DE112011100224B4 - Verbrennungsmotorsteuerung für verbesserte Treibstoffeffizienz - Google Patents

Abstract

Motorsteuerung eingerichtet zum Steuern von Arbeitskammerzündungen in einem Verbrennungsmotor, mit: einer Arbeitskammerabgabeberechnungseinheit eingerichtet zum Bestimmen eines relativen Anteils der durch jede Arbeitskammerzündung relativ zu einer Bezugsabgabe gelieferten Abgabe; eine Zündungsbruchteilberechnungseinheit eingerichtet zum Empfangen eines Signals, das eine Soll-Abgabe anzeigt, und zum Ausgeben eines Signals, das einen Soll-Zündungsbruchteil anzeigt, wobei das Soll-Zündungsbruchteilsignal zumindest teilweise auf Ergebnissen der Arbeitskammerabgabeberechnungseinheit basiert; und eine Ansteuerpulserzeugungseinheit eingerichtet zum Empfangen des Signals, das den Soll-Zündungsbruchteil anzeigt, und zum Ausgeben eines Ansteuerpulssignals mit einer Folge von Ansteuerpulsen, die ein Zündauslass-Zündmuster definieren, das anzeigt wann Arbeitskammerzündungen zum Liefern des Soll-Zündungsbruchteils geeignet sind.

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Verbrennungsmotoren und Verfahren und Anordnungen von Steuerungen von Verbrennungsmotoren, so dass diese effizienter arbeiten. Allgemein gesagt, werden während des Betriebs des Verbrennungsmotors ausgewählte Zündungsereignisse ausgelassen, so dass andere Arbeitszyklen mit besserer thermodynamischer Effizienz arbeiten können.
• Heutzutage gibt es eine große Vielfalt allgemein üblicher Verbrennungsmotoren. Die meisten Verbrennungsmotoren verwenden Hubkolben mit Zwei- oder Viertaktarbeitszyklen und arbeiten mit Effizienzen, die deutlich unter ihrer theoretischen Spitzeneffizienz liegen. Einer der Gründe dafür, dass die Effizienz solcher Motoren so niedrig ist, liegt darin, dass der Motor fähig sein muss, unter einer großen Vielfalt verschiedener Arbeitslasten zu arbeiten. Dementsprechend variiert die Menge an Luft und/oder Treibstoff, die in jeden der Zylinder eingebracht wird, typischerweise in Abhängigkeit von der Soll-Drehmoment- oder Leistungsabgabe. Wohlverstanden ist, dass die Zylinder effizienter sind, wenn diese unter Bedingungen betrieben werden, die eine Voll- oder nahezu Voll-Kompression und optimale Treibstoffeinspritzniveaus zulassen, die auf die Zylindergröße und Betriebsbedingungen zugeschnitten sind. Hingegen würde bei Motoren, die die Leistungsabgabe durch Verwendung einer Drossel zum Regulieren des Luftzustroms in die Zylinder regeln (wie z. B. Otto-Motoren, die in zahlreichen Personenkraftwagen verwendet werden), das Betreiben des Motors unter thermodynamisch effizienteren Bedingungen typischerweise in der Lieferung von mehr Leistung (und oft deutlich mehr Leistung) als gewünscht oder geeignet resultieren.
• Im Verlauf der Jahre wurden breitgefächerte Anstrengungen unternommen, um die thermodynamische Effizienz von Verbrennungsmotoren zu verbessern. Eine Herangehensweise, die an Beliebtheit zugenommen hat, ist das Abwandeln des effektiven Hubraums des Motors. Die meisten kommerziell erhältlichen Verbrennungsmotoren mit variablem Hubraum schalten gewissermaßen einige der Zylinder während bestimmter Niedrig-Last Betriebsbedingungen „ab”. Wenn ein Zylinder „abgeschaltet” ist, bewegt sich sein Kolben immer noch hin und her, jedoch wird weder Luft noch Treibstoff an den Zylinder geliefert, so dass der Kolben während seines Arbeitshubs keine Leistung liefert. Da die abgeschalteten Zylinder keine Leistung liefern, ist die proportionale Last an den verbliebenen Zylindern erhöht, was es den verbliebenen Zylindern erlaubt, bei einer verbesserten thermodynamischen Effizienz zu arbeiten. Die verbesserte thermodynamische Effizienz resultiert in verbesserter Treibstoffeffizienz. Obwohl die übrigen Zylinder dazu tendieren, mit verbesserter Effizienz zu arbeiten, haben konventionelle Verbrennungsmotoren variablen Hubraums etliche Nachteile, die ihre Gesamteffizienz beschränken. Ein Nachteil der meisten kommerziell erhältlichen Verbrennungsmotoren variablen Hubraums ist, dass sie dazu neigen sehr schnell aus dem Modus variablen Hubraums herauszuschlagen, wenn am gewünschten Betriebszustand des Verbrennungsmotors Änderungen vorgenommen werden. Zum Beispiel scheint es viele kommerziell erhältliche Fahrzeugverbrennungsmotoren variablen Hubraums aus dem Betriebszustand variablen Hubraums in einen „konventionellen” Betriebsmodus mit allen Zylindern jedes Mal dann herauszuwerfen, wenn der Fahrer nichttriviale zusätzliche Leistung durch weiteres Herabdrücken des Gaspedals anfordert. In vielen Gegebenheiten resultiert dies darin, dass der Verbrennungsmotor den treibstoffsparenden Modus variablen Hubraums abschaltet, obwohl der Motor theoretisch sehr wohl fähig ist, die gewünschte Leistung unter Verwendung nur der reduzierten Anzahl Zylinder zu liefern, die in dem Modus variablen Hubraums benutzt wurden. Es wird vermutet, dass der Grund dafür, dass solche Verbrennungsmotoren variablen Hubraums so schnell aus dem Modus variablen Hubraums ausschlagen, der empfundenen Schwierigkeit geschuldet ist, den Verbrennungsmotor so zu steuern, im Wesentlichen die gleiche Gasannahme zu liefern, unabhängig davon wie viele Zylinder zu jedem Zeitpunkt benutzt werden.
• Wie oben angedeutet schalten die meisten kommerziell erhältlichen Verbrennungsmotoren variablen Hubraums bestimmte Zylinder zum Abwandeln des Hubraums in diskreten Schritten ab. Es wurden auch andere Herangehensweisen zum Abwandeln des Hubraums eines Verbrennungsmotors vorgeschlagen um verbesserte thermodynamische Effizienz zu ermöglichen. Zum Beispiel ziehen einige Entwürfe ein Abwandeln der effektiven Größe der Zylinder zum Abwandeln des Motorhubraums in Erwägung. Obwohl solche Entwürfe thermodynamische und Treibstoff-Effizienzen verbessern können, neigen bekannte Entwürfe mit variabler Zylindergröße dazu, relativ kompliziert und teuer in der Produktion zu sein, was sie für den umfassenden Einsatz in kommerziellen Fahrzeugen unpraktisch macht.
• Benachbarter Stand der Technik ist auch aus den Druckschriften US 4 509 488 A , US 7 577 511 B1 und US 7 849 835 B2 bekannt.
• US 4 509 488 A schlägt eine andere Herangehensweise zum Abwandeln des Hubraums eines Verbrennungsmotors vor. Das Patent schlägt vor, einen Verbrennungsmotor in einer ungedrosselten Weise zu betreiben, die Arbeitszyklen der Motorzylinder gemäß einer näherungsweise gleichförmigen Verteilung auslässt, die in Abhängigkeit von der Last variiert wird. Den nicht-übergangenen Zylindern wird eine feste Treibstoffmenge zugeführt, so dass die betriebsfähigen Zylinder nahe bei ihrer optimalen Effizienz arbeiten können, was die Gesamtbetriebseffizienz des Verbrennungsmotors erhöht. Das im Patent beschriebene Vorgehen hat jedoch niemals kommerziellen Erfolg erfahren. Es wird vermutet, dass dies teilweise der Tatsache geschuldet ist, dass obwohl die Verteilung der ausgelassenen Arbeitstakte auf Basis der Last variierte, eine diskrete Anzahl unterschiedlicher Zündungsmuster in Betracht gezogen wurde, so dass die von dem Motor abgegebene Leistung nicht regelmäßig präzise mit der gewünschten Last übereinstimmen würde, was von einem Steuerungs- und Benutzerstandpunkt problematisch wäre. In einigen Ausführungsformen waren die Zündungsmuster feststehend – was inhärent das Risiko mit sich bringt, resonante Vibrationen in die Motorkurbelwelle einzuführen. Das Patent erkannte dieses Risiko und schlägt eine zweite Ausführungsform vor, die eine zufällige Verteilung der tatsächlichen Zylinderzündungen verwendet, um die Wahrscheinlichkeit resonanter Vibrationen zu reduzieren. Dieses Vorgehen bringt jedoch den Nachteil mit sich, größere Variationen in der Antriebsenergie einzuführen. Das Patent scheint dieses Problem erkannt zu haben und schlägt die Verwendung eines – gegenüber einem normalen – robusteren Schwungrads zur Kompensation der resultierenden Fluktuationen in der Antriebsenergie vor. Kurz gesagt scheint es, dass die durch das Patent vorgeschlagene Herangehensweise nicht geeignet war, den Verbrennungsmotorbetrieb gut genug zu steuern, um kommerziellen Erfolg zu erzielen. Obwohl bekannte Verbrennungsmotoren variablen Hubraums in vielen Anwendungen gut arbeiten, gibt es fortgesetzte Anstrengungen, um kosteffektive Mechanismen zur Verbesserung der Treibstoffeffizienz von Verbrennungsmotoren bereit zu stellen.
• Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung Variationen der Antriebsenergie zu vermeiden und gleichzeitig eine besseres Kostenniveau bei der Umsetzung einer robusten Anwendung zu erreichen.
• Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
• Es werden eine Vielfalt an Verfahren und Anordnungen zur Verbesserung der Treibstoffeffizienz eines Verbrennungsmotors beschrieben. Nach einigen Gesichtspunkten werden Verfahren und Anordnungen zum Betreiben eines Verbrennungsmotors in einem gedrosselten Zündauslassmodus beschrieben. In einer solchen Hinsicht ist eine Zündungsbruchteilberechnungseinheit angeordnet zum Empfangen eines Signals, das die Soll-Abgabe bezeichnet, und zum Ausgeben eines Signals, das den Soll-Zündungsbruchteil bezeichnet. Das Signal für den Soll-Zündungsbruchteil wird basierend auf der relativen Abgabe der Arbeitskammerzündungen skaliert. In einigen Ausführungsformen wird eine Arbeitskammerabgabeberechnungseinheit zum Bestimmen der durch jede Arbeitskammerzündung gelieferten Abgabe relativ zu einer Bezugsabgabe unter den gegenwärtigen Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors verwendet. In solchen Ausführungsformen kann das Ausgangssignal der Arbeitskammerabgabeberechnungseinheit von der Zündungsbruchteilberechnungseinheit zum Skalieren des Signals verwendet werden, das den Soll-Zündungsbruchteil bezeichnet. In einigen Ausführungsformen ist eine Ansteuerpulserzeugungseinheit eingerichtet zum Empfangen des Signals, das den Soll-Zündungsbruchteil bezeichnet, und zum Ausgeben eines Ansteuerpulssignals mit einer Sequenz von Ansteuerpulsen, die ein Zündauslasszündungsmuster definieren, welches anzeigt, wann Arbeitskammerzündungen geeignet sind den Soll-Zündungsbruchteil zu liefern.
• In einigen Ausführungsformen ist die Bezugsabgabe ein feststehender Wert, während die Bezugsabgabe in anderen als eine Funktion einer oder mehrerer der gegenwärtigen Betriebsbedingungen/-parameter variiert. Als Beispiel kann die Bezugsabgabe eingerichtet sein die Abgabemenge zu repräsentieren, die durch eine optimierte Arbeitskammerzündung unter den gegebenen Arbeitsbedingungen bereitgestellt würde.
• Die Ansteuerpulserzeugungseinheit kann breitgefächerte Formen annehmen. In einigen Ausführungsformen wird Rückkopplungsregelung in der Bestimmung der auszulassenden Arbeitszyklen verwendet. Beispielsweise sind für diese Aufgabe Ansteuerpulserzeugungseinheiten gut geeignet, die prädiktive Adaptivregelung verwenden. Wenn gewünscht, kann die Ansteuerpulserzeugungseinheit bei der Bestimmung des Ansteuerpulssignals Rückinformation der Arbeitskammerzündungen (berechnet, angefordert, angewiesen oder tatsächlich) verwenden.
