eines Benzinmotors) für die Zy­ linder abschalten. Die deaktivierten Zylinder werden somit als Luftfedern wirken, um Pumpverluste zu verringern.
Der Übergang zwischen acht Zylindern und vier Zylindern oder vier Zylin­ dern und acht Zylindern wird Änderungen im Luftdurchsatz an der Dros­ selklappe vorbei in den Verbrennungsmotor schaffen, die auch das Ab­ triebsdrehmoment des Verbrennungsmotor beeinflussen. Das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung verwenden den ETC und die Steuerung der Vorverstellung/Nachverstellung des Zündzeitpunkts, um das gleiche Motordrehmoment während der Zylinderdeaktivierungs- und Reaktivierungsabläufe für den Verbrennungsmotor mit variablem Hubraum aufrechtzuerhalten. Der richtige Einsatz und die Integration der Steuerschemata werden einen nahtlosen Übergang vom Zünden aller Zylinder (Reaktivierung) zum Zünden der Hälfte der Zylinder (Deaktivie­ rung) ohne Drehmomentstörung zulassen.
Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben, in diesen ist:
Fig. 1 eine schematische Zeichnung des Steuerungssystems der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 ein Ablaufsteuerungsdiagramm für das Steuerungssys­ tem der vorliegenden Erfindung,
Fig. 3 ein Flussdiagramm eines bevorzugten Verfahrens zum Festlegen des Betriebs des Steuerungssystems, und
Fig. 4 und 5 Zeitablaufdiagramme des Aktivierungs- und Reaktivie­ rungsablaufes der Zylinder.
Fig. 1 ist eine schematische Zeichnung eines Fahrzeugsteuerungssystems 10 der vorliegenden Erfindung. Das Steuerungssystem 10 umfasst einen Verbrennungsmotor 12 mit variablem Hubraum, der Einspritzventile 14 und Zündkerzen 16 aufweist, die von einem Motor- oder Antriebsstrang- Controller 18 gesteuert werden. Der Verbrennungsmotor 12 kann einen Benzin-Verbrennungsmotor oder irgendeinen anderen in der Technik bekannten Verbrennungsmotor umfassen. Die Drehzahl und die Stellung der Kurbelwelle 21 des Verbrennungsmotors 12 werden von einem Dreh­ zahl- und Stellungsdetektor 20 detektiert, der ein Signal, wie eine Impuls­ folge, für den Motor-Controller 18 erzeugt. Ein Ansaugrohr 22 liefert den Zylindern 24 des Verbrennungsmotors 12 Luft, wobei die Zylinder 24 Ventile 25 aufweisen. Die Ventile 25 sind ferner mit einer Betätigungsvor­ richtung, wie einer Nockenwelle 27 gekoppelt, die in einer Anordnung mit oben gesteuerten Ventilen oder obenliegender Nockenwelle verwendet wird, die physikalisch mit den Ventilen 25 gekoppelt und entkoppelt werden kann, um den Luftdurchsatz durch die Zylinder 24 abzuschalten. Ein Luftmengensensor 26 und ein Ansaugrohrluftdrucksensor 28 detek­ tieren den Luftdurchsatz und den Luftdruck innerhalb des Ansaugrohrs 22 und erzeugen Signale für den Antriebsstrang-Controller 18. Der Luft­ mengensensor 26 ist vorzugsweise ein Hitzdrahtanemometer, und der Drucksensor 28 ist vorzugsweise ein Dehnungsmesser.
Eine elektronische Drosseleinrichtung (ETC) 30, die eine Drosselklappe aufweist, die von einem Controller der elektronischen Drosseleinrichtung 32 gesteuert wird, steuert die in das Ansaugrohr 22 eintretende Luftmen­ ge. Die elektronische Drosseleinrichtung 30 kann durch irgendeine in der Technik bekannte Elektromotor- oder Betätigungstechnologie betätigt werden, die einschließt aber nicht beschränkt ist auf Gleichstrommotoren, Wechselstrommotoren, bürstenlose Permanentmagnetmotoren und Reluk­ tanzmotoren. Der Controller der elektronischen Drosseleinrichtung 32 umfasst eine Leistungsschaltung, um die elektronische Drosseleinrich­ tung 30 zu modulieren, und eine Schaltung, um einen Stellungs- und Geschwindigkeits- oder Drehzahleingang von der elektronischen Drossel­ einrichtung 30 zu empfangen. Bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein absoluter Drehcodierer mit der elektroni­ schen Drosseleinrichtung 30 gekoppelt, um dem Controller der elektroni­ schen Drosseleinrichtung 32 Drehzahl- und Stellungsinformation zu liefern. Bei alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann ein Potentiometer dazu verwendet werden, Drehzahl- und Stellungs­ information für die elektronische Drosseleinrichtung 30 zu liefern. Der Controller der elektronischen Drosseleinrichtung 32 umfasst ferner eine Kommunikationsschaltung, wie etwa eine serielle Verbindungsschnitt­ stelle oder eine Kraftfahrzeug-Kommunikationsnetzschnittstelle, um mit dem Antriebsstrang-Controller 18 über ein Kraftfahrzeug-Kommunika­ tionsnetz 33 zu kommunizieren. Bei alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann der Controller der elektronischen Drossel­ einrichtung 32 vollständig in den Antriebsstrang-Controller 18 integriert sein, um die Notwendigkeit für einen physikalisch getrennten Controller der elektronischen Drosseleinrichtung zu beseitigen.
