DE10346553A1 - Drehmomentglättung unter Verwendung einer Motordrehsteuerung bei bedarfsabhängigem Hubraum - Google Patents

Drehmomentglättung unter Verwendung einer Motordrehsteuerung bei bedarfsabhängigem Hubraum Download PDF

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Abstract

Ein Motorsteuerungssystem in einem Fahrzeug, das einen Verbrennungsmotor mit variablem Hubraum, einen Drehzahlsensor zum Detektieren der Drehzahl des Verbrennungsmotors und einen Controller zum Steuern des Hubraumes des Verbrennungsmotors umfasst, wobei der Controller den Zündzeitpunkt des Motors auf der Grundlage der detektierten Drehzahl während Hubraumänderungen des Verbrennungsmotors verändert.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Steuerung von Verbrennungsmotoren. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung, um einen Verbrennungsmotor mit variablem Hubraum zu steuern.
  • Die gegenwärtigen gesetzlichen Vorschriften auf dem Kraftfahrzeugmarkt haben zu einem zunehmenden Bedarf geführt, bei aktuellen Fahrzeugen, die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern und die Emissionen zu verringern. Diese gesetzlichen Vorschriften müssen mit dem Verlangen des Kunden nach hohem Leistungsvermögen und schnellem Ansprechverhalten eines Fahrzeuges in Einklang gebracht werden. Verbrennungsmotoren mit variablem Hubraum sorgen für eine verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit im Vergleich mit Verbrennungsmotoren mit festem Hubraum und bedarfsabhängigem Drehmoment, indem diese auf dem Prinzip einer Zylinderabschaltung (auch als bedarfsabhängiger Hubraum bezeichnet) arbeiten. Bei Betriebsbedingungen, die ein hohes Abtriebsdrehmoment erfordern, wird jeder Zylinder eines Verbrennungsmotors mit variablem Hubraum mit Kraftstoff und Luft versorgt, um Drehmoment für den Verbrennungsmotor bereitzustellen. Bei Betriebsbedingungen mit niedriger Drehzahl, niedriger Last und/oder anderen uneffizienten Bedingungen für einen Verbrennungsmotor mit vollem Hubraum können Zylinder abgeschaltet werden, um die Kraftstoffwirtschaftlichkeit des Verbrennungsmotors mit variablem Hubraum und des Fahrzeugs zu verbessern. Beispielsweise wird im Betrieb eines Fahrzeuges, das mit einem Achtzylinder-Verbrennungsmotor mit variablem Hubraum ausgestattet ist, die Kraftstoffwirtschaftlichkeit verbessert, wenn der Verbrennungsmotor bei Betriebsbedingungen mit niedrigem Drehmoment mit lediglich vier Zylindern betrieben wird, indem Drosselungsverluste verringert werden. Drosselungsverluste, die auch als Pumpverluste bekannt sind, sind die zusätzliche Arbeit, die ein Verbrennungsmotor leisten muss, um Luft von dem relativ niedrigen Druck eines Saugrohres über einen Drosselkörper oder eine Drosselklappe hinweg, durch den Verbrennungsmotor hindurch und heraus zur Atmosphäre zu pumpen. Die abgeschalteten Zylinder werden keinen Luftstrom durch ihre Einlass- und Auslassventile zulassen, was Pumpverluste reduziert, indem der Verbrennungsmotor dazu gezwungen wird, bei einem höheren Saugrohrdruck zu arbeiten. Da die abgeschalteten Zylinder keine Luftströmung zulassen, werden zusätzliche Verluste vermieden, indem die abgeschalteten Zylinder aufgrund der Kompression und Dekompression der Luft in jedem abgeschalteten Zylinder als "Luftfedern" betrieben werden.
  • Während des Wiederzuschaltungsprozesses, wenn zuvor abgeschaltete Zylinder mit Luft und Kraftstoff versorgt werden, kann eine Drehmomentverzögerung auftreten. Es kann sein, dass die wieder zugeschalteten Zylinder nicht zu ihren normalen Wiederzuschaltungsdrehmomentwerten zurückkehren, was Drehmomentstörungen im Betrieb des Motors mit variablem Hubraum schafft. Unter normalen Bedingungen ist es möglich, die Kombination aus Drosselklappenstellung, Kraftstoff und Zündzeitpunkt vorherzusagen, die benötigt wird, um eine glatte Drehmo mentabgabe des Verbrennungsmotors während der Abschaltung und Wiederzuschaltung von Zylindern zu erzeugen. Jedoch können sich ändernde Umgebungsbedingungen, Bauteileschwankungen, Kraftstoffschwankungen, Abfluss von Zubehörlasten und andere unvorhersagbare Faktoren das Bremsmoment des Verbrennungsmotors beeinflussen.