• Gemäß einem anderen Aspekt werden Verfahren und Anordnungen beschrieben zum Steuern des Betriebszustandes eines Verbrennungsmotors variablen Hubraums, der im Stande ist in einer Vielzahl unterschiedlicher Betriebszustände zu arbeiten, die jeweils der Verwendung einer anderen Anzahl der Arbeitskammern entsprechen. Nach diesem Aspekt wird eine Steuerungseinheit zum Empfangen eines Signals angeordnet, das die Soll-Motorleistung bezeichnet, und zum Ausgeben eines Motorzustandssignals, das einen Soll-Betriebszustand des Verbrennungsmotors bezeichnet. In einigen Ausführungsformen kann die Motorzustandssteuereinheit eine Arbeitskammerabgabeberechnungseinheit und/oder eine Zündungsbruchteilberechnungseinheit in ziemlich derselben Weise enthalten, wie sie bei der oben beschriebenen Zündauslasssteuereinheit verwendet wird. In vielfachen Ausführungsformen kann der gewünschte Betriebszustand des Verbrennungsmotors zumindest teilweise auf Rückkopplungsregelung basierend bestimmt werden. In diversen Implementierungen kann die Steuereinheit prädiktive Adaptivregelung verwenden und/oder Rückinformation von Arbeitskammerzündungen (berechnet, angefragt, angewiesen oder tatsächlich) beinhalten.
• In einigen Ausführungsformen wird eine Motorzustandserzeugungseinheit verwendet, die eine Sigma-Delta Steuerung beinhaltet. In anderen Ausführungsformen kann die Motorzustandserzeugungseinheit eine Steuerung beinhalten, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: einer Pulsweiten-Modulations-(PWM)Steuerungseinheit; einer kleinste mittlere Quadrate (LMS) Steuerungseinheit; und einer rekursive kleinste Quadrate (RLS) Steuerungseinheit.
• In einigen bevorzugten Ausführungsformen wird die Bestimmung des Betriebszustandes des Verbrennungsmotors im Wesentlichen kontinuierlich wiederholt, so dass die Motorleistung im Wesentlichen der Soll-Abgabe folgt. In anderen Ausführungsformen kann die Motorzustandserzeugungseinheit oder das Eingangssignal für die Motorzustandserzeugungseinheit skaliert sein, um dem relativen Verhältnis der durch jede Arbeitskammerzündung relativ zu einer Bezugsabgabe gelieferten Abgabe Rechnung zu tragen.
• Die Erfindung und ihre Vorteile können am besten unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen verstanden werden, in denen:
• 1(a) ein Blockdiagramm eines Zündauslassmotorsteuerungssystems in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung ist, die flexible Steuerung der gewünschten Drosselposition erlaubt.
• 1(b) ein Blockdiagramm eines Zündauslassmotorsteuerungssystems in Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist.
• 2(a) ein Blockdiagramm einer Ansteuerpulserzeugungseinheit basierend auf einem analogen Sigma-Delta Steuerschaltkreis ist, die zur Verwendung mit einigen Ausführungsformen der Erfindung geeignet ist.
• 2(b) ein Blockdiagramm einer Digitaler-Sigma-Delta-Steuerschaltkreis-Ausführungsform in Übereinstimmung mit einigen anderen Ausführungsformen der Erfindung ist.
• 3 ein Blockdiagramm eines anderen Ansteuerpulserzeugungseinheit-/ECU-Designs ist.
• 4(a) ein Diagramm ist, das die Leistungsfähigkeit eines zeitgemäßen Honda Verbrennungsmotors mit variabler Zylinderverwaltung (VZM) bei Durchführung eines standardisierten Motorleistungsfähigkeitstests, der als US06 Ergänzendes Bundesprüfverfahren (SFTP) bekannt ist, darstellt.
• 4(b) ein Diagramm ist, das die Leistungsfähigkeit desselben Motors bei Verwendung einer Steuerung des in 1(a) oder (b) dargestellten Typs während der Durchführung desselben Testes wie in 4(a) dargestellt abbildet.
• 4(c) ein Diagramm ist, das die Leistungsfähigkeit desselben Verbrennungsmotors während der Durchführung desselben Tests wie in den 4(a) und 4(b) dargestellt abbildet, wenn der Motor gesteuert wird unter Verwendung von 2, 3, 4 oder 6 Zylindern und Nutzung einer Steuerung des in 1(a) oder (b) dargestellten Typus zu arbeiten.
• 5 ein Blockdiagramm eines Verstellhubraummotorzustandssteuersystems in Übereinstimmung mit wiederum einer anderen Ausführungsform ist, die den Betriebszustand des Verbrennungsmotors steuert.
• 6 ein Blockdiagramm einer stellvertretenden Bauart für eine Motorzustandserzeugungseinheit 710 ist, die zur Verwendung des in 5 dargestellten Verstellhubraummotorsteuerungssystems geeignet ist.
• 7 ein Blockdiagramm einer anderen Ausführungsform einer Verbrennungsmotorzustandssteuerung ist.
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Verfahren und Anordnungen zum Steuern des Betriebs von Verbrennungsmotoren zur Verbesserung ihrer thermodynamischen und Treibstoff-Effizienz. Verschiedene Aspekte der Erfindung beziehen sich auf motorisierte Fahrzeuge, die derartige Motorsteuerungen verwenden, und auf Verbrennungsmotorsteuereinheiten, die zur Implementierung solcher Steuerungen geeignet sind.
• Herangehensweisen zur Motorsteuerung, die den effektiven Hubraum eines Verbrennungsmotors durch Überspringen der Zündung bestimmter Zylinder variieren, werden oftmals als „Zündauslass”-Motorsteuerungen bezeichnet. Allgemein wird davon ausgegangen, dass Zündauslass-Motorsteuerungen etliche mögliche Vorteile bieten, darunter das Potenzial signifikant verbesserter Treibstoffökonomie in vielen Anwendungen. Obwohl das Konzept der Zündauslassmotorsteuerung seit einigen Jahren zugegen ist, und seine Vorzüge verstanden sind, hat die Zündauslassmotorsteuerung noch keinen signifikanten kommerziellen Erfolg erzielen können, teilweise aufgrund der von ihr gestellten Herausforderungen.
• Mit-zugewiesene US-Patente US 7 577 511 B1 und US 7 849 835 B2 und eine Vielzahl anderer verwandter Anmeldungen beschreiben eine neue Klasse an Motorsteuerungen, die es praktikabel machen, eine große Vielzahl an eingebauten Verbrennungsmotoren in einem Zündauslassbetriebsmodus zu betreiben. Obwohl die beschriebenen Steuerungen gut arbeiten, bestehen fortdauernde Anstrengungen zur weiteren Verbesserung ihrer Leistungsfähigkeit. Die vorliegende Anmeldung baut auf den früheren Patenten auf und beschreibt zusätzliche Steuermerkmale und Verbesserungen, die die Leistungsfähigkeit in einer Vielzahl Anwendungen weiter verbessern können.
• Die mannigfaltigen beschriebenen Ausführungsformen sind gut geeignet zur Verwendung in: (a) Nachrüstung bestehender Motoren; (b) neuen Motoren basierend auf aktuellen Bauarten; und/oder (c) neuen Motorbauarten, die andere Entwicklungen aufnehmen oder optimiert sind, die Vorzüge der beschriebenen Arbeitszyklusoptimierung weiter zu entwickeln. Für die Zwecke dieser Darstellung wird die Erfindung im Kontext eines Otto-Motors (dem Motortypus, der in den meisten Personenkraftwagen auf der Straße verwendet wird) beschrieben. Die Vorteile der vorliegenden Erfindung sind jedoch in gleicher Weise relevant für eine breitgefächerte Vielzahl anderer verbauter Verbrennungsmotoren, beinhaltend Motoren, die unter Verwendung eines Diesel-Zyklus arbeiten, eines Dual-Zyklus, eines Atkins-Zyklus, eines Miller-Zyklus, Zweitaktfunkenzündung-(SI)Motor-Zyklen, Zweitaktkompressionszündungs-(CI)Motoren, Hybrid-Motoren, Stern-Motoren, Gemischtzyklen-Motoren, Wankel-Motoren, andere Typen von Rotationskolbenmotoren, etc.
• Wie in den in Bezug genommenen, mit-zugewiesenen US-Patenten mit einigem Detail beschrieben, wird beste Treibstoffeffizienz im Allgemeinen erzielt, wenn die gezündeten Arbeitskammern bei oder nahe ihrer optimalen thermodynamischen Effizienz betrieben werden. Es gibt jedoch Situationen, bei denen es wünschenswert sein wird den Verbrennungsmotor in einem Zündauslasstypus-Verstellhubraummodus mit einer Drosselposition zu betreiben, die deutlich unterhalb der optimalen Drosselposition (d. h. bei Teildrosselung) liegt. In diesen Ausführungsformen bleibt der Motor in einem Modus kontinuierlich variablen Hubraums, obwohl er nicht die Arbeitszyklen optimiert. D. h., die Menge an Luft und Treibstoff, die an jeden Zylinder/ jede Arbeitskammer geliefert wird, ist relativ zu einer optimierten Zündung reduziert, obwohl die tatsächlich gelieferte Treibstoffmenge für die tatsächlich dem Zylinder gelieferte Luftmenge optimiert sein kann (bspw. in stöchiometrischen Anteilen). Obwohl die Treibstoffeffizienz eines Verbrennungsmotors, der bei Teildrosselung mit deoptimierten Arbeitszyklen arbeitet, im Allgemeinen nicht so gut wie bei einer optimalen Drosselposition sein wird, wird der Teildrosselungszündauslassbetriebsmodus im Allgemeinen immer noch bessere Treibstoffeffizienz als das konventionelle gedrosselte Betreiben eines Motors bei einer vorgegebenen Motordrehzahl/Motorleistungsabgabe bereitstellen, weil die aktiven Arbeitszyklen effizienter sind, als es die Arbeitszyklen wären, wenn jeder Zylinder gezündet würde.
• Diese Teildrosselungs-(Teilgas-)Zündauslassbetriebsweise kann in einer Vielzahl Anwendungen nützlich sein – darunter Anwendungen, bei denen relativ niedrige Leistungsabgaben benötigt werden und/oder bei niedrigen Motordrehzahlen, wie z. B. dann, wenn der Motor im Leerlauf ist, das Fahrzeug abbremst, etc. Insbesondere tendiert Teildrosselzündauslassbetrieb dazu, bei niedrigen Drehzahlen einen gleichmäßigeren Motorbetrieb und/oder eine gleichmäßigere Steuerung zu ermöglichen. Ebenso kann Teildrosselungsbetrieb verwendet werden, um bessere Motorabbremsung bereitzustellen, um Emissionscharakteristiken zu verbessern, etc. In einigen Implementierungen kann die Steuerung so eingerichtet sein, automatisch zu einer niedrigeren Drosseleinstellung anzupassen und währenddessen den Betrieb im Zündauslasstypushubraumverstellmodus fortzusetzen, wenn der Motor sich in einem vordefinierten Betriebszustand befindet. Beispielsweise kann die Steuereinheit die Drosseleinstellung herabsetzen, sobald die Motordrehzahl unter eine vorbestimmte Schwelle absinkt (bspw. unter 2000 RPM, 1500 RPM, etc.), während des Abbremsens und/oder bevor der Motor warmgelaufen ist.
• In einigen Implementierungen kann die beschriebene Zündauslasssteuerung in Verbindung mit einer vollständig variablen Drosselung oder einem Bereich an Drosselpositionen verwendet werden. In anderen Implementierungen kann ein vordefinierter Satz an Teildrosseleinstellungen eingesetzt werden, um den Anforderungen bestimmter Anwendungen gerecht zu werden. Beispielsweise mag eine Implementierung vier verschiedene Drosselzustände einsetzen. Ein Zustand entspricht grundsätzlich einer optimalen Drosselposition (gelegentlich als Vollgasposition bezeichnet, unabhängig davon, ob die Drossel tatsächlich weit offen ist), ein zweiter Zustand entspricht der Halbdrosselungsposition, ein dritter Zustand entspricht einer Viertel-Drosselungsposition und ein vierter Zustand entspricht einer Leerlauf- und/oder Abbrems-Drosselposition. Die zum Auslösen von Übergängen zwischen den Betriebszuständen verwendeten Bedingungen können in Übereinstimmung mit den Anforderungen einer bestimmten Anwendung stark variieren.
• In Implementierungen, die einen vordefinierten Satz Drosselpositionen verwenden, muss die tatsächliche Drosselposition in den verschiedenen Teildrosselungsbetriebszuständen nicht vollständig bei einer vorher festgelegten Stellung festgesetzt sein. Vielmehr können sekundäre Überlegungen die zu jeder gegebenen Zeit in jedem gegebenen Betriebszustand verwendete spezielle Drosseleinstellung beeinflussen. Zum Beispiel kann die tatsächliche Drosselposition für den Leerlaufzustand basierend darauf etwas variieren, wie warm oder kalt der Motor ist. Gemäß einem anderen Beispiel kann die tatsächliche Drosselposition für den „Vollgas”-Zustand variieren um wie oben beschrieben Treibstoffeffizienz zu optimieren. Selbstverständlich können etliche andere Überlegungen die speziellen Drosseleinstellungen ebenso beeinflussen.