Ein Bremspedal 36 in dem Fahrzeug ist mit einem Bremspedalsensor 38 ausgestattet, um die Häufigkeit und das Ausmaß des von einem Bediener des Fahrzeugs auf dem Bremspedal 36 erzeugten Druckes zu bestimmen. Der Bremspedalsensor 38 erzeugt zur Weiterverarbeitung ein Signal für den Antriebsstrang-Controller 18. Ein Gaspedal 40 in dem Fahrzeug ist mit einem Pedalstellungssensor 42 ausgestattet, um die Stellung des Gaspedals 40 zu erfassen. Das Signal des Pedalstellungssensors 42 wird zur Weiterverarbeitung auch mit dem Antriebsstrang-Controller 18 in Verbindung gebracht. Bei der bevorzugten Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung ist der Bremspedalsensor 38 ein Dehnungsmesser und der Pedalstellungssensor 42 ist ein absoluter Drehcodierer.
Fig. 2 ist ein Ablaufsteuerungsdiagramm für das Steuerungssystem 10 der vorliegenden Erfindung. Das Steuerungssystem 10 der vorliegenden Erfin­ dung beruht auf der Steuerung der Stellung der elektronischen Drossel­ einrichtung 30 und der Vorverstellung/ Nachverstellung des Zündzeit­ punkts, um Drehmomentübergänge zu beseitigen, die durch die Deakti­ vierung und Aktivierung von Zylindern 24 in dem Verbrennungsmotor 12 erzeugt werden. Der Antriebsstrang-Controller 18 und der Controller der elektronischen Drosseleinrichtung 32 der vorliegenden Erfindung umfas­ sen Software, um die Verfahren der vorliegenden Erfindung auszuführen.
Bei Block 50 in Fig. 2 des Ablaufdiagramms bestimmt der Antriebsstrang- Controller 18 die Stellung des Gaspedals 40 aus dem von dem Pedalstel­ lungssensor 42 erzeugten Signal. Der Antriebsstrang-Controller 18 be­ stimmt ferner die Umdrehungen pro Minute (U/min) der Kurbelwelle 21 des Verbrennungsmotors 12 aus der von dem Kurbelwellendrehzahlsensor 20 erzeugten Impulsfolge. Der Antriebsstrang-Controller 18 nimmt die Stellung des Gaspedals 40 und die Drehzahl der Kurbelwelle 21 und bestimmt ein Soll-Drehmoment (TSOLL) des Verbrennungsmotors 12. Die Bestimmung des TSOLL wird vorzugsweise unter Verwendung einer Nach­ schlagetabelle im Speicher des Antriebsstrang-Controllers 18 ausgeführt. TSOLL wird im gesamten Steuerungssystem der vorliegenden Erfindung als eine Lastvariable verwendet. TSOLL ist die grundlegende Lastvariable einer auf dem Drehmoment beruhenden Motorsteuerungsstrategie. TSOLL kann als der Betrag des Drehmoments charakterisiert werden, den der Ver­ brennungsmotor 12 in einer Betriebsart mit vollem Hubraum bei einer gegebenen Drosselklappenstellung und Motordrehzahl erzeugen würde, oder es kann derart berechnet werden, dass der Verbrennungsmotor 12 bei gegebener Stellung des Gaspedals 40 ein hinreichendes Drehmoment für den angestrebten Fahrzeugleistungsbereich erzeugt.
Bei Block 52 berechnet der Antriebsstrang-Controller 18 die Luftmas­ se/Zylinder MAC4 im stationären Zustand, die notwendig ist, um das Soll- Drehmoment in dem Verbrennungsmotor 12 zu erzeugen, wobei nur die Hälfte (vorzugsweise vier für einen Acht-Zylinder-Verbrennungsmotor) der Zylinder 24 aktiviert ist. Der Ausdruck "aktiviert" für einen Zylinder 24 ist so charakterisiert, dass einem Zylinder 24 Luft, Kraftstoff und Zündfun­ ken oder irgendeine Permutation davon zugeführt wird. Bei Block 54 berechnet der Antriebsstrang-Controller 18 die MAC8, die notwendig ist, um das Soll-Drehmoment in dem Verbrennungsmotor 12 zu erzeugen wobei alle Zylinder 24 aktiviert sind. Die MAC bei den Blöcken 52 und 54 wird vorzugsweise unter Verwendung des TSOLL und der U/min der Kur­ belwelle 21 in Verbindung mit einer im Speicher des Antriebsstrang- Controllers 18 gespeicherten Nachschlagetabelle bestimmt.