  • Die vorliegende Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Zylinderabschaltung in einem Motor mir variablem Hubraum, um die Drehmomentabgabe von Zylindern bei ihrer Abschaltung und Wiederzuschaltung zu steuern.
    •
  • 1 ist eine schematische Zeichnung des Steuerungssystems der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ist ein Steuerungsblockdiagramm für das bevorzugte Steuerungsverfahren der vorliegenden Erfindung; und
  • 3 ist eine graphische Darstellung eines Beispiels eines Zeitablaufdiagramms, dem die Steuerung folgt.
  • 1 ist eine schematische Zeichnung des Fahrzeugsteuerungssystems 10 der vorliegenden Erfindung. Das Steuerungssystem 10 umfasst einen Verbrennungsmotor mit variablem Hubraum 12, der Kraftstoffeinspritzventile 14 und Zündkerzen 16 (im Fall eines Benzinmotors) aufweist, die von einem Motor- oder Antriebsstrang-Controller 18 gesteuert werden. Die Drehzahl und Stellung der Kurbelwelle 21 des Verbren nungsmotors 12 werden von einem Drehzahl- und Stellungsdetektor 20 detektiert, der ein Signal, wie etwa einen Impulszug, für den Motor-Controller 18 erzeugt. Die Kurbelwelle ist ferner mit einem Getriebe 42 gekoppelt, das einen Drehmomentwandler 44 umfasst.
  • Der Verbrennungsmotor 12 kann einen Benzinmotor oder irgendeinen anderen in der Technik bekannten Verbrennungsmotor umfassen. Ein Saugrohr 22 liefert den Zylindern 24 des Verbrennungsmotors 10 Luft, wobei die Zylinder Ventile 25 aufweisen. Die Ventile 25 sind weiter mit Betätigungsvorrichtungen gekoppelt, wie sie etwa in einer Motoranordnung mit obenliegenden Ventilen (OHV von Overhead Valve) oder obenliegenden Nocken (OHC von Overhead Cam) verwendet werden, die physikalisch mit den Ventilen 25 gekoppelt und entkoppelt werden können, um eine Luftströmung durch die Zylinder 24 hindurch zu unterbrechen. Ein Luftmassenstromsensor 26 und Saugrohrdruck(MAP)-Sensor 28 detektieren den Luftstrom und den Luftdruck in dem Saugrohr 22 und erzeugen Signale für den Antriebsstrang-Controller 18. Der Luftstromsensor 26 ist vorzugsweise ein Hitzdrahtanemometer und der MAP-Sensor 28 ist vorzugsweise ein Dehnungsmesser.
  • Eine elektronische Drosseleinrichtung 30 mit einer Drosselklappe, die durch einen elektronischen Drosseleinrichtungs-Controller (ETC) 32 gesteuert wird, steuert die Menge an Luft, die in das Saugrohr 22 eintritt. Die elektronische Drosseleinrichtung 30 kann irgendeine in der Technik bekannte Elektromotor- oder Betätigungstechnologie benutzen, die einschließt, aber nicht begrenzt ist auf DC-Motoren, AC-Motoren, bürstenlose Permanentmagnetmotoren und Reluktanzmotoren. Der elektronische Drosseleinrichtungs-Controller 32 umfasst eine Leistungsschal tung, um die elektronische Drosseleinrichtung 30 zu modulieren, und eine Schaltung, um einen Stellungs- und Drehzahleingang von der elektronischen Drosseleinrichtung 30, zu empfangen. Bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Absolutdrehcodierer mit der elektronischen Drosseleinrichtung gekoppelt, um Drehzahl- und Stellungsinformation für den elektronischen Drosseleinrichtungs-Controller 32 bereitzustellen. Bei alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann ein Potentiometer dazu verwendet werden, Drehzahl- und Stellungsinformation für die elektronische Drosseleinrichtung 30 bereitzustellen. Der elektronische Drosseleinrichtungs-Controller 32 umfasst ferner eine Kommunikationsschaltung, wie etwa eine serielle Verbindung oder eine Kraftfahrzeugkommunikationsnetz-Schnittstelle, um mit dem Antriebsstrang-Controller 18 über ein Kraftfahrzeugkommunikationsnetz 33 zu kommunizieren. Bei alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann der elektronische Drosseleinrichtungs-Controller 32 vollständig in dem Antriebsstrang-Controller 18 integriert sein, um die Notwendigkeit für einen physikalisch getrennten elektronischen Drosseleinrichtungs-Controller zu beseitigen.