• Vielfache oder variable Drosselpositionen können auch unterstützend zur Glättung des Übergangs zwischen konventionellem gedrosselten Betrieb und optimiertem Zündauslassbetrieb verwendet werden. Es sollte beachtet werden, dass der Übergang vom konventionellen (alle Zylinder) Betrieb zum optimierten Zündauslassbetrieb manchmal ungewünschte Vibration hervorrufen kann. In einigen Betriebsbedingungen können einige solcher Vibrationen durch graduelles Überführen der Drossel von ihrer (dann gegenwärtigen) Betriebsposition zu der Position, die für optimierten Zündauslassbetrieb geeignet ist, vermieden werden. In Ausführungsformen, die eine oder mehrere „Teildrossel”-Positionen haben, kann dies durch Verstufen des Übergangs durch Eintritt in den Zündauslassmodus bei einer der Teildrossel-Positionen, die zwischen der gegenwärtigen (Konventionalbetriebs-)Drosselposition und der optimalen Zündauslassdrosselposition ist, und nachfolgendem Bewegen zu höheren verfügbaren Drosselpositionen bis die optimale Drosselposition erreicht ist bewerkstelligt werden. In vollständig variablen Drosselversionen kann der Übergang durch graduelles Erhöhen der Drosselposition während des Übergangs bewerkstelligt werden. Selbstverständlich können, wenn dienlich, Übergänge vom optimierten Zündauslass- zum konventionellen Betrieb ebenfalls in ähnlicher Weise graduell oder abgestuft sein.
• Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 1(a) eine Verbrennungsmotorzündungssteuerung 500 beschrieben, die gut geeignet ist zum Steuern sowohl gedrosselten als auch optimierten Zündauslassbetriebes. Im in 1(a) dargestellten Ausführungsbeispiel beinhaltet die Verbrennungsmotorzündungssteuerung 500 eine Ansteuerpulserzeugungseinheit 510, eine Motordrehmomentbruchteilberechnungseinheit 515, eine Zylinderdrehmomentbruchteilberechnungseinheit 530, einen Vervielfacher 535, eine Motoreinstellungssteuereinheit 540 und eine Zylindersteuereinheit 545. Die beschriebene Architektur kann in eine Motorsteuereinheit (Engine Control Unit: ECU) integriert werden, oder sie kann als eine separate Zündungssteuerung, die in Verbindung mit einer konventionellen Motorsteuereinheit (ECU) arbeitet, entworfen sein. Falls als separate Zündungssteuerung implementiert, kann die Zündungssteuerung mit der ECU entweder direkt oder über einen Fahrzeugbus kommunizieren, wie bspw. einem CAN (Controller Area Network) Bus, einem LW (Local Interconnect Network) Bus oder jedem anderen geeigneten Netzwerkbus oder Verbindung.
• Die Motorzündungssteuerung 500 empfängt ein Eingangssignal, das eine gewünschte Motorleistung bezeichnet. Das Soll-Abgabesignal kann von jeder geeigneten Quelle kommen, die als sinnvoller Vermittler für eine gewünschte Motorleistung aufgefasst werden kann. Beispielsweise ist das Eingangssignal im hauptsächlich beschriebenen Ausführungsbeispiel ein Beschleunigungspedalsensorsignal, das direkt oder indirekt von einem Beschleunigungspedalpositionssensor 161 abgenommen wird und indikativ für die Beschleunigungspedalposition ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Pedalpositionssensorsignal 503 durch den Vorprozessor 504 verarbeitet, um das Soll-Abgabesignal 505 bereitzustellen. Die Vorverarbeitung kann eingerichtet sein, die Beschleunigungspedalposition in einen Bereich zu skalieren, der zur Verwendung durch die Motordrehmomentbruchteilberechnungseinheit 515 geeignet ist, und eingerichtet sein zum Bereitstellen jeglicher anderer gewünschter Vorverarbeitung wie unten und/oder in den referenzierten Patenten US 7 577 511 B1 und US 7 849 835 B2 diskutiert.
• Das Soll-Abgabesignal 505 (in der veranschaulichten Ausführung eine vorverarbeitete Version des Beschleunigungspedalsensorsignals) wird direkt oder indirekt einer Motordrehmomentbruchteilberechnungseinheit 515 zugeführt. Die Drehmomentbruchteilberechnungseinheit ist konzeptuell eingerichtet, den Bruchteil (Prozentsatz) des insgesamt verfügbaren Motordrehmoments oder der insgesamt verfügbaren Motorleistung zu bestimmen, der vom Betreiber angefragt wird. In dieser Implementierung wird das Beschleunigungspedalsensorsignal 505 konzeptuell als eine Anfrage nach einem vorgesehenen Anteil der verfügbaren Motorleistung behandelt, obwohl – was aus der obigen Beschreibung klar sein sollte – die Steuerung bequem abgewandelt werden kann, das Eingabesignal als eine Anfrage für eine bezeichnete Menge Drehmoment, etc. zu behandeln. Die Motordrehmomentbruchteilberechnungseinheit 515 wandelt im Wesentlichen das Beschleunigungspedalsensorsignal in ein Signal 517 um, das durch den verbliebenen Teil der Steuerung zum Bereitstellen der angefragten Motorleistung verwendet werden kann. In der veranschaulichten Ausführungsform ist das von der Motordrehmomentbruchteilberechnungseinheit ausgegebene Signal 517 bezeichnend für den Bruchteil oder den Prozentsatz der Zylinder, die unter ihren optimalen Bedingungen gezündet werden müssten, um die gewünschte Abgabe (z. B. 24%, 37%, etc.) zu liefern. Auf dieses Signal wird hier deshalb gelegentlich als das Optimal-Zündungsbruchteilsignal 517 Bezug genommen. Das Optimal-Zündungsbruchteilsignal 517 kann entweder ein digitales Signal oder ein analoges Signal sein, abhängig von der Natur des Ansteuerpulserzeugers 510.
• Die Motordrehmomentbruchteilberechnungseinheit 515 kann eingerichtet sein, die Beschleunigungspedalposition zur Soll-Motorleistung in einer Weise zu korrelieren, die gewünschte Motoransprechverhaltenscharakteristiken bereitstellt. Beispielsweise kann in vielen Implementierungen eine vollständig freigegebene Pedalposition mit dem Drehmomentbruchteil korrespondieren, der zum Betreiben des Motors im Leerlauf geeignet ist, und eine vollständig durchgedrückte Pedalposition kann mit einem 100% Drehmomentbruchteil (d. h. Vollabgabeanforderung) korrespondieren. In einer einfachen Implementierung können dazwischenliegende Pedalpositionen linear zwischen dem Leerlaufdrehmomentbruchteil und 100% skaliert werden. In anderen Implementierungen kann die Motordrehmomentbruchteilberechnungseinheit 515 eingerichtet sein, Umsetzungstabellen zu verwenden oder komplexere Funktionen zu nutzen, um den Drehmomentbruchteil zu berechnen. Solche Herangehensweisen können zur Ermöglichung maßgeschneiderterer Ansprachen auf die Pedalposition verwendet werden.
• Wie oben vorgeschlagen bezeichnet das Optimal-Zündungsbruchteilsignal 517 gewissermassen den Prozentsatz der Zylinder, die bei ihrer optimalen Effizienz gezündet werden müssten, um die Soll-Abgabe bereitzustellen. Wenn die gegenwärtige Massenluftfüllung oder der gegenwärtige Saugrohrdruck jedoch niedriger als die Massenluftfüllung/der Saugrohrdruck ist, die/der basierend auf den gegenwärtigen Umdrehungen pro Minute (RPM) die optimale Abgabe liefern würden, wird jede Zylinderzündung typischerweise weniger als eine optimale Drehmomentmenge liefern. Unter solchen Verhältnissen muss ein höherer Prozentsatz der Zylinder gezündet werden, um die gewünschte Abgabe zu liefern. Die Effektiv-Zylinderdrehmomentbruchteilberechnungseinheit 530, Invertierer 533 und Vervielfacher 535 wirken zusammen, um das Optimal-Zündungsbruchteilsignal 517 in ein Zündungsbruchteilsignal 536 zu skalieren, das zur Verwendung als das Eingangssignal für die Ansteuerpulserzeugungseinheit 510 passend ist. Wenn bspw. die Drossel in einer Weise eingestellt ist, die bei der gegenwärtigen Motordrehzahl 50% des durch eine optimale Zündung gelieferten Drehmoments liefert, dann werden verglichen mit einer Umgebung, in der optimale Zündungen verwendet werden, näherungsweise doppelt so viele Zündungen benötigt, um die gewünschte Abgabe zu liefern. Die Effektiv-Zylinderdrehmomentbruchteilberechnungseinheit 530 und Vervielfacher 535 wirken zusammen um eine solche Skalierung des Optimal-Zündungsbruchteilsignals 517 bereitzustellen. Folglich kooperieren diese Komponenten gewissermassen um eine Zündungsbruchteilberechnungseinheit zu formen.
• Genauer gesagt ist die Effektiv-Zylinderdrehmomentbruchteilberechnungseinheit 530 (auch als Arbeitskammerabgabeberechnungseinheit bezeichnet) eingerichtet, die relative Drehmomentmenge zu bestimmen, die von jeder Zylinderzündung erhalten wird, verglichen mit der Drehmomentmenge, die durch eine optimale Zündung bereitgestellt würde. Wenn z. B. die Drossel und andere Motorparameter so eingestellt sind, dass 50% des durch eine „optimale” Zündung bei der gegenwärtigen Motordrehzahl bereitgestellten Drehmoments geliefert werden, dann wäre die Ausgabe der Effektiv-Drehmomentbruchteilberechnungseinheit 0.5 (d. h. ein halb). Dieses Ausgabesignal 531, an das als das Effektiv-Zylinderdrehmomentbruchteilsignal gedacht werden mag, wird an einen Invertierer 533 gegeben, der ein Vervielfachersignal 534 ausgibt, das der Kehrwert des Effektiv-Drehmomentbruchteilsignals ist. Das Vervielfachersignal 534 bezeichnet das Maß, um die der Optimal-Zündungsbruchteil skaliert werden muss, um die gewünschte Abgabe unter der gegenwärtigen Betriebsumgebung des Verbrennungsmotors (z. B. Saugrohrdruck, etc.) zu liefern.
• Vervielfachersignal 534 wird an Vervielfacher 535 gegeben, der das Optimal-Zündungsbruchteilsignal 517 um die bezeichnete Menge vervielfacht, um ein Zündungsbruchteilsignal 536 zu liefern, das zur Verwendung als das Eingabesignal für Ansteuerpulserzeugungseinheit 510 passend ist. Mit dieser Anordnung wird das Zündungsbruchteilsignal 536, das der Ansteuerpulserzeugungseinheit eingegeben wird, geeignet für die gegenwärtigen Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors skaliert.
• Es ist darauf hinzuweisen, dass es die durch die Kombination aus Zylinderdrehmomentbruchteilberechnungseinheit 530 und Vervielfacher 535 bereitgestellte Skalierung der Ansteuerpulserzeugungseinheit 510 erlaubt, ein konsistentes Ansprechverhalten auf eine bezeichnete Pedalposition und auf Variationen der Pedalposition sogar bei verschiedenen Drosselpositionen zu liefern – was für viele Implementierungen der Motorzündungssteuerung 500 als hocherwünschte Eigenschaft erachtet wird.
• In einigen Ausführungsformen kann die Zylinderdrehmomentbruchteilberechnungseinheit 530 eingerichtet sein, die tatsächliche Abgabe eines Zylinders mit einer Bezugsabgabe zu vergleichen. Die tatsächliche Abgabe kann ein von einem Sensor, wie einem Drehmomentsensor, abgeleiteter Wert sein, ein berechneter Wert basierend auf gegenwärtigen Motorbetriebsbedingungen, ein aus einer (ein- oder mehrdimensionalen) Umsetzungstabelle gezogener Wert, der auf einer oder mehreren der gegenwärtigen Betriebsbedingungen wie Motordrehzahl basiert, oder kann in jeder anderen geeigneten Weise erhalten werden. Gleichermaßen kann die Bezugsabgabe ein feststehender Wert sein, ein berechneter Wert basierend auf gegenwärtigen Motorbetriebsbedingungen, ein Wert, der von einer (ein- oder mehrdimensionalen) Umsetzungstabelle abgefragt wird, basierend auf einer oder mehreren gegenwärtigen Betriebsbedingungen, oder sie kann in jeder anderen geeigneten Weise erhalten werden.
• Obwohl eine spezielle Implementierung zum Skalieren des Beschleunigungspedalpositionssignals 503 auf einen passenden Pegel geeignet zur Verwendung als ein Ansteuerpulserzeugungseinheit-Eingangssignal beschrieben wurde, das für einen Zündungsbruchteil bezeichnend ist, der zur Verwendung unter den gegenwärtigen Motorbetriebsbedingungen geeignet ist, ist darauf hinzuweisen, dass dasselbe Resultat unter Verwendung breitgefächerter anderer spezieller Architekturen erhalten werden kann. In nochmals anderen Implementierungen kann die durch die Effektiv-Zylinderdrehmomentbruchteilberechnungseinheit 530 und Vervielfacher 535 bereitgestellte Skalierung (die im beschriebenen Ausführungsbeispiel gewissermassen als eine Optimalwert(Feed Forward)-Herangehensweise implementiert ist) bequem innerhalb der Ansteuerpulserzeugungseinheit-Rückkopplungsschleife durch passende Skalierung des Rückkopplungssignals, das innerhalb der Ansteuerpulserzeugungseinheit 510 verwendet wird, abgewickelt werden.