Bei Block 56 wird ein Modell der Fülldynamik des Ansaugrohrs 22, wenn nur die Hälfte der Zylinder 24 aktiviert ist, aufgebaut. Das Modell funktio­ niert als ein Filter mit einer Verstärkung von Eins. Der Zweck von Block 56 ist es, die richtige MAC-Bahn als Funktion der Zeit zu erzeugen. Bei Block 58 wird ein Modell der Fülldynamik des Ansaugrohrs 22, wenn alle Zylinder 24 aktiviert sind, aufgebaut. Der Ausgang von Block 56 ist die MAC-Bahn, die angestrebt wird, wenn die Hälfte der Zylinder 24 in Betrieb ist (MAC4SOLL), und der Ausgang von Block 58 ist die MAC, die angestrebt wird, wenn alle Zylinder 24 in Betrieb sind (MAC8SOLL). Ein diskreter Soft­ ware-Schalter 60 wird feststellen, ob die MAC, die für einen Teilhubraum oder einen vollen Hubraum des Verbrennungsmotors 12 angestrebt wird, zu Block 61 weitergegeben wird. Der Zustand des Software-Schalters 60 wird durch den Hubraum des Verbrennungsmotors 12 und eine Zylinder­ deaktivierungs-Flag CD_Flag_1 bestimmt (die Arbeitsweise der CD_Flag_1 wird später in der Beschreibung beschrieben). Wenn der Verbrennungs­ motor 12 mit nur der Hälfte der Zylinder 24 arbeitet, wird dementspre­ chend die MAC4SOLL von Block 56 zu Block 61 als MACSOLL übertragen, und wenn der Verbrennungsmotor 12 mit allen Zylindern 24 arbeitet, wird die MAC8SOLL von Block 58 zu Block 61 als MACSOLL übertragen.
Bei Block 61 wird der Antriebsstrang-Controller 18 einen Satz von Dyna­ mikmodellen der elektronischen Drosselklappe 30 verwenden, um die Soll- MACSOLL von den Blöcken 56 und 58 zu einer dynamischen Soll-MAC (MAC*) zu verarbeiten. Die MAC* unterscheidet sich von der MACSOLL durch die zusätzliche Dynamik, die zu der physikalischen Bewegung der Drosselklappe gehört.
Am Summierknoten 62 werden die gemessene MAC (MACm) und die MAC* verarbeitet, um einen MAC-Fehler zu erzeugen. Der MAC-Fehler bei Block 64 wird in einen Steueralgorithmus in dem Antriebsstrang-Controller 18 eingegeben, um ein Soll-Ausgangssteuersignal der elektronischen Drossel­ einrichtung 30 (Drossel*) zu erzeugen. Der Steueralgorithmus umfasst, ist aber nicht beschränkt auf, einen Proportional-Integral-Steueralgorithmus, einen Proportional-Integral-Differential-Steueralgorithmus, einen Fuzzy- Logik-Algorithmus, einen Steueralgorithmus, der ein neurales Netz be­ nutzt, und/oder irgendeinen anderen auf einer Steuerungstheorie beru­ henden Algorithmus, wobei in diesem Zusammenhang unter Steuerung auch eine Regelung zu verstehen ist. Das Soll-Ausgangssteuersignal der elektronischen Drosseleinrichtung bestimmt die Geschwindigkeit bzw. Drehzahl und die Stellung der elektronischen Drosseleinrichtung 30. Das Ausgangssteuersignal wird vom Antriebsstrang-Controller 18 dem Cont­ roller der elektronischen Drosseleinrichtung 32 über eine serielle Verbin­ dung, oder bei alternativen Ausführungsformen, über ein Analogsignal, übermittelt. Ein Mitkopplungsfaktor (DrosSOLL) wird bei Summierknoten 66 zum Ausgangssteuersignal der elektronischen Drosseleinrichtung addiert. Der DrosSOLL-Wert wird bei Block 73 kompensiert, um für die angestrebte Luftdynamik für Hubraumänderungen zu sorgen. Der Mit­ kopplungsfaktor wird die Drosselklappe 30 in die Position steuern, die erforderlich ist, um den Zylindern MAC* zu liefern, und somit wird die Soll-MAC schneller erreicht sein.