  • Ein Bremspedal 36 in dem Fahrzeug ist mit einem Bremspedalsensor 38 ausgerüstet, um den Betrag an Druck zu bestimmen, der von einem Bediener des Fahrzeuges auf das Bremspedal 36 ausgeübt wird. Der Bremspedalsensor 36 erzeugt ein Signal für den Antriebsstrang-Controller 18, um einen Bremszustand des Fahrzeugs zu bestimmen. Ein Bremszustand wird einen Zustand mit niedrigem Drehmoment/niedrigem Bedarf des Verbrennungsmotors mit variablem Hubraum 12 angeben. Ein Gaspedal 40 in dem Fahrzeug ist mit einem Pedalstellungssensor 42 ausgerüstet, um die Stellung des Gaspedals zu erfassen. Das Signal des Pedalstellungssensors 42 wird auch an den Antriebsstrang-Controller 18 übermittelt. Bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Bremspedalsensor 38 ein Dehnungsmesser und der Pedalstellungssensor 42 ist ein Absolutdrehcodierer. Des Weiteren sind Emissionssteuerungssignale 19 in das Steuerungssystem 10 integriert, um die Emissionen des Verbrennungsmotors zu überwachen und zu steuern.
  • Um glatte Übergänge zwischen einer Konfiguration mit Teilhubraum und einer Konfiguration mit vollem Hubraum für den Verbrennungsmotor 12 zu ermöglichen, wird die Motordrehzahl als eine Angabe für das Motordrehmoment verwendet. Die Motordrehzahl kann als Pseudodrehmomentwert verwendet werden, da die Motordrehzahl vorwiegend eine Funktion des Bremsmomentes, der Motorlast und der Trägheit ist. Die Motorlast und Trägheit werden sich über eine Zeitdauer, wie etwa zwei Sekunden, während einer Zylinderwiederzuschaltung oder -abschaltung in einem Motor mit variablem Hubraum nur sehr wenig ändern. Die Drehzahlsteuerung kann während dieser Zeitdauer eine Drehmomentsteuerung ersetzten. Die vorliegende Erfindung benutzt eine Drehzahlrückkopplung, die von dem Sensor 20 erzeugt wird, um den Zündzeitpunkt zur Steuerung der Motordrehzahl in dem Verbrennungsmotor 12 zu verändern.
  • 2 ist ein Steuerungsblockdiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung detailliert ausführt. Der Hubraum des Verbrennungsmotors 12 wird in Abhängigkeit von Fahrzuständen variieren, und der Steuerungsblock von 2 wird durch ein Flag freigegeben, welches die Änderung des Hubraumes des Verbrennungsmotors 12 an einem Abtast-Halte-Block 50 angibt. Die Drehzahl der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 12 wird von dem Drehzahlsensor 20 be stimmt und in Block 50 und Block 52 eingespeist. Der Block 52 filtert die Motordrehzahl, und zu der Zeit, zu der das Flag den Block 50 freigibt, tastet dieser die Motordrehzahl ab und hält sie. Ein Summierknoten 54 führt ein Signal zur Kompensation einer Fahrerabsicht, die von dem Gaspedalstellungssensor 42 und/oder dem Bremspedalstellungssensor 38 abgeleitet wird, vorwärts. Der Signalausgang von dem Summierknoten 54 und dem Block 52 wird bei Blöcken 58 und 60 mit einer Tabelle in einen abgeschätzten und gewünschten Drehmomentwert umwandelt. Der abgeschätzte Drehmomentwert und der gewünschte Drehmomentwert werden an einem Summierknoten 62 verknüpft, um einen Fehlerwert zu erzeugen. Der Fehlerwert wird von einem Regelungsblock 64 verarbeitet, um ein Zündzeitpunktsteuerungs-Ausgangssignal zu erzeugen. Der Regelungsblock 64 ist vorzugsweise ein Proportional-Integral-Regelungsblock, er kann aber jede andere Form von Steuerungs- oder Regelalgorithmus umfassen, einschließlich anderer Kompensatoren mit einem einzigen Eingang oder einem einzigen Ausgang. Das Zündzeitpunktsteuerungs-Ausgangssignal wird von dem Controller 18 an die Zündzeitpunkt-Controller des Zündsystems 16 ausgegeben, um das Drehmoment unter Verwendung einer Zündzeitpunktverstellung nach früh und nach spät während der Abschaltung und Wiederzuschaltung der Zylinder 24 zu steuern.