• In der oben beschriebenen Ausführung bestimmt die Effektiv-Drehmomentbruchteilberechnungseinheit 530 die relative Drehmomentmenge, die durch jede Zylinderzündung verglichen mit der Drehmomentmenge, die durch eine optimale Zündung bereitgestellt würde, erhalten wird. Abhängig vom Wesen der gewünschten Steuerung kann der durch die Effektiv-Zylinderdrehmomentbruchteilberechnungseinheit 530 bei ihrer Berechnung verwendete Bezugswert ein feststehender Wert, ein als Funktion der Motordrehzahl variierender Wert, oder ein als Funktion mehrerer Variablen variierender Wert sein. Obwohl die Wahl des Bezugswertes eine gewisse Auswirkung auf das Ansprechverhalten des Motors haben wird, kann die Steuerung selbst gut mit jeder dieser Herangehensweisen arbeiten. Es ist darauf hinzuweisen, dass in einigen Fällen eine tatsächliche Zündung etwas mehr Drehmoment liefern mag als von einer tatsächlichen Zündung erwartet. Dies verursacht bei der Steuerung keine Probleme, weil der Vervielfacher 535 in solchen Situationen genauso leicht kompensiert, wie er es dann würde, wenn die Drehmomentmenge, die durch jede Zündung bereitgestellt würde, niedriger als der Bezugswert wäre.
• Die Ansteuerpulserzeugungseinheit 510 ist allgemein eingerichtet die Zündungen zu bestimmen, die geeignet sind im gegenwärtigen Zustand des Motors die gewünschte Abgabe zu liefern. D. h., sie gibt ein Ansteuerpulssignal 550 ab, das bezeichnet, wann Zündungen angebracht sind, um die gewünschte Abgabe (z. B. die vom Fahrer durch Niederdrücken des Beschleunigungspedals um einen vorgesehenen Betrag angeforderte Leistung) zu liefern. Die Bauart der Ansteuerpulserzeugungseinheit kann weitgehend variiert werden und allgemein kann jede der unten oder in den mit-zugewiesenen, in Bezug genommenen Patenten US 7 577 511 B1 und US 7 849 835 B2 beschriebenen Ansteuerpulserzeugungseinheit-Bauarten als die Ansteuerpulserzeugungseinheit 510 verwendet werden. Die Ansteuerpulserzeugungseinheit 510 verwendet Rückkopplungsregelung, wie bspw. prädiktive Adaptivregelung zum Bestimmen der Zündungen, die geeignet sind zum Liefern der Soll-Motorleistung. Das Ansteuerpulssignal 550 kann direkt oder indirekt zum Anweisen der Zündungen spezieller Zylinder verwendet werden. In der veranschaulichten Ausführungsform wird kein Folgezähler bereitgestellt, so dass das tatsächliche Zündungsmuster direkt auf dem Ansteuerpulsmuster basiert. Das Ansteuerpulssignal 550 wird an eine Zylindersteuerung 545 geliefert, die eingerichtet ist, die Zuführung von Treibstoff an die Zylinder zu steuern und Zylinder basierend auf dem Ansteuerpulssignal zu aktivieren und deaktivieren.
• Die Motoreinstellungssteuereinheit 540 ist eingerichtet zum Bestimmen der Motoreinstellungen (z. B. Saugrohrdruck, etc.) die geeignet sind, damit der Motor effizient und effektiv die gewünschte Abgabe liefert. Die Motoreinstellungssteuereinheit kann ebenfalls eingerichtet sein die Einstellungen jeder der steuerbaren Motorkomponenten anzuordnen, beinhaltend, z. B. Drosselposition (die am direktesten den Saugrohrdruck steuert), Zündfunkenzeitsteuerung, Treibstoffeinspritzung, Zylinderdeaktivierung, Einlass- und/oder Auslassventilhub, etc. Als solche beinhaltet die Motoreinstellungssteuereinheit 540 geeignete Steuereinheiten (z. B. eine Drosselsteuerung) zum Positionieren der von ihr gesteuerten Komponenten (z. B. eine Drossel), um sicherzustellen, dass die Komponenten richtig eingestellt sind, um tatsächlich die gewünschte Ansprache (z. B. Saugrohrdruck) zu liefern. Die Bauart solcher Komponentensteuerungen (z. B. Drosselsteuereinheiten) ist wohl bekannt. Alternativ kann die Motoreinstellungssteuerung eine ECU und/oder die Zylindersteuerung über einige oder alle der gewünschten Einstellungen informieren und die ECU befähigen oder ausgewählte spezielle Komponenten zu steuern.
• Mit dem beschriebenen Aufbau kann das Verhalten des Verbrennungsmotors zu großen Teilen durch Definieren der Logik der Motoreinstellungssteuereinheit vorgeschrieben werden. Um diese Charakteristik zu veranschaulichen, betrachte man den Effekt des Einstellens des Saugrohrdrucks. Wenn der Saugrohrdruck auf einen „optimal” Pegel für die gegenwärtige Drehzahl des Motors eingestellt ist (zufällig oder sonst wie), dann wird die Effektiv-Zylinderdrehmomentbruchteilberechnungseinheit 530 konzeptuell ein Effektiv-Zylinderdrehmomentbruchteilsignal von „1” ausgeben, was dazu führen wird, dass der Vervielfacher 535 das Optimalzündungsbruchteilsignal 517 mit einem Faktor von „1” multiplizieren wird. Dies schreibt vor, dass der Motor in einem optimierten Zündauslassmodus betrieben wird, bei dem jede der Zylinderzündungen im Wesentlichen in der oben unter Bezugnahme auf einige der anderen Ausführungsformen beschriebenen Weise optimiert ist. D. h., der Motor zündet die passende Zylinderanzahl, um unter Verwendung ausschließlich optimierter Zylinderzündungen die gewünschte Abgabe zu liefern. Wenn jedoch der Saugrohrdruck auf einen Pegel eingestellt ist (zufällig oder sonst wie), der halb so viel Drehmoment pro Zylinderzündung als eine „optimale” Zündung liefert, dann wird die Effektiv-Zylinderdrehmomentbruchteilberechnungseinheit 530 konzeptuell ein Effektiv-Zylinderdrehmomentbruchteilsignal von „1/2” ausgeben, was dazu führen wird, dass der Vervielfacher 535 das Optimalzündungsbruchteilsignal 517 mit einem Faktor von „2” multiplizieren wird. Dies impliziert, dass jede Zündung weniger Energie liefern wird, als eine optimierte Zündung liefern würde (d. h. im Beispiel halb so viel Drehmoment), und der Motor wird in einem deoptimierten Zündauslassmodus arbeiten, der im Wesentlichen dieselbe Gesamtmotorleistung liefert und immer noch die Zündung ausgewählter Zylinder überspringt, wobei der Hauptunterschied ist, dass ein höherer Prozentsatz der Zylinder gezündet wird. Obwohl zur Vereinfachung im oben gegebenen konkreten Beispiel der Saugrohrdruck in einer Weise eingestellt ist, der halb so viel Drehmoment als eine optimierte Zündung liefert, ist darauf hinzuweisen, dass die Steuerung unabhängig vom Bruchteil (z. B. 13%, 28.3%, 79%, etc.) exakt genauso arbeitet.
• Wie oben mit einigem Detail beschrieben gibt es viele Betriebsgegebenheiten (z. B. im Leerlauf oder anderen niedrig-RPM Bedingungen, etc.), bei denen es wünschenswert sein mag, den Motor etwas abzudrosseln, um zur Aufrechterhaltung gleichförmigen Betriebs und anderer wünschenswerter Charakteristiken beizutragen. Es ist darauf hinzuweisen, dass die gedrosselte Zündauslasssteuerung 500 für die Bewältigung solcher Gegebenheiten besonders gut geeignet ist. Da die Motoreinstellungssteuereinheit 540 bequem eingerichtet werden kann, das Verhalten des Motors vorzuschreiben, kann das gewünschte Verhalten unter beliebigen einzelnen Bedingungen zu großen Teilen durch Definieren der innerhalb der Motoreinstellungssteuereinheit verwendeten Logik definiert werden. Die gewünschten Motoreinstellungen werden typischerweise eine Funktion einer Anzahl an Variablen sein. Beispielsweise werden die gegenwärtige Motordrehzahl und die angefragte Motorleistung oft als besonders wichtig erachtet. Andere Variablen, wie bspw. der Gang, in dem der Motor sich aktuell befindet, die momentane Fahrzeuggeschwindigkeit, der Status einer Bremse oder Kupplung, etc. können sich ebenfalls auf die gewünschten Motoreinstellungen auswirken.
• Jede der Variablen von Interesse wird als ein Eingangssignal an die Motoreinstellungssteuereinheit gegeben. In der erläuterten Ausführungsform werden die gegenwärtige Motordrehzahl (RPM), die Getriebeeinstellung (Gang) und eine Bezeichnung des Soll-Zündungsbruchteils als Eingangssignale an die Motoreinstellungssteuereinheit verwendet. Selbstverständlich können in anderen Ausführungsformen andere, zusätzliche oder weniger Eingangssignale durch die Motoreinstellungssteuereinheit verwendet werden. Beispielsweise mag es in einigen Ausführungsformen wünschenswert sein, einen insgesamt höheren Zündungsbruchteil in Situationen zu verwenden, bei denen der Motor sich warm läuft. Deshalb kann Information, die indikativ für eine kürzliche Inbetriebnahme oder eine Motortemperatur ist nützlich für die Motoreinstellungssteuereinheit sein.
• In der erläuterten Ausführungsform wird eine Anweisung des Soll-Zündungsbruchteils als ein Eingangssignal verwendet, das die gewünschte Leistung des Motors wiederspiegelt. Dies kann die Form (oder beide Formen) des Optimalzündungsbruchteilsignals 517 oder des Soll-Zündungsbruchteilsignals 536 annehmen, wie mit den unterbrochenen Linien in 1(a) dargestellt. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, dass die Bezeichnung der Soll-Abgabe falls gewünscht von einer Vielzahl anderer Quellen kommen kann, beinhaltend z. B. den Beschleunigungspedalpositionssensor 503, das Soll-Abgabesignal 505 oder jedes andere Signal, das als sinnvoller Mittler für gewünschte Abgaben betrachtet werden kann.
• Die passende Motoreinstellung für jede und alle bestimmten Betriebsbedingungen kann bequem durch Verwendung geeigneter mehrdimensionaler Umsetzungstabellen basierend auf den gewählten Eingangssignalen definiert werden. In anderen Ausführungsformen können Steueralgorithmen oder Logik, die die passenden Einstellungen berechnet, verwendet werden oder Hybridherangehensweisen zum Einsatz kommen, die Umsetzungstabellen in Verbindung mit anderer Logik (algorithmisch, elektronisch oder sonst wie) verwenden können. Selbstverständlich kann die tatsächliche Logik, die zum Definieren der Soll-Motoreinstellungen verwendet wird, weitgehend variiert werden, um die Anforderungen eines bestimmten Systems zu erfüllen. Zum Beispiel kann es in einigen Ausführungsformen wünschenswert sein, optimierte Einstellungen während beliebigen Betriebsbedingungen zu verwenden, die die Verwendung der optimierten Einstellungen zulassen, und den Motor nur in Situationen weiter zu drosseln, wo dies für einen gleichförmigen Betrieb des Motors oder zum Erfüllen anderer spezifischer Betriebsanforderungen benötigt wird. Die Umsetzungstabellen und/oder Logik können bequem eingerichtet werden, solche Einschränkungen zu reflektieren. Die Einschränkungen können empirisch, durch Modellierung oder unter Verwendung beliebiger anderer geeigneter Herangehensweisen bestimmt werden.
• Die Zylindersteuerung 545 ist zur Steuerung der Treibstoffzuführung an die Zylinder eingerichtet und zum Aktivieren und Deaktivieren von Zylindern basierend auf dem Ansteuerpulssignal. In der erläuterten Ausführungsform beinhaltet die Zylindersteuerung 545 Einspritzdüsen, die zum Steuern der an jeden Zylinder gelieferten Treibstoffmenge geeignet sind. In Ausführungsformen, die in Motoren verwendet werden, die zum Deaktivieren von Zylindern befähigt sind, kann die Zylindersteuerung ebenfalls passende Treiber zum Deaktivieren von Zylindern beinhalten. In Ausführungsformen, die elektronische Ventile beinhalten, kann die Zylindersteuerung Ventiltreiber zum passenden Betätigen der Ventile für jeden gezündeten Zylinder beinhalten. Wenn ein Ansteuerpulssignal anzeigt, dass ein Zylinder gezündet werden soll – wird die Zylindersteuerung 545 sicherstellen, dass der Zylinder aktiviert wird und die passende Treibstoffmenge eingespritzt wird.