Der am Summierknoten 66 addierte Mitkopplungsfaktor wird durch das folgende Steuerungsverfahren erzeugt. Bei Block 68 berechnet der An­ triebsstrang-Controller 18 die Stellung (oder Strömungsfläche) der elekt­ ronischen Drosseleinrichtung 30 Dros4, die notwendig ist, um das TSOLL zu erzeugen, das in dem Verbrennungsmotor 12, bei dem nur die Hälfte (vorzugsweise vier für einen Acht-Zylinder-Verbrennungsmotor) der Zylin­ der 24 aktiviert ist, zugrunde liegt. Bei Block 70 berechnet der Antriebs­ strang-Controller 18 die Stellung der elektronischen Drosseleinrichtung 30 Dros8, die notwendig ist, um das TSOLL in dem Verbrennungsmotor 12, bei dem alle Zylinder 24 aktiviert sind, zu erzeugen. Die Soll-Drosselklap­ penstellung bei den Blöcken 68 und 70 wird vorzugsweise unter Verwen­ dung der Rückkopplung des TSOLL und den U/min der Kurbelwelle 21 in Verbindung mit einer im Speicher des Antriebsstrang-Controllers 18 ge­ speicherten Nachschlagetabelle bestimmt. Ein diskreter Software-Schalter 72 wird bestimmen, ob die Stellung der elektronischen Drosseleinrichtung 30, die für einen Teilhubraum oder einen vollen Hubraum des Verbren­ nungsmotors 12 angestrebt wird, zum Summierknoten 66 weitergeleitet wird. Der Zustand des Software-Schalters wird durch den Hubraum des Verbrennungsmotors 12 und die Zylinderdeaktivierungs-Flag CD_Flag_1 bestimmt. Wenn der Verbrennungsmotor 12 mit nur der Hälfte der Zylin­ der 24 arbeitet, wird dementsprechend die Soll-Stellung der elektroni­ schen Drosselklappe 30 Dros4, die bei Block 68 erzeugt wird, zum Sum­ mierknoten 66 übertragen, und wenn der Verbrennungsmotor 12 mit allen Zylindern 24 arbeitet, wird die Soll-Stellung der elektronischen Drosseleinrichtung 30 Dros8, die bei Block 70 erzeugt wird, zum Sum­ mierknoten 66 übertragen.
Der MAC*-Ausgang von Block 61 wird zum Abschnitt zur Steuerung der Vorverstellung/Nachverstellung des Zündzeitpunkts des Steuerungssys­ tems der vorliegenden Erfindung übertragen, um die Aktivierung und Deaktivierung von Zylindern 24 in dem Verbrennungsmotor 12 zu glätten. Bei Block 74 berechnet der Antriebsstrang-Controller 18 das Drehmoment - des Verbrennungsmotors 12, wobei nur die Hälfte (vorzugsweise vier für einen Acht-Zylinder-Verbrennungsmotor) der Zylinder 24 aktiviert ist, unter Verwendung des MAC*-Ausgangs von Block 61 und der U/min der Kurbelwelle in Verbindung mit einer Nachschlagetabelle im Speicher des Antriebsstrang-Controllers 18. Bei Block 76 berechnet der Antriebsstrang- Controller 18 das Drehmoment des Verbrennungsmotors 12, wobei alle Zylinder 24 aktiviert sind, unter Verwendung des MAC*-Ausgangs von Block 61 und der U/min der Kurbelwelle in Verbindung mit einer Nach­ schlagetabelle im Speicher des Antriebsstrang-Controllers 18.
Bei Block 78 wird ein Modell der Drehmomentdynamik als eine Funktion der Luft des Zylinders 24 und der Motordrehzahl, wobei nur die Hälfte der Zylinder 24 aktiviert ist, aufgebaut. Das Modell von Block 78 funktioniert als ein Dynamikfilter, da es eine geringe Verzögerung bei der Drehmo­ menterzeugung selbst für eine momentane Änderung in MAC* aufgrund von beispielsweise einer vorübergehenden Kraftstoffbeaufschlagungsdy­ namik gibt. Bei Block 80 wird ein Modell der Drehmomentdynamik als eine Funktion der Zylinderluft und der Motordrehzahl, wobei alle Zylinder 24 aktiviert sind, aufgebaut. Das Modell von Block 80 funktioniert auch als ein Dynamikfilter, da es eine geringe Verzögerung bei der Drehmo­ mentproduktion selbst für eine momentane Änderung in MAC* geben kann. Ein diskreter Software-Schalter 82 wird bestimmen, ob das Dreh­ moment, das für einen Teilhubraum oder einen vollen Hubraum des Verbrennungsmotors 12 zu erwarten ist, zu Block 84 weitergegeben wird. Der Zustand des Software-Schalters wird durch den Hubraum des Verbrennungsmotors 12 und eine Zylinderdeaktivierungs-Flag CD_Flag_2 bestimmt. Wenn der Verbrennungsmotor 12 arbeitet, wobei nur die Hälfte der Zylinder 24 aktiviert ist, wird dementsprechend das erwartete Dreh­ moment, das bei Block 78 erzeugt wird, zu Block 84 übertragen, und wenn der Verbrennungsmotor 12 mit allen Zylindern 24 arbeitet, wird das erwartete Drehmoment, das bei Block 80 erzeugt wird, zu Block 84 über­ tragen.