  • 3 ist eine Reihe von graphischen Darstellungen, die die Genauigkeit des Drehmomentsignals unter Verwendung des vorliegenden Steuerungssystems über eine kurze Zeitdauer (wie etwa die zuvor beschriebene Periode von zwei Sekunden) veranschaulichen. Das Motordrehmoment wird unter Verwendung einer Drehzahlrückkopplung indirekt gesteuert bzw. geregelt, so dass es in einem annehmbaren Fehlerband bleibt. Die Drehzahlsteuerung oder -regelung des Motordrehmoments ist über diese relativ kurze Zeitdauer möglich, da sich das Motordrehmoment relativ langsam mit Bezug auf die Motorlast ändert. Die graphische Darstellung 70 ist das Drehmoment über die Zeit und zeigt eine Zylinderabschaltung. Die Zeit t1 gibt den Start des Drehmomentsteuerungsereignisses an, und die Zeit t2 gibt das Ende des Steuerungszeitraumes an. Wie es zu sehen ist, ist die Änderung des Drehmomentes gleich Null. Die graphische Darstellung 72 der Motordrehzahl veranschaulicht die direkt gesteuerte Variable oder Regelgröße, und die graphische Darstellung 74 der Motorlast veranschaulicht den sich relativ langsam ändernden externen Eingang, der sich in dem Drehmoment wiederspiegelt.
  • Zusammengefasst betrifft die Erfindung ein Motorsteuerungssystem in einem Fahrzeug, das einen Verbrennungsmotor mit variablem Hubraum, einen Drehzahlsensor zum Detektieren der Drehzahl des Verbrennungsmotors und einen Controller zum Steuern des Hubraumes des Verbrennungsmotors umfasst, wobei der Controller den Zündzeitpunkt des Motors auf der Grundlage der detektierten Drehzahl während Hubraumänderungen des Verbrennungsmotors verändert.

Claims (11)

  1. Motorsteuerungssystem in einem Fahrzeug, umfassend: einen Verbrennungsmotor (12) mit variablem Hubraum, einen Drehzahlsensor (20) zum Detektieren der Drehzahl des Verbrennungsmotors und einen Controller (18) zum Steuern des Hubraumes des Verbrennungsmotors (12), wobei der Controller (18) den Zündzeitpunkt des Motors (12) auf der Grundlage der detektierten Drehzahl während Hubraumänderungen des Verbrennungsmotors (12) verändert.
  2. Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller (18) den Zündzeitpunkt für einen Wiederzuschaltungszylinder während eines Überganges von Abschaltung nach Wiederzuschaltung nach früh verstellt.
  3. Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller (18) den Zündzeitpunkt für einen Wiederzuschaltungszylinder während eines Überganges von Abschaltung nach Wiederzuschaltung nach spät verstellt.
  4. Motorsteuerungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahlsensor (20) ein Hall-Effekt-Sensor ist.
  5. Motorsteuerungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (12) mit variablem Hubraum ein Acht-Zylinder-Motor ist.
  6. Motorsteuerungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (12) mit variablem Hubraum ein Motor mit obenliegenden Ventilen ist.
  7. Motorsteuerungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (12) mit variablem Hubraum ein Motor mit obenliegenden Nocken ist.
  8. Verfahren zum Steuern des Drehmomentes eines Verbrennungsmotors mit variablem Hubraum mit den Schritten: Detektieren der Drehzahl des Verbrennungsmotors (50, 52), und Verändern des Zündzeitpunktes des Verbrennungsmotors (12) während Hubraumänderungen (64).
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Veränderns des Zündzeitpunktes des Verbrennungsmotors (12) mit variablem Hubraum während Hubraumänderungen (64) das Verstellen des Zündzeitpunktes für den Zylinder bei Wiederzuschaltung nach früh umfasst.
  10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Veränderns des Zündzeitpunktes des Verbrennungsmotors (12) mit variablem Hubraum während Hubraumänderungen (64) das Verstellen des Zündzeitpunktes für den Zylinder bei Wiederzuschaltung nach spät umfasst.
  11. Verfahren zum Steuern der Drehmomentabgabe eines Verbrennungsmotors (12) mit variablem Hubraum mit den Schritten: Detektieren der Drehzahl des Verbrennungsmotors (50, 52), und Steuern der Motordrehzahl des Verbrennungsmotors (12) auf der Grundlage der detektierten Motordrehzahl während Hubraumänderungen des Verbrennungsmotors (12).
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