• Es ist darauf hinzuweisen, dass die tatsächliche Treibstoffmenge, die für jede einzelne Zündung zugeführt wird, angepasst werden kann, um Variablen wie bspw. die in die Zylinder eingeführte Luftmenge, potenzielle Wandbenetzungsverluste, Emissions-Belange, etc. auszugleichen. In der erläuterten Ausführungsform empfängt die Zylindersteuerung Eingangssignale, die indikativ für die gegenwärtigen Motoreinstellungen sind, von der Motoreinstellungssteuereinheit 540 und von geeigneten Sensoren, wie bspw. den Saugrohrdruck, so dass sie passende Treibstoffpulse berechnen kann. Sie beinhaltet ebenfalls Logik, die zur Nachverfolgung der Zündungshistorie spezifischer Zylinder geeignet ist, so dass sie Wandbenetzungsverlusten Rechnung tragen kann. Die spezifischen Daten und Sensoreingänge, die der Zylindersteuerung 545 geliefert werden, können weitgehend variiert werden, um die Anforderungen jeder bestimmten Regelungsherangehensweise zu erfüllen. In noch anderen Ausführungsformen kann die Zylindersteuerung andere gewünschte Funktionalität beinhalten. Beispielsweise kann die Zylindersteuerung in Ausführungsformen, bei denen Sequenzierung gewünscht ist, Sequenzierungsfunktionalität beinhalten. Bei Ausführungsformen, bei denen Steuerung von Motorbremsung gewünscht ist, kann die Zylindersteuerung eingerichtet sein, die Ventile ungezündeter Zylinder in einer Weise zu öffnen und zu schließen, die die gewünschte Motorbremsung bereitstellt. Selbstverständlich kann eine weite Vielfalt anderer Funktionalitäten ebenfalls bereitgestellt werden.
• Viele der hier beschriebenen Ansteuerpulserzeugungseinheit-Bauarten verwenden Rückinformation der tatsächlichen Zündungen. Wenn gewünscht, kann diese Rückinformation, wie in 1(a) zu sehen, von der Zylindersteuerung 545 bereitgestellt werden. In anderen Ausführungsformen kann das Ansteuerpulssignal selbst zum Bereitstellen der Zündungsrückkopplung verwendet werden. Dies ist in Ausführungsformen besonders geeignet, bei denen die Zylindersteuerung keinerlei Sequenzierung vornimmt und die Zylinder einfach in der von der Ansteuerpulserzeugungseinheit vorgegebenen Reihenfolge zündet. In noch anderen Ausführungsformen können Drehmomentsensoren, Drehmomentberechnungseinheiten oder andere geeignete Mittel verwendet werden, um Rückinformation, die für die Zündungen bezeichnend ist, bereitzustellen.
• Die beschriebene Motorzündungssteuerung 500 erlaubt gute Zündauslasssteuerung bei so gut wie jeder Motordrehzahl und Drosselposition. Sie gibt dem Motordesigner ferner weitgehende Kontrolle über die Ansprechcharakteristiken des Motors. Es sollte offensichtlich sein, dass die Motorzündungssteuerung 500 auch gut geeignet ist zur Verwendung in anderen Motoren, die die in die Arbeitskammern eingeführte Luftmenge variieren, darunter turboaufgeladene Motoren und Kompressormotoren.
• Im in 1(a) dargestellten Ausführungsbeispiel gleicht die Effektiv-Zylinderdrehmomentbruchteilberechnungseinheit 530 Variationen in der durch jede Zündung bereitgestellten Energiemenge durch Verwendung eines Optimalwertsteuerungs-Ansatzes aus. D. h., der Vervielfacher 535 passt das Optimalzündungsbruchteilsignal 517 an ein Sollzündungsbruchteilsignal 536 an, um Variationen in der durch jede Zündung gelieferten Antriebsenergie auszugleichen. Es ist darauf hinzuweisen, dass in alternativen Ausführungsformen die Effektiv-Zylinderdrehmomentbruchteilberechnungseinheit 530 verwendet werden kann, die Rückkopplungssignale, die durch die Ansteuerpulserzeugungseinheit verwendet werden, so zu skalieren, im Wesentlichen dieselbe Funktionalität bereitzustellen.
• Nun wird unter Bezugnahme auf 1(b) ein anderer Motorzündungssteuerungs-Aufbau 500(a) beschrieben. In dieser Ausführungsform wird einiges der Funktionalität der Zylinderdrehmomentbruchteilberechnungseinheit durch die Motoreinstellungssteuereinheit 540(a) bewältigt. In dieser Ausführungsform wird das Optimalzündungsbruchteilsignal 517 sowohl an die Motoreinstellungssteuereinheit 540(a) als auch Vervielfacher 535 zugeführt. Die Motoreinstellungssteuereinheit 540(a) bestimmt die passende Drosseleinstellung (und potenziell andere Motoreinstellungen wie bspw. Zündfunke und Einspritzzeitsteuerung) basierend auf einer Vielzahl von Faktoren. Es können auch andere Betriebsbedingungen wie bspw. ob der Motor warmgelaufen ist berücksichtigt werden. Beispielsweise wird in einer spezifischen Implementierung die Drossel-Einstellung (und andere Motoreinstellungen) basierend auf dem Optimalzündungsbruchteilsignal 517, der Motordrehzahl (RPM), dem Gang, in dem sich das Fahrzeug gegenwärtig befindet und dem jüngsten Status der Drossel bestimmt.
• Wenn die Motoreinstellungen (in erster Linie die Drosselposition) eingestellt sind, kennt die Motorsteuereinheit effektiv den für diese Einstellungen erwarteten Zylinderdrehmomentbruchteil (oder kann ihn bestimmen) (d. h. die relativ zur Optimalabgabe des Zylinders erwartete Abgabe des Zylinders). Der Kehrwert dieses Wertes wird dann dem Vervielfacher 535 zugeführt, welcher im Gegenzug das Optimalzündungsbruchteilsignal auf das Soll-Zündungsbruchteilsignal 536 skaliert, das der Ansteuerpulserzeugungseinheit 510 zugeführt wird. Ansonsten ist die Motorzündungssteuerung 500(a) der unter Bezugnahme auf 1(a) beschriebenen Zündungssteuerung 500 ähnlich.
• Die Motoreinstellungssteuereinheit kann eingerichtet sein, um einer Anzahl an Designzielen Rechnung zu tragen. Zum Beispiel kann es in vielen Anwendungen wünschenswert sein, sicherzustellen, dass zumindest ein festgelegter Minimalprozentsatz der Arbeitskammern gezündet wird – insbesondere, wenn der Motor bei niedrigen Drehzahlen arbeitet. Beispielsweise kann es in einem Sechs-Zylinder Motor zur Ermöglichung gleichförmigen Betriebs wünschenswert sein, sicherzustellen, dass im Durchschnitt zumindest 1/3 (z. B. 2 von sechs) der Zylinder während jeweils zwei Rotationen der Kurbelwelle gezündet werden, wenn die Motordrehzahl unter 2000 RPM liegt. In solch einer Implementierung kann die Drosselposition auf eine Teildrosselposition angepasst werden, wenn die Motoreinstellungssteuereinheit 540(a) erkennt, dass das Optimalzündungsbruchteilsignal unter 1/3 liegt, was sicherstellt, dass das Sollzündungsbruchteilsignal 536 1/3 übersteigt. In einigen Implementierungen kann dies durch Festlegung eines Satzes von verfügbaren Teildrosselzuständen (z. B. Optimaldrosselposition, 75% Drossel, 50% Drosselposition, 30% Drosselposition, etc.) bewerkstelligt werden. Selbstverständlich kann die Anzahl und die Skala der verfügbaren Teildrosselpositionen weitgehend variiert werden. In anderen Implementierungen kann vollständig variablen Drosselpositionen Rechnung getragen werden. Die passenden Drosselpositionen können für unterschiedliche Bedingungen in einer Umsetzungstabelle bereitgestellt werden, berechnet werden, algorithmisch bestimmt werden oder in beliebiger anderer geeigneter Weise bereitgestellt werden.
• Es ist darauf hinzuweisen, dass der für spezifische Bedingungen gewünschte Zündungsbruchteil basierend auf einer Anzahl an Bedingungen variieren kann. Einige der aktuell besonders relevant für das Einstellen der gewünschten Drosseleinstellungen geglaubten Faktoren beinhalten das Optimalzündungsbruchteilsignal 517, die Motordrehzahl (RPM), der Gang in dem sich das Fahrzeug befindet. Beispielsweise kann es wünschenswert sein, einen höheren Minimalzündungsbruchteil bei niedrigen Motordrehzahlen (z. B. im Leerlauf oder bei niedriger als 1500 RPM) als bei höheren Motordrehzahlen zu haben. Es mag auch wünschenswert sein, einen höheren Minimalzündungsbruchteil zu haben, wenn das Fahrzeug sich in einem niedrigeren Gang befindet (z. B. im ersten Gang verglichen mit ”Drive”), etc. Es ist ein Vorteil der beschriebenen Bauweisen, dass die Motoreinstellungssteuereinheit bequem entworfen werden kann, jedes gewünschte Verhalten sicherzustellen.
• Noch eine andere besonders bemerkenswerte Verwendung verschiedener Teildrosseleinstellungen liegt im Bewerkstelligen von Übergängen zwischen konventioneller Betriebsweise und Zündauslassbetrieb oder im Adaptieren auf signifikante Veränderungen in der Soll-Motorleistung (z. B. große Änderungen in der Pedalposition). Es können durch das Machen graduellerer Änderungen in der Drosselposition insbesondere gleichförmigere Übergänge bewerkstelligt werden.
• Ansteuerpulserzeugungseinheit
• Es kann eine Vielzahl verschiedener Bauweisen zur Implementierung der Ansteuerpulserzeugungseinheit 540 verwendet werden. Einige geeignete Ansteuerpulserzeugungseinheiten werden in den in Bezug genommenen US Patenten US 7 577 511 B1 und US 7 849 835 B2 beschrieben. Beispielhaft wird eine geeignete Ansteuerpulserzeugungseinheits-Bauweise unter Bezugnahme auf 2(a) beschrieben werden. In der in 2(a) dargestellten Ausführungsform beinhaltet die Ansteuerpulserzeugungseinheit 540 einen Sigma-Delta Umwandler 202 und einen Synchronisierer 222. Der Sigma-Delta Umwandler 202 verwendet Prinzipien der Sigma-Delta Umwandlung, welche eine überabgetastete Umwandlung ist (Sigma-Delta Umwandlung wird auch mit Delta-Sigma Umwandlung bezeichnet). Der dargestellte Sigma-Delta Umwandlungsschaltkreis 202(a) ist ein analoger Sigma-Delta Schaltkreis dritter Ordnung, der grundsätzlich auf einer als Richie-Architektur bekannten Bauweise basiert. Der Sigma-Delta Steuerschaltkreis 202 empfängt ein analoges Eingangssignal 536, das indikativ für den Soll-Zündungsbruchteil ist. Da Sigma-Delta Umwandler des dargestellten Typus allgemein bekannt und verstanden sind, erläutert die folgende Beschreibung die allgemeine Bauweise eines geeigneten Umwandlers. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, dass es eine große Vielfalt verschiedener Sigma-Delta Umwandler gibt, die eingerichtet werden können, für eine bestimmte Implementierung sehr gut zu arbeiten.
• Das Eingangssignal 536 wird als ein Plus-Eingang an den Sigma-Delta Steuerschaltkreis 202 geliefert, und insbesondere an einen ersten Integrierer 204. Der Minus-Eingang des Integrierers 204 ist zum Empfangen eines Rückkopplungssignals 206 eingerichtet, das eine Funktion des Ausgangs derart ist, dass die Operation des Sigma-Delta Steuerschaltkreises 202 adaptiv ist. Das Rückkopplungssignal 206 kann tatsächlich ein zusammengesetztes Signal basierend auf mehr als einer Ausgangsstufe sein. Der Integrierer 204 kann auch andere Eingangssignale wie bspw. Verwischsignale (nicht gezeigt) empfangen. In verschiedenen Implementierungen können einige der Eingangssignale des Integrierers 204 vor ihrer Zuführung an den Integrierer 204 kombiniert werden oder es können mehrere Eingänge direkt an den Integrierer gemacht werden. Das Rückkopplungssignal 206 ist eine Kombination aus Rückinformation vom Ausgang des Sigma-Delta Steuerschaltkreises und dem gesteuerten System, welche in der dargestellten Ausführungsform als Rückinformation gezeigt ist, die entweder das Ansteuerpulsmuster 550 oder die tatsächliche Zeitsteuerung der Zündungen oder eine Kombination aus Rückinformation von beiden repräsentiert.