Bei Block 84 führt der Antriebsstrang-Controller einen Algorithmus der Verzögerung zwischen Einlass und Drehmoment (intake to torque delay algorithm) aus, der die Zeit berücksichtigt, die zwischen dem Berechnen der Luftmasse (MAC) und dem Auftreten des Arbeitstaktes (bei dem das Drehmoment erzeugt wird) verstreicht. Das verzögerte erwartete Abtriebs­ drehmoment von Block 84 wird in den Summierknoten 86 zusammen mit dem bei Block 50 erzeugten TSOLL eingegeben, um die erforderliche Soll- Drehmomentänderung aus einer Änderung der Vorverstellung/Nachver­ stellung des Zündzeitpunkts δTZV zu erzeugen. Die δTZV wird bei Block 88 durch den Antriebsstrang-Controller 18 in Verbindung mit den U/min der Kurbelwelle 21 und der MACm verarbeitet, um einen Vorverstellung/ Nach­ verstellung-Befehl für den Zündzeitpunkt δZV zu erzeugen.
Fig. 3 umfasst Flussdiagramme der Reaktivierungs- und Deaktivierungs­ anforderungen von dem Antriebsstrang-Controller, um die zuvor in Fig. 2 genannten Flags CD_Flag_1 und CD_Flag_2 zu setzen. Wenn es notwendig ist, die deaktivierten Zylinder zu reaktivieren, wird die durch die Blöcke 100 bis 104 gekennzeichnete Unterroutine aufgerufen. Bei Block 100 erzeugt der Antriebsstrang-Controller 18 eine Reaktivierungsanforderung und setzt bei Block 102 CD_Flag_2 = CD_Flag_1 = 0. Für eine Reaktivie­ rungsanforderung werden beide Flags durch Block 102 gleichzeitig auf Null gesetzt. Als nächstes kehrt der Antriebsstrang-Controller 18 zu Block 115 zurück, um den Steuerungsablauf durchzuführen, der durch das Blockdiagramm in Fig. 2 dargestellt ist. Bei Block 116 kehrt der Antriebs­ strang-Controller zur normalen Verarbeitung zurück. Wenn der Steue­ rungsablauf, der durch das Blockdiagramm in Fig. 2 dargestellt ist, durchgeführt wird, werden dementsprechend sowohl CD_Flag_1 als auch CD_Flag_2 gleich Null sein, bis ein Deaktivierungsablauf auftritt.
Wenn der Antriebsstrang-Controller 18 feststellt, dass er eine Hälfte der Zylinder 24 deaktivieren kann, erzeugt er eine Deaktivierungsanforderung und ruft die Unterroutine auf, die durch Block 106 eingeleitet wird. Bei Block 108 wird CD_Flag_1 auf 1 gesetzt, um anzuzeigen, dass der Verbrennungsmotor 12 zur Arbeit, wobei nur die Hälfte der Zylinder 24 aktiviert ist, bereit ist. Block 110 bestimmt, ob das TLUFT_4(t-Δt), das bei Block 78 erzeugt wird, größer oder gleich TSOLL ist. Wenn TLUFT_4(t-Δt) < TSOLL ist, hat dann die elektronische Drosseleinrichtung 30 nicht genug Zeit gehabt, um sich in die Stellung für einen Teilhubraum zu bewegen, und der Verbrennungsmotor 12 ist nicht in der Lage, ein ausreichendes Drehmoment in Bezug auf das TSOLL zu erzeugen. (Zur Erwähnung, eine weiter offene Stellung der elektronischen Drosseleinrichtung 30 gibt einen größeren Luftdurchsatz an, und eine weiter geschlossene Stellung der elektronischen Drosseleinrichtung 30 gibt einen geringeren Luftdurchsatz an.) In diesem Fall wird Block 115 ausgeführt, um den Steuerungsablauf durchzuführen, der durch das Blockdiagramm in Fig. 2 dargestellt ist, und dann kehrt der Antriebsstrang-Controller 18 bei Block 116 zur nor­ malen Verarbeitung zurück. Wenn der Steuerungsablauf, der durch das Blockdiagramm in Fig. 2 dargestellt ist, ausgeführt wird, werden dement­ sprechend CD_Flag_1 = 1 und CD_Flag_2 = 0, so dass der Antriebsstrang- Controller 18 die Stellung der elektronischen Drosseleinrichtung 30 nach weiter offen verändern und somit die MAC* vergrößern wird. Die Flag CD_Flag_2 wird = 0 gesetzt sein, und der Schalter 82 wird TLUFT_8 als TLUFT, das größer als TSOLL ist, weiterleiten, und die Blöcke 84-88 werden die Zündzeitpunkt-Vorverstellung verzögern, wodurch das zusätzliche Dreh­ moment, das durch die weiter offene Stellung der elektronischen Drossel­ einrichtung 30 erzeugt wird, aufgehoben wird. Wenn bei 110 TLUFT_4(t-Δt) ≧ TSOLL ist, hat sich die elektronische Drosseleinrichtung 30 weit genug bewegt, um das TSOLL zu erzeugen, dann CD_Flag_2 = 1 zu setzen und Block 112 mit CD_Flag_1 und CD_Flag_2 = 1 auszuführen. In diesem Fall wird der Ausgang von Block 84 [TLUFT(t-Δt)] gleich oder größer als TSOLL sein, und die Blöcke 86-88 werden für ZV einen Wert von Null erzeugen. Das Nettoergebnis ist, dass, wenn die Drehmomentproduktion des Verbrennungsmotors 12 aufgrund des Laufs mit der Hälfte der Zylin­ der 24 abfällt, es eine sofortige kompensierende Drehmomentzunahme durch die Wegnahme der Zündzeitpunk-Nachverstellung gibt.