• Der Sigma-Delta Steuerschaltkreis 202 beinhaltet zwei zusätzliche Integrierer, Integrierer 208 und Integrierer 214. Die „Ordnung” des Sigma-Delta Steuerschaltkreises 202 ist drei, was der Anzahl seiner Integrierer entspricht (d. h., Integrierer 204, 208 und 214). Der Ausgang des ersten Integrierers 204 wird dem zweiten Integrierer 208 eingespeist und wird ebenfalls zum dritten Integrierer 214 vorgeschoben.
• Der Ausgang des letzten Integrierers 214 wird einem Komparator 216 bereitgestellt, der als ein Ein-Bit Quantisierer arbeitet. Der Komparator 260 liefert ein Ein-Bit Ausgangssignal 216, das mit einem Taktsignal 217 synchron ist. Allgemein ist es wünschenswert, dass ein Taktsignal 217 (und damit der Ausgangsdatenstrom des Komparators 216) zur Sicherstellung sehr hochqualitativer Steuerungen eine Frequenz hat, die ein Vielfaches der maximal erwarteten Zündgelegenheitsrate ist. Für analoge Sigma-Delta Steuerschaltkreise ist es typischerweise wünschenswert, für den Ausgang des Komparators die gewünschte Ansteuerpulsrate um einen Faktor von mindestens 10 zu übertakten und Übertaktungsfaktoren der Größenordnung von 30 bis 100 arbeiten besonders gut. In der dargestellten Ausführungsform ist ein Dividierer 252 zum Teilen des Taktsignals 230, das an die Synchronisierer-Logik geliefert wird, um einen Faktor von „X” eingerichtet, und der Ausgang des Dividierers 252 wird als der Takt für Komparator 216 verwendet. Deshalb ist in der dargestellten Ausführungsform der zum Betreiben des Komparators verwendete Takt ein variabler Takt, der proportional mit der Motordrehzahl variiert, obwohl dies keine Erfordernis darstellt.
• Die Tatsache, dass der Takt variabler Rate auf einer Charakteristik des betriebenen Systems basiert (in diesem Fall der Umdrehungsgeschwindigkeit des gesteuerten Motors) ist besonders mächtig. Die Verwendung eines Taktes variabler Rate hat den Vorteil sicherzustellen, dass der Ausgang des Komparators besser mit der Motordrehzahl und damit den Zündgelegenheiten synchronisiert ist. Der Takt kann bequem mit der Motordrehzahl durch Verwendung eines Phasenregelkreises, der durch einen Indikator der Motordrehzahl (z. B. ein Tachometersignal) angesteuert wird, synchronisiert werden.
• Das Ein-Bit Ausgangssignal 240, das vom Komparator 216 ausgegeben wird, wird durch Vergleich des Ausgangs des Integrierers 214 mit einer Bezugsspannung erzeugt. Der Ausgang ist tatsächlich eine Bit-Folge aus Einsen und Nullen, die mit der Frequenz des Taktes ausgegeben werden. Der Ausgang 240 des Komparators 216 (welcher das Ausgangssignal des Sigma-Delta Steuerschaltkreises 202(a) ist), wird an einen Synchronisierer 222 geliefert, der zum Erzeugen des Ansteuerpulssignals 110 eingerichtet ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel stellen der Sigma-Delta Steuerschaltkreis 202(a) und der Synchronisierer 220 zusammen eine Ansteuerpulserzeugungseinheit 540 dar.
• Der Synchronisierer 222 ist allgemein zum Bestimmen eingerichtet, warm Ansteuerpulse ausgegeben werden sollen. Der Ausgang des Synchronisierers 222 ist das Ansteuerpulssignal 540, das tatsächlich die Zylinderzündungen (oder instantane wirksame Motorverdrängung) identifiziert, die zum Liefern der Soll-Motorleistung benötigt werden. D. h., das Ansteuerpulssignal 110 stellt ein Pulsmuster bereit, das allgemein anzeigt, warm Zylinderzündungen geeignet sind, um die gewünschte oder angefragte Motorleistung bereitzustellen.
• Die Ansteuerpulse sind eingerichtet mit der Frequenz der Zündgelegenheiten übereinzustimmen, so dass jeder Ansteuerpuls allgemein anzeigt, ob ein bestimmter Arbeitszyklus einer Arbeitskammer ausgeübt werden soll oder nicht. Um das Ansteuerpulssignal 110 mit der Motordrehzahl zu synchronisieren, arbeitet der Synchronisierer 222 in der in 2(a) dargestellten Ausführungsform unter Verwendung eines variablen Taktsignals 230, das auf Motordrehzahl basiert. Ein Phasenregelkreis 234 kann zur Synchronisierung des Taktes mit der Motordrehzahl bereitgestellt werden. Vorzugsweise hat das Taktsignal 230 eine der gewünschten Frequenz des ausgegebenen Ansteuerpulssignals 110 gleiche Frequenz. D. h., es ist vorzugsweise synchronisiert, mit der Rate der Zündgelegenheiten übereinzustimmen.
• Wie oben erwähnt ist der Sigma-Delta Steuerschaltkreis eingerichtet, Rückinformation an den ersten Integrierer zu liefern. Im dargestellten Ausführungsbespiel ist das Rückkopplungssignal 206 ein Verbund aus: (a) Rückinformation vom Ausgang 240 des Komparators 216; und (b) dem Ansteuerpulsmuster 550, das vom Synchronisierer 222 ausgegeben wird. Ein Kombinierer 245 ist zum Kombinieren der Rückkopplungssignale in den gewünschten Verhältnissen eingerichtet. Die relativen Verhältnisse oder Gewichte, die den verschiedenen Rückkopplungssignalen verliehen werden, die an den ersten Integrierer zurückgeführt werden, können zur Bereitstellung der gewünschten Steuerung variiert werden.
• Digitale Sigma-Delta Umwandler
• 2(b) stellt eine andere geeignete Ansteuerpulserzeugungseinheit-Bauweise dar, die einen digitalen Sigma-Delta Umwandler aufweist. In dieser Ausführungsform wird der gewünschte Zündungsbruchteil an einen ersten digitalen Integrierer 304 eingegeben. Der Ausgang des ersten digitalen Integrierers 304 wird an einen zweiten digitalen Integrierer 308 eingespeist und der Ausgang des zweiten digitalen Integrierers 308 wird an einen dritten digitalen Integrierer 314 eingespeist. Der Ausgang des dritten digitalen Integrierers 314 wird an einen Komparator 116 gespeist, der eingerichtet sein kann, in derselben Weise zu arbeiten wie entweder die Ein-Bit- oder die Mehrfach-Bit Komparatoren, die oben unter Bezug auf die analogen Sigma-Delta Schaltkreise beschrieben wurden. Im in 2(b) dargestellten Ausführungsbeispiel funktioniert der erste digitale Integrierer 304 gewissermaßen wie ein Antialiasing-Filter.
• Negative Rückkopplung wird jeder der drei digitalen Integrierer-Stufen 304, 308 und 314 bereitgestellt. Die Rückkopplung kann von jedem einzelnen oder beliebigen Kombinationen des Ausgangs des Komparators 116, des Ausgangs der Synchronisierer-Logik 222 oder des Ausgangs der Zylindersteuerung oder anderen Geräten kommen, die eingerichtet sind zum Erkennen oder Bestimmen der tatsächlichen Zündungen. Jede Stufenrückkopplung hat einen Multiplikationsfaktor von respektive L, M und N.
• Andere Komponenten in der Ansteuerpulserzeugungseinheit, die auf einem Digitalen Sigma-Delta Umwandler basiert, sind ähnlich zu den gleichbezifferten Elementen im Umwandler der 2(a).
• Obwohl analoge und digitale Steuerungen beschrieben wurden, ist darauf hinzuweisen, dass es in anderen Implementierungen wünschenswert sein kann, hybride analog/digital Sigma-Delta Steuereinheiten bereitzustellen. In einer hybriden analog/digital Steuerung können einige der Stufen der Sigma-Delta Steuerung aus analogen Komponenten gebildet sein, während andere aus digitalen Komponenten gebildet sind. Ein Beispiel einer hybriden analog/digital Sigma-Delta Steuerung verwendet als erste Stufe der Steuerung einen analogen Integrierer 204 anstelle des ersten digitalen Integrierers 304. Der zweite und dritte Integrierer werden dann aus digitalen Komponenten gebildet. Selbstverständlich können in anderen Ausführungsformen verschiedene Stufenzahlen verwendet werden und die relative Anzahl analoger gegen digitale Integrierer kann variiert werden. In noch anderen Ausführungsformen können digitale oder hybride Differenzial-Sigma-Delta Steuerungen verwendet werden.
• Sigma-Delta erster Ordnung
• Nun auf 3 Bezug nehmend wird eine andere Motorsteuerungsausführungsform beschrieben, die eine kostengünstige, vereinfachte Ansteuerpulserzeugungseinheits-Bauart verwendet, die in vielen Anwendungen gut arbeitet. In dieser Ausführungsform verwendet die Ansteuerpulserzeugungseinheit 104 Sigma-Delta Berechnung erster Ordnung, um zu bestimmen, wann Zylinderzündungen zum Liefern der Soll-Abgabe geeignet sind. Der Sigma-Delta Umwandler erster Ordnung 104 kann auch als die Ansteuerpulserzeugungseinheit in der Motorzündungssteuerung 500 der 1 oder in einer Vielzahl anderer Anwendungen verwendet werden. Wenn Zündungen gewünscht werden, informiert die Ansteuerpulserzeugungseinheit eine ECU 305, welche die tatsächlichen Zündungen veranlasst. In dieser Ausführungsform bestimmt das Ausgangssignal der Ansteuerpulserzeugungseinheit 104 direkt das Zündungsmuster, so dass die ECU 305 nicht zum Durchführen irgendeiner Sequenzierung gezwungen ist. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, dass die ECU in alternativen Ausführungsformen eingerichtet sein kann, sich über die Ansteuerpulserzeugungseinheit wie angebracht hinwegzusetzen, wenn spezifischen Situationen begegnet wird.
• Die Ansteuerpulserzeugungseinheit 104 empfängt Signal 113, das eine gewünschte Abgabe bezeichnet, und Signal 116, das eine gegenwärtige Motordrehzahl bezeichnet. Soll-Abgabesignal 113 wird als eine Anfrage für einen vorgesehenen Zündungsbruchteil interpretiert. Wie bei der vorigen Ausführungsform kann das Eingangssignal direkt oder indirekt auf der Beschleunigungspedalposition basieren oder von anderen geeigneten Quellen erhalten werden. Die Ansteuerpulserzeugungseinheit verwendet Sigma-Delta Berechnung erster Ordnung zum Bestimmen, wann Zylinderzündungen passend sind. Die Sigma-Delta Berechnung erster Ordnung kann unter Verwendung von Software, Firmware, digitaler Hardware, analoger Hardware oder einer Kombination der genannten bewerkstelligt werden. Wie diejenigen erkennen werden, die mit Sigma-Delta Steuerung vertraut sind, funktioniert eine Sigma-Delta Berechnung erster Ordnung im Wesentlichen wie ein Akkumulator. Wenn der akkumulierte „Wert” einem ausgewiesenen Schwellwert gleichkommt oder diesen übersteigt, wird eine Zylinderzündung angefordert. Die Zünd-Anforderung ist schematisch als Ansteuerpulssignal 110 dargestellt, das von der Ansteuerpulserzeugungseinheit 104 an die Motorsteuerung 305 ausgegeben wird. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, dass die Information in jeder geeigneten Form übermittelt werden kann.
• Zur Erleichterung einer Erklärung der Sigma-Delta Berechnung erster Ordnung wird unten stehende Tabelle 1 verwendet. Im Allgemeinen addiert die Ansteuerpulserzeugungseinheit jedes Mal, wenn sich eine Zündgelegenheit ergibt, den gegenwärtig angefragten Zündungsbruchteil zu einem akkumulierten Übertragswert. Ist die Summe niedriger als 1, wird der Zylinder nicht gezündet und die Summe wird zur Verwendung bei der Bestimmung der nächsten Zündung übertragen. Übersteigt die Summe 1, wird der Zylinder gezündet und der Wert von 1 wird vom akkumulierten Wert abgezogen. Der Ablauf wird dann für jede Zündgelegenheit wiederholt. Die unten stehende Tabelle, die als selbsterklärend erachtet wird, stellt eine Zündungsabfolge dar, die in Erwiderung auf eine bestimmte Pedaleingabe erzeugt wird.

  Zylinder Nr.	Angefragter Zündungsbruchteil	Akkumulierter Wertübertrag	Summe	Zünden?
  1	.35	0	.35	No
  2	.36	.35	.71	No
  3	.36	.71	1.07	Yes
  4	.36	.07	.43	No
  5	.39	.43	.82	No
  6	.41	.82	1.23	Yes
  1	.45	.23	.68	No
  2	.45	.68	1.13	Yes
  3	.45	.13	.58	No
  4	.45	.58	1.03	Yes
  5	.45	.03	.48	No
  6	.45	.48	.93	No

  Tabelle 1
• Aus den bisher beschriebenen Ausführungsformen sollte ersichtlich sein, dass der Ansteuerpulserzeugungseinheits-Kern sowohl in gedrosselter als auch optimierter Zündauslassanwendung mit passender relativer Skalierung des Soll-Abgabesignals 113, des in der Zündbestimmung verwendeten Schwellwerts, und des vom Akkumulator für jede Zündung abgezogenen Wertes verwendet werden kann. In einigen Implementierungen kann es wünschenswert sein, den für jede Zündung abgezogenen Betrag in einer Weise zu skalieren, die indikativ für den relativen Abgabebetrag ist, der durch jede Zündung bereitgestellt wird. Beispielsweise kann bei einem gedrosselten Motor, wo die Drossel so eingestellt ist, dass jede Zündung die Hälfte einer optimierten Zündung erzeugt, der für jede Zündung abgezogene Betrag um 50% reduziert werden. Derselbe Effekt kann durch gutes passendes Skalieren der Eingangssignale erzielt werden.
• Es ist darauf hinzuweisen, dass in dieser Ausführungsform die Zündrückinformation intern innerhalb des Sigma-Delta durch die bei jedem angefragten Zündereignis stattfindende Subtraktion bereitgestellt ist.
• In der Ausführungsform der 3 wird das Ausgangssignal der Ansteuerpulserzeugungseinheit 114 an die ECU 305 bereitgestellt, die die verschiedenen Motorkomponenten steuert, darunter Treibstoffeinspritzdüsen, Drosselposition, Ventilzeitsteuerung etc. Obwohl die Ausführungsform der 24 vergleichsweise einfache Sigma-Delta Steuerung erster Ordnung in der Ansteuerpulserzeugungseinheit verwendet, ist darauf hinzuweisen, dass dieselbe Ansteuerpulserzeugungseinheit → ECU → Motor-Architektur ebenfalls in Verbindung mit ausgeklügelteren Steuerungen verwendet werden kann.
• Hubraumverstell-Betriebsmodus
• Während des Betriebs eines Motors gibt es Zeiten, bei denen es nicht wünschenswert ist, den Motor im beschriebenen Betriebsmodus kontinuierlich variablen Hubraums zu betreiben. Zu diesen Zeiten kann der Motor in derselben Weise betrieben werden, wie er heutzutage betrieben würde – d. h. in einem normalen oder konventionellen Betriebsmodus – oder in jeder anderen als geeignet erachteten Weise. Zum Beispiel kann es, wenn ein Motor kalt gestartet wird, nicht wünschenswert sein, irgendwelche der Zylinder bei ihrer optimalen Effizienz oder sogar in einem Teildrossel-Zündauslass-Modus zu betreiben. Ein anderes Beispiel ist, wenn der Motor im Leerlauf ist und/oder die Motordrehzahl niedrig ist und die am Motor anliegende Last niedrig ist. Bei solchen Bedingungen kann es unerwünscht sein, die Zylinder bei ihrer Optimaleffizienz oder sogar unter Verwendung von Teildrosselzündauslass zu betreiben, da es schwierig sein kann, gleichmäßigen Betrieb des Motors sicherzustellen und/oder Vibrationen zu regeln. Um derlei Situationen zu bewältigen, kann der Motor dann, wenn Zündauslassbetrieb nicht wünschenswert ist, in einem konventionellen Modus betrieben werden. Wie in den in Bezug genommenen Patenten beschrieben, kann eine große Vielfalt an Auslösern zum Bestimmen, wann es angebracht ist, zwischen Betriebs-Modi umzuschalten, verwendet werden.
• Steuerung variabler Hubkolbenmotoren
• Ein Problem, das die Erfinder beim Betrieb kommerziell erhältlicher variabler Hubkolbenmotoren beobachtet haben, ist, dass deren Steuerungen scheinbar ausgebildet sind, aus dem Hubraumverstellmodus jedes Mal auszuklinken, wenn am Zustand des Motors eine nicht-triviale Änderung vorgenommen wird – z. B. wenn signifikant mehr oder weniger Antriebskraft abgerufen wird, wenn eine signifikante Änderung der Last vorliegt, etc. Das Ergebnis ist, dass unter normalen Fahrbedingungen der Motor nicht dazu neigt, über einen sehr hohen Prozentsatz der Zeit im effizienteren Modus mit verringertem Hubraum zu arbeiten (oder zu bleiben). Es wird vermutet, dass einer der Gründe dafür die Schwierigkeit ist, den Motor in einer Weise zu steuern, die unabhängig von der Anzahl der verwendeten Zylinder annähernd das gleiche „Feeling” in Reaktion auf Bewegungen des Beschleunigungspedals bietet. Um nicht zu riskieren, dass das Gefühl für den Motor abgeändert wird, scheinen deshalb die meisten konventionellen Steuerungen von Motoren variablen Hubraums aus dem Hubraumverstellmodus auszusteigen.
• Die im Allgemeinen hier beschriebenen Rückkopplungssteuersysteme sind sehr gut zum Bereitstellen der Soll-Antriebskraft geeignet, unabhängig von der zu jeder beliebigen Zeit betriebenen Zylinderzahl. Als Ergebnis kann der Motor im Wesentlichen dasselbe Gefühl in Reaktion auf das Abrufen von mehr (oder weniger) Antriebskraft liefern, unabhängig von der zu jeder beliebigen Zeit genutzten Zylinderzahl. Deshalb können die beschriebenen Steuerungsentwürfe zur Verwendung in konventionellen Motoren variablen Hubraums angepasst werden und ferner deren Treibstoffeffizienz verbessern, durch (a) Ermöglichen von Abläufen bei reduzierten Zylinderanzahlen für einen höheren Prozentsatz der Zeit; und/oder (b) Erlauben der Verwendung effizienterer (z. B. optimierter) Zündungen. Aufgrund seiner Fähigkeit, den Motor wirksam bei niedrigeren Zylinderzahlen zu steuern, kann das beschriebene Rückkopplungssteuersystem die Effizienz konventioneller variabler Hubkolbenmotoren sogar dann verbessern, wenn die Zündungen nicht optimiert sind (z. B. sogar dann, wenn der Motor gedrosselt ist).
• Wie oben beschrieben ist ein potenzielles Problem, das bei Verwendung des oben beschriebenen reinen Zündauslassansatzes auftreten kann, dass Luft durch den Motor gepumpt wird, wenn die Ventile eines nicht gezündeten Zylinders nicht geschlossen gehalten werden können. Dieses Hindernis kann genug sein, um eine kosteneffektive Nachrüstung einiger Motoren auszuschließen, weil die vorhandenen Emissionssysteme der Motoren nicht fähig sind, die nicht verbrannte, durch übersprungene Zylinder gepumpte Luft zu bewältigen. Konventionelle Motoren variablen Hubraums sind jedoch befähigt, ausgewählte Zylinder oder Zylinderbänke zu schließen. Die hier beschriebenen Zündsteuerungen können bequem modifiziert werden, um aus der Fähigkeit ausgewählter Motoren variablen Hubraums, bestimmte Zylinder zu schließen, Vorteil zu ziehen.
• Ist ein Verbrennungsmotor variablen Hubraums fähig, verschiedene Zylinder außer Betrieb zu setzen, um einige verschiedene Hubräume bereitzustellen (z. B. ein Motor, der zum Betrieb mit 4, 6 oder 8 Zylindern fähig ist), können die durch das Pumpen von Luft durch ungezündete Zylinder erzeugten Probleme potenziell behoben werden durch eine Kombination aus: (a) Wählen desjenigen Betriebszustandes des Motors mit der niedrigsten (oder in anderer Weise geeignetsten) Zylinderzahl, der die Soll-Abgabe liefern kann; und (b) Einstellen der Drossel in zum Liefern der Soll-Abgabe unter Verwendung aller Zylinder im gewählten Betriebszustand geeigneten Weise. Anforderungen nach mehr oder weniger Antriebskraft werden dann durch richtiges Einstellen der Drosselposition im gegenwärtigen Betriebszustand bewerkstelligt. Wenn mehr Antriebskraft angefordert wird, als im gegenwärtigen Betriebszustand geliefert werden kann, wird auf einen Betriebszustand des Motors mit höherer Zylinderzahl umgeschaltet. In gleicher Weise wird wenn festgestellt wird, dass die angefragte Antriebskraft unter Verwendung von weniger Zylindern geliefert werden kann, auf einen Betriebszustand des Motors mit niedrigerer Zylinderzahl geschaltet.
• Die in den 1(a) und (b) dargestellten Motorsteuerungen 500 können vergleichsweise bequem zur Verwendung in Motoren variablen Hubraums angepasst werden. In einer solchen Implementierung ist die Motoreinstellungssteuereinheit 540 eingerichtet, zusätzlich den Motorzustand (d. h. die Zylinderzahl, die zum Liefern der Soll-Abgabe unter den gegenwärtigen Betriebsbedingungen verwendet werden sollte) zu definieren. Die Motoreinstellungen (z. B. Saugrohrdruck, etc.) werden auf einen Pegel eingestellt, von dem erwartet wird, im vorgesehenen „Zustand” und den gegenwärtigen Betriebsbedingungen die Soll-Abgabe zu liefern. Die Motoreinstellungssteuereinheit 540 informiert die Zylindersteuerung über den Soll-Motorzustand und die Zylindersteuerung setzt Zylinder außer Betrieb oder reaktiviert diese entsprechend. Selbstverständlich könnten in alternativen Ausführungsformen die Motoreinstellungssteuerung, die ECU oder andere Komponenten eingerichtet sein, die Zylinderaktivierung und Zylinderdeaktivierung zu bewerkstelligen. Die Zylindersteuerung kann auch eingerichtet sein, den Ansteuerpuls in einer Weise gewissermaßen zu sequenzieren, so dass nur aktive Zylinder gezündet werden.
• Mit der beschriebenen Anordnung kann der Motor allgemein so abgeglichen werden, dass die Ansteuerpulserzeugungseinheit im Wesentlichen dieselbe Anzahl Zündungen anweist wie im gegenwärtigen Zustand des Motors verfügbar. Jedes Mal jedoch, wenn mehr oder weniger Zündungen durch die Ansteuerpulserzeugungseinheit beauftragt werden, kann die Zylindersteuerung bewirken, dass, wie geeignet, ein zusätzlicher Zylinder ausgelassen oder gezündet wird. Die Weise, auf die die zusätzliche Zündung oder Aussetzung in geeignetster Weise implementiert wird, wird basierend auf dem Charakter des gesteuerten Motors variieren. Beispielsweise kann in einer einfachen Ausführungsform, wenn der Ausgang der Ansteuerpulserzeugungseinheit anzeigt, dass eine zusätzliche Auslassung stattfinden soll, diese zusätzliche Auslassung durch Auslassen einer der Zündgelegenheiten der aktiven Zylinder implementiert werden. Alternativ kann sie durch zeitweises Wechseln zwischen Motorzuständen implementiert werden. In gleicher Weise können zusätzliche Zündungen durch einfaches Aktivieren und Zünden eines zusätzlichen Zylinders implementiert werden, falls der Motor hierzu fähig ist, oder durch zeitweises Wechseln zwischen Motorzuständen.
• Die Umsetzungstabellen (oder andere Logik), die durch die Motoreinstellungssteuereinheit 540 verwendet werden, können in einer Weise entworfen sein, die effiziente Ausnutzung der verschiedenen Hubräume fördert. D. h., wenn der Motor variablen Hubraums mit 2-, 3-, 4- oder 6-Zylinder-Modi betrieben werden kann, dann kann die Motoreinstellungssteuereinheit eingerichtet sein, Betrieb im Motorzustand der wenigsten (oder in anderer Weise geeignetsten) Zylinder für jede spezifische Betriebsbedingung anzuweisen und die Steuerung kann sich ohne weiteres auf Änderungen abstimmen – darunter rapide Änderungen der Beschleunigungspedalposition. Sogar unter wechselnden Bedingungen fährt die Ansteuerpulserzeugungseinheit fort, in gewisser Weise die Zylinderzündungen zu verfolgen und anzuweisen, wodurch sichergestellt wird, dass der Motor die Soll-Leistungsfähigkeit liefert. Als Ergebnis können Motoren variablen Hubraums eingerichtet sein, einen größeren Prozentsatz der Zeit in einem treibstoffeffizienten Modus zu arbeiten als konventionelle Motoren variablen Hubraums dies heute tun – wodurch deren Treibstoffeffizienz weiter verbessert wird.
• Um die verschiedenen Komponenten mit dem Motor zu synchronisieren, kann es hilfreich sein, einen variablen Takt auf einigen der Komponenten der Motorzündungssteuerung 500 zu verwenden, der mit der Motordrehzahl synchronisiert ist. Beispielsweise ist der Takt für das Ansteuerpulssignal 550 vorzugsweise mit den Zündgelegenheiten des Motors synchronisiert. In digitalen Systemen kann es ebenfalls wünschenswert sein, die Ausgänge einiger der anderen Komponenten der Motorzündungssteuerung mit den Zündgelegenheiten zu synchronisieren. Zum Beispiel kann es ebenfalls wünschenswert sein, die Ausgänge der Motordrehmomentbruchteilberechnungseinheit 515, der Effektiv-Zylinderdrehmomentbruchteilberechnungseinheit 530, der Motoreinstellungssteuereinheit 540 und der Zylindersteuerung 545 mit den Zündgelegenheiten des Motors zu synchronisieren.