Fig. 4 ist ein Zeitablaufdiagramm, das allgemein die Wechselwirkung zwischen den Kurven für die Signale CD Flag_1 117 (Eingabe in die Blö­ cke 60 und 72), MACSOLL 118, MAC* 128, TSOLL 120, TLUFT 122 und δTZV 124 zur Signalzeitabstimmung während der Reaktivierung der Zylinder 24 für den Verbrennungsmotor 12 veranschaulicht. Wie es in Fig. 4 zu sehen ist, gibt CD_Flag_1 in der Kurve 116 einen Übergang für den Verbren­ nungsmotor 12 vom Vier-Zylinder-Betrieb in den Acht-Zylinder-Betrieb an. In Ansprechen auf die Reaktivierung von Zylindern ändert sich MACSOLL momentan zu einem kleineren Wert. Aufgrund der bei Block 61 erzeugten Drosselklappendynamik und der bei Block 58 erzeugten An­ saugrohrdynamik wird der Wert von MACSOLL entlang der Steigung der Kurve 128 wie MAC* abnehmen. Die MACSOLL wird abnehmen, weil der Hubraum des Verbrennungsmotors 12 zugenommen hat, und die MAC, die notwendig ist, um das gleiche TSOLL in einem Vier-Zylinder-Verbren­ nungsmotor zu erzeugen, ist größer als das eines Acht-Zylinder-Verbren­ nungsmotors. Wie es durch Kurve 120 zu sehen ist, wird TSOLL konstant gehalten. Der Ausgang des Signals TLUFT von Block 82 stellt das von der MAC erzeugte Drehmoment dar, wobei eine Nennzündzeitpunkt- Vorverstellung und ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis ange­ nommen wird. Fig. 4 veranschaulicht, dass nach einer Zeitdauer Δt 126 TLUFT plötzlich zunimmt. Dies ist der Fall, weil anfangs MAC* größer als MACSOLL ist (welches der Wert ist, der benötigt wird, damit TLUFT gleich TSOLL ist), und nach der anfänglichen Zunahme nimmt TLUFT genauso ab wie MAC*. Um zu vermeiden, dass die Störung in TLUFT von dem Fahrer gefühlt wird, ist es notwendig, eine gleiche und entgegengerichtete Dreh­ momentstörung zu erzeugen. Dies ist das durch die Kurve 124 dargestellte Signal δTZV und wird erzeugt, indem die Zündzeitpunkt-Vorverstellung verzögert wird, wie es bei Block 88 bestimmt wird.
Fig. 5 ist ein Signalzeitablaufdiagramm während der Deaktivierung von Zylindern 24 für den Verbrennungsmotor 12. Wie es in Fig. 5 zu sehen ist, gibt CD_Flag_1 in Kurve 140 einen Übergang vom Acht-Zylinder-Betrieb in den Vier-Zylinder-Betrieb an. Kurve 144 von MAC* ist so gezeigt, wie sie aufgrund der Notwendigkeit für mehr MAC, um das gleiche TSOLL (wie durch Kurve 146 gezeigt) im Vier-Zylinder-Betrieb gegenüber dem Acht- Zylinder-Betrieb zu erzeugen, zunimmt. Wenn MAC* erhöht wird, während der Verbrennungsmotor 12 noch mit acht Zylindern arbeitet, würde je­ doch das Drehmoment zunehmen, wie es in Kurve 148 von TLUFT gezeigt ist. Um dieser ungewollten Drehmomentzunahme entgegenzuwirken, wird δTZV verringert, wie es in Kurve 150 gezeigt ist. Sobald MAC* seinen ange­ strebten neuen Wert erreicht hat, wie es in Kurve 144 gezeigt ist, wird das Signal CD_Flag_2, das in Kurve 142 veranschaulicht ist, gesetzt, was anzeigt, dass der Verbrennungsmotor 12 bereit ist, die Arbeit mit vier Zylindern zu beginnen. Nach der Verzögerung zwischen Einlass und Drehmoment Δt 152 fällt das Drehmoment TLUFT ab, wie es in Kurve 148 gezeigt ist, und das Drehmoment δTzv spiegelt TLUFT wieder, wie es in Kurve 150 gezeigt ist. Da das beobachtete Drehmoment die Summe von TLUFT und δTZV ist, bleibt es während der gesamten Deaktivierung kon­ stant.