• Vergleichsbeispiel # 1
• Unter Bezugnahme auf die 4(a) bis 4(c) wird die Größenordnung der potenziell möglichen Verbesserungen unter Verwendung des beschriebenen Ansatzes zur Steuerung von Motoren variablen Hubraums diskutiert. 4(a) ist ein Diagramm, das die Leistungsfähigkeit eines dem Stand der Technik entsprechenden Honda-Zylinderabschaltungs-(Variable Cylinder Management: VCM)Motors bei Durchführung eines standardisierten Motorleistungsfähigkeitstestverfahrens darstellt, das als der ”US06 Ergänzendes Bundesprüfverfahren (SFTP)” Test bekannt ist. Der US06 Test ist ein angeordneter Treibstoffeinsparungsmessungstest für bestimmte Fahrzeuge in den Vereinigten Staaten und wird gelegentlich als ein objektives Maß für Treibstoffeffizienz verwendet. Der Test wird auf einem Prüfstand durchgeführt und soll eine Vielzahl verschiedener Fahrbedingungen simulieren, vom Dahingleiten auf der Landstraße bis zum Stadtfahren reichend. Der US06 Testzyklus ist dazu bestimmt, aggressives Fahrverhalten mit rasanten Geschwindigkeitsfluktuationen zu repräsentieren. Zur Veranschaulichung stellt 4(a) grafisch Motorleistung gegen Zeit dar. Die vertikale Achse zeigt die Pferdestärkenleistung des Motors, wohingegen die horizontale Axe Zeit anzeigt. Der getestete Honda VCM Motor ist ein 6/4/3 Hubraum-Verstellmotor. Die mit Kreuzschraffur repräsentierten Abschnitte der Datenlinie bezeichnen Zeitabschnitte während des Tests, in denen der Motor in einem Dreizylindermodus arbeitet. Schwarzgefärbte Abschnitte der Datenlinie bezeichnen Zeitabschnitte, in denen der Motor in einem Sechszylindermodus arbeitet. Es wird bemerkt, dass der Motor in diesem speziellen Test überhaupt nicht in einem Vierzylindermodus zu arbeiten scheint. Wie die meisten konventionellen Motoren variablen Hubraums verlässt der Honda VCM Motor häufig den Dreizylindermodus, obwohl er völlig geeignet ist, die angefragte Leistung unter Verwendung von nur drei Zylindern zu liefern.
• 4(b) ist ein Diagramm, das denselben Motor unter Verwendung einer Steuerung der in 1(a) dargestellten Art modelliert. Die Motorleistung bleibt dieselbe, aber es ist zu erkennen, dass der Motor fähig ist, einen signifikant höheren Prozentsatz der Zeit im Dreizylindermodus (wieder durch Kreuzschraffur dargestellt) zu arbeiten als der Motor dies unter Verwendung seiner Standardsteuerung tut. Dies resultiert in einer entsprechend höheren Treibstoffeffizienz, da der Motor thermodynamisch effizienter arbeitet, wenn weniger Zylinder verwendet werden.
• Der Honda VCM Motor kann auch in einem Zweizylindermodus betrieben werden (obwohl dies kein Betriebszustand der Fertigungsfahrzeuge ist). 4(c) ist ein Diagramm, das denselben Motor bei Durchführung desselben Tests modelliert, wenn er gesteuert wird unter Verwendung von 2, 3, 4 oder 6 Zylindern zu arbeiten. In diesem Diagramm wird Zweizylinderbetrieb unter Verwendung punktierter Füllung der Datenlinie gezeigt, 3-Zylinderbetrieb ist unter Verwendung von Kreuzschraffur gezeigt, und 6-Zylinderbetrieb ist in schwarz gezeigt. Es ist zu erkennen, dass die Soll-Abgabe tatsächlich einen signifikanten Prozentsatz der Zeit unter Verwendung von nur zwei Zylindern erhalten werden kann – was noch weitere Treibstoffeffizienz bereitstellt. Es wird angenommen, dass Verbesserungen der Gesamttreibstoffeffizienz von mehr als 20% bei Verwendung der unter Bezugnahme auf 5 hiernach beschriebenen Steuerart erzielt werden können.
• Hubraumverstellmotor–Zustandssteuerung
• In noch einer anderen Ausführungsform kann eine Steuerung mit einer Bauweise, die gewissermaßen den oben beschriebenen Motorzündungssteuerungen ähnlich ist, entworfen sein, den Betriebsstatus eines konventionelleren Hubraumverstellmotors zu steuern und/oder einen konventionelleren Motor zu steuern in einem Modus variablen Hubraums zu arbeiten. Beispielsweise kann eine Steuerung eingerichtet sein, falls ein Motor fähig ist, unter Verwendung von 2, 3, 4, 5 oder 6 Zylindern zu arbeiten, die Anzahl der Zylinder, die zu jeder beliebigen Zeit betrieben wird (d. h. den Betriebszustand des Motors) auf eine präzise Weise zu steuern, die eine effektivere Kontrolle über den Übergang zwischen Betriebszuständen des Motors zulässt, als heutzutage bei Verwendung konventioneller variabler Zylinderverwaltungssteuerung. Solch eine Motorzustandssteuerung 700 wird nachfolgend unter Bezug auf 5 beschrieben.
• Die in 5 dargestellte Motorzustandssteuerung 700 hat eine Bauweise, die der Bauweise der Motorzündungssteuerung 500 recht ähnlich ist, die oben unter Bezugnahme auf 1(a) beschrieben wurde. Diese Ähnlichkeit ist teilweise der Annehmlichkeit geschuldet, eine ähnliche Bauweise für verschiedene Typen an Steuerungen zu verwenden, und es ist deshalb darauf hinzuweisen, dass die spezifische Bauweise der Motorzustandssteuerung im Rahmen der vorliegenden Erfindung weiterhin variiert werden kann. Zum Beispiel sind auch Motorzustandssteuerungen mit einer Bauweise, die der der unter Bezugnahme auf 1(b) beschriebenen Motorzündungssteuerung 500(a) ähnlich ist, oder andere ähnliche Bauweisen sehr geeignet.
• In der Ausführungsform der 5 beinhaltet die Motorzustandssteuerung 700 eine Motorzustandserzeugungseinheit 710, eine Motordrehmomentbruchteilberechnungseinheit 715, eine Zylinderdrehmomentbruchteilberechnungseinheit 730, einen Vervielfacher 735, eine Motoreinstellungssteuereinheit 740 und einen Treibstoffpulsanpasser 745. Die beschriebene Architektur kann entweder in eine Motorsteuereinheit (ECU) integriert werden, oder als eine separate Zustandssteuerung entworfen sein, die in Verbindung mit einer konventionellen Motorsteuereinheit (ECU) arbeitet.
• Die Funktionen der Motordrehmomentbruchteilsteuereinheit 715, der Zylinderdrehmomentbruchteilberechnungseinheit 730, des Vervielfachers 735 und zugehöriger Komponenten sind im Wesentlichen dieselben, wie die der korrespondierenden Komponenten in der Ausführungsform der 1(a). Deshalb wird an dieser Stelle eine Beschreibung der Funktionen dieser Komponenten nicht wiederholt. Jedoch ist die Ansteuerpulserzeugungseinheit 510 durch eine Motorzustandserzeugungseinheit 710 ersetzt. Wie nachfolgend detaillierter beschrieben werden wird, kann die interne Bauart der Motorzustandserzeugungseinheit 710 tatsächlich der Bauart der Ansteuerpulserzeugungseinheit 510 recht ähnlich sein – sie ist jedoch eingerichtet, ein sehr verschiedenes Ausgangssignal bereit zu stellen, d. h., der Ausgang wird verwendet, um den Zustand des Motors zu diktieren, statt angeforderter Zündungen. Genauer gesagt, ist die Motorzustandserzeugungseinheit 710 allgemein eingerichtet, die Anzahl der Zylinder zu bestimmen, die zum Liefern der Soll-Abgabe verwendet werden sollten. Sie gibt deshalb ein Zustandssignal 750 aus, das den geeigneten Motor-„Zustand” anzeigt. Der Motorzustand entspricht der Anzahl Arbeitskammern (z. B. Zylinder), die zum Liefern der Soll-Antriebskraft benötigt werden. Der bezeichnete Motorzustand wird dann von der Motoreinstellungssteuereinheit 740 zum Bestimmen der geeigneten Einstellungen (wie bspw. Saugrohrdruck) verwendet, damit der Motor die Soll-Antriebskraft liefern kann. In anderer Weise betrachtet, bezeichnet das Zustandssignal 750 gewissermaßen den vom Motor benötigten Hubraum, um die gewünschte Motorleistung zu liefern.
• In einem digitalen System mag das Zustandssignal 750 die Form eines Mehr-Bit Signals annehmen, das den Soll-Zustand des Motors anzeigt. Im Allgemeinen sollte Zustandssignal 750 ausreichend Bits oder verschiedene Werte haben, um jeden möglichen Zustand des Motors eindeutig repräsentieren zu können. Beispielhaft ist ein Zwei-Bit Signal ausreichend, um jeden verfügbaren Zustand eines Vierzylindermotors, der auf 1, 2, 3 oder 4 Zylindern betrieben werden kann, oder eines Sechszylindermotors, der unter Verwendung von 2, 3, 4 oder 6 Zylindern betrieben werden kann, eindeutig zu repräsentieren. Um alle der verfügbaren Zustände eines Motors mit 8 oder weniger Zylindern zu repräsentieren, ist ein Drei-Bit Signal ausreichend.
• Die Motorzustandserzeugungseinheit 710 verwendet Regelungstechnik, wie bspw. Adaptivregelung zum Bestimmen der passenden Anzahl an Zylindern, die zu verwenden sind, um die Soll-Motorleistung zu liefern. Der vom Motor benötigte Hubraum wird in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen variieren und kann sowohl darauf basieren, was in der Vergangenheit passiert ist als auch was für die unmittelbare Zukunft vorhergesagt wird. Die spezifische Bauart der Motorzustandserzeugungseinheit 710 kann weitgehend variiert werden. Eine repräsentative Bauart für die Motorzustandserzeugungseinheit 710 wird untenstehend unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
• Die Motoreinstellungssteuereinheit kann eingerichtet sein, die Einstellungen jeder der steuerbaren Motorkomponenten zu regeln, darunter, z. B. Drosselposition (die am direktesten Saugrohrdruck regelt), Zündfunkenzeitsteuerung, Treibstoffeinspritzung, Zylinder-Deaktivierung, Einlass- und/oder Auslass-Ventilhub, etc., sehr ähnlich zu der Motoreinstellungssteuereinheit, die oben unter Bezugnahme auf 1(a) beschrieben wurde. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in konventionellen Motoren variablen Hubraums verwendeten ECUs gut geeignet zur Durchführung vieler der Funktionen der Motoreinstellungssteuereinheit 740 sind. Deshalb kann der Ausgang der Motorzustandssteuerung in Ausführungsformen, bei denen die Motorzustandssteuerung in einer Motorsteuerungseinheit integriert ist, direkt durch die ECU verwendet werden, um den Zustand des Motors einzustellen und konventionelle Hubraumverstell-ECU-Logik kann zum Steuern der anderen Motorvariablen verwendet werden. In Ausführungsformen, bei denen die Motorzustandssteuerung in einem Coprozessor verkörpert ist, der eingerichtet ist in Verbindung mit der ECU zu arbeiten, kann der Coprozessor eingerichtet sein, einfach den Motorzustand einzustellen und der ECU zu erlauben, normal zu arbeiten, oder die Motoreinstellungssteuereinheit 740 kann eingerichtet sein, einige oder alle der Motorvariablen direkt zu steuern.
• Unabhängig davon, ob die Motoreinstellungen durch passende Logik innerhalb einer hergebrachten Motorsteuereinheit oder einer separaten Einheit 740 gesteuert werden, ist es in einem Otto-Zyklus-Motor von Wichtigkeit, den Einlasssaugrohrdruck auf einen Pegel einzustellen, der geeignet ist, die Soll-Abgabe im gegenwärtigen Betriebszustand des Motors zu liefern. Der gewünschte Saugrohrdruck und andere Motorparameter werden eine Funktion einer Anzahl von Variablen sein, darunter die Soll-Motorleistung, der gegenwärtige Motorzustand, die gegenwärtige Motordrehzahl, die Anzahl der gegenwärtig verwendeten Zylinder. Auch andere Variablen wie bspw. der Gang, in dem sich der Motor gegenwärtig befindet und/oder die Fahrzeuggeschwindigkeit, etc. können sich auf die Motoreinstellungsparameter auswirken. Wie oben unter Bezug auf 1(a) beschrieben kann ein eine Soll-Abgabe bezeichnendes Signal von einer Vielzahl Quellen kommen. In der veranschaulichten Ausführungsform wird als