Zusammengefasst betrifft die Erfindung ein Motorsteuerungssystem, umfassend einen Verbrennungsmotor mit variablem Hubraum, mehrere Zylinder, die in dem Verbrennungsmotor mit variablem Hubraum ange­ ordnet sind, mehrere Kraftstoffeinspritzventile, um den Zylindern Kraft­ stoff zu liefern, mehrere Ventile, die mit den Zylindern gekoppelt sind, wobei die Ventile den Luftdurchsatz in und aus den Zylindern steuern, eine Betätigungsvorrichtung zum Betätigen der Ventile, ein Ansaugrohr, das mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt ist, eine Drosselklappe, die mit dem Ansaugrohr gekoppelt ist, einen Controller, der mit den Kraft­ stoffeinspritzventilen elektronisch gekoppelt ist, einen Gaspedalstellungs­ sensor, der mit dem Controller elektronisch gekoppelt ist, wobei der Cont­ roller die Anzahl der Zylinder, die mit Kraftstoff und Luft zu versorgen sind, und ein Soll-Motorabtriebsdrehmoment auf der Grundlage von zumindest dem Gaspedalstellungssensor bestimmt, und der Controller die Drosselklappe steuert, um den Betrag von in das Ansaugrohr eintretender Luft zu steuern, wodurch der Controller in der Lage ist, Drehmomentstö­ rungen bei Hubraumänderungen des Motors zu beseitigen.

Claims (15)

1. Motorsteuerungssystem, umfassend:
einen Verbrennungsmotor mit variablem Hubraum,
mehrere Zylinder, die in dem Verbrennungsmotor mit variab­ lem Hubraum angeordnet sind,
mehrere Kraftstoffeinspritzventile, um den Zylindern Kraftstoff zu liefern,
mehrere Ventile, die mit den Zylindern gekoppelt sind, wobei die Ventile den Luftdurchsatz in und aus den Zylindern steuern, eine Betätigungsvorrichtung zum Betätigen der Ventile, ein Ansaugrohr, das mit dem Verbrennungsmotor mit variablem Hub­ raum gekoppelt ist,
eine Drosselklappe, die mit dem Ansaugrohr gekoppelt ist,
einen Controller, der mit den Kraftstoffeinspritzventilen elekt­ ronisch gekoppelt ist,
einen Gaspedalstellungssensor, der mit dem Controller elekt­ ronisch gekoppelt ist,
wobei der Controller die Anzahl der Zylinder, die mit Kraftstoff und Luft zu versorgen sind, und ein Soll-Motorabtriebsdrehmoment auf der Grundlage von zumindest dem Gaspedalstellungssensor be­ stimmt, und der Controller die Drosselklappe steuert, um den Be­ trag von in das Ansaugrohr eintretender Luft zu steuern, wodurch der Controller in der Lage ist, Drehmomentstörungen bei Hubraum­ änderungen des Verbrennungsmotors mit variablem Hubraum zu beseitigen.
2. Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Zündkerzen zum Zünden des von den Kraftstoffein­ spritzventilen gelieferten Kraftstoffes umfasst.
3. Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselklappe eine elektronische Drosseleinrichtung ist.
4. Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaspedalstellungssensor ein Codierer ist.
5. Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor mit variablem Hubraum ein Benzin­ motor ist.
6. Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor mit variablem Hubraum mindestens zwei Zylinder umfasst.
7. Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor mit variablem Hubraum ein V8-Motor ist.
8. Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsvorrichtung eine Entkopplungsvorrichtung umfasst, die eine Kopplung mit den Ventilen bzw. eine Entkopplung von diesen bewirken kann.
9. Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses einen Luftmengensensor umfasst, um den Luftdurch­ satz durch das Ansaugrohr zu detektieren.
10. Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors mit variablem Hubraum mit den Schritten, dass:
Kraftstoffeinspritzventile für den Verbrennungsmotor mit variablem Hubraum bereitgestellt werden,
Zündkerzen für den Verbrennungsmotor mit variablem Hub­ raum bereitgestellt werden,
ein elektronisches Steuerungsmodul bereitgestellt wird,
eine elektronische Drosseleinrichtung bereitgestellt wird,
ein Gaspedalstellungssensor bereitgestellt wird,
ein Luftmengensensor bereitgestellt wird,
der Hubraum des Verbrennungsmotors mit variablem Hub­ raum verändert wird, indem mindestens eines von den Kraftstoffein­ spritzventilen und den Zündkerzen für den Verbrennungsmotor mit variablem Hubraum deaktiviert wird,
der Luftdurchsatz in den Verbrennungsmotor mit variablem Hubraum hinein mit dem Luftmengensensor gemessen wird, und
die elektronische Drosseleinrichtung derart eingestellt wird, dass Motorstörungen geglättet werden, die durch Verändern des Hubraums des Verbrennungsmotors mit variablem Hubraum her­ vorgerufen werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündzeitpunkt-Vorverstellung derart eingestellt wird, dass Motorstörungen geglättet werden, die durch Verändern des Hub­ raums des Verbrennungsmotors mit variablem Hubraum hervorge­ rufen werden.
12. Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors mit variablem Hubraum, mit den Schritten, dass:
Kraftstoffeinspritzventile für den Verbrennungsmotor mit variablem Hubraum bereitgestellt werden,
ein elektronisches Steuerungsmodul bereitgestellt wird,
eine elektronische Drosseleinrichtung bereitgestellt wird,
ein Gaspedalstellungssensor bereitgestellt wird,
ein Luftmengensensor bereitgestellt wird,
der Hubraum des Verbrennungsmotor mit variablem Hub­ raum verändert wird, in dem mindestens eines von den Kraftstoff­ einspritzventilen und den Zündkerzen für den Verbrennungsmotor mit variablem Hubraum deaktiviert wird,
die Drehzahl des Verbrennungsmotors mit variablem Hubraum gemessen wird,
ein erstes Soll-Drehmoment unter Verwendung der Gaspedal­ stellung und der Motordrehzahl bestimmt wird,
ein erster Luftmassen/Zylinder-Wert, der benötigt wird, um das erste Soll-Drehmoment für den Verbrennungsmotor mit variab­ lem Hubraum zu erzeugen, wenn er mit einem Teilhubraum arbei­ tet, unter Verwendung der Motordrehzahl bestimmt wird,
ein zweiter Luftmassen/Zylinder-Wert, der benötigt wird, um das erste Soll-Drehmoment für den Verbrennungsmotor mit variab­ lem Hubraum zu erzeugen, wenn er mit vollem Hubraum arbeitet, unter Verwendung der Motordrehzahl bestimmt wird,
ein erstes Ansaugrohr-Dynamikmodell erzeugt wird, um einen ersten Luftmassen/Zylinder-Sollwert für den Verbrennungsmotor mit variablem Hubraum zu bestimmen, wenn er mit einem Teilhub­ raum arbeitet,
ein zweites Ansaugrohr-Dynamikmodell erzeugt wird, um einen zweiten Luftmassen/Zylinder-Wert für den Verbrennungsmo­ tor mit variablem Hubraum zu bestimmen, wenn er mit vollem Hub­ raum arbeitet,
der erste oder der zweite Luftmassen/Zylinder-Sollwert in den Luftmassen/Zylinder-Soll-Dynamikwert umgewandelt wird,
die Luftmasse/Zylinder in den Verbrennungsmotor mit variab­ lem Hubraum hinein mit dem Luftmengensensor gemessen wird,
die Differenz zwischen dem Luftmassen/Zylinder-Soll- Dynamikwert und der gemessenen Luftmasse/Zylinder bestimmt wird, um einen Fehlerwert zu erzeugen,
mit einem Controller auf den Fehler eingewirkt wird, um einen ersten Drosselwert zu erzeugen, und ein zweiter Drosselwert zum ersten Drosselwert addiert wird, um einen Drosselklappenstellungsbefehl zu erzeugen.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftmengensensor ein Hitzdrahtanemometer ist.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftmengensensor ein Ansaugrohrdrucksensor ist, durch den ein erfasster Druck zu einem Luftdurchsatzwert verarbeitet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Drosselwert durch das Verfahren erzeugt wird, das die Schritte umfasst, dass:
ein erster Drehmomentwert im stationären Zustand, der von dem Verbrennungsmotor mit variablem Hubraum erzeugt wird, wenn er mit einem Teilhubraum arbeitet, unter Verwendung des Luftmassen/Zylinder-Soll-Dynamikwertes und der Motordrehzahl berechnet wird,
ein zweiter Drehmomentwert im stationären Zustand, der von dem Verbrennungsmotor mit variablem Hubraum erzeugt wird, wenn er mit vollem Hubraum arbeitet, unter Verwendung des Luft­ masse/Zylinder-Soll-Dynamikwertes und der Motordrehzahl be­ rechnet wird,
ein erstes Drehmomentdynamikmodell, um einen ersten Drehmomentdynamikwert für den Verbrennungsmotor mit variab­ lem Hubraum zu bestimmen, wenn er mit einem Teilhubraum arbei­ tet, unter Verwendung des ersten Drehmomentwertes im stationä­ ren Zustand und der Motordrehzahl erzeugt wird,
ein zweites Drehmomentdynamikmodell, um einen zweiten Drehmomentdynamikwert für den Verbrennungsmotor mit variab­ lem Hubraum zu bestimmen, wenn er mit vollem Hubraum arbeitet, unter Verwendung des zweiten Drehmomentwertes im stationären Zustand und der Motordrehzahl erzeugt wird,
der erste oder der zweite Drehmomentdynamikwert verzögert wird, um einen verzögerten Drehmomentdynamikwert zu erzeugen,
die Differenz zwischen dem ersten Soll-Drehmomentwert und dem verzögerten Drehmomentdynamikwert bestimmt wird, um ei­ nen Zündzeitpunkt-Vorverstellungswert zu erzeugen, und
ein Zündzeitpunkt-Vorverstellungssteuerwert unter Verwen­ dung der Motordrehzahl und des gemessenen Luftdurchsatzes er­ zeugt wird, um das Abtriebsdrehmoment des Verbrennungsmotors mit variablem Hubraum zu verändern.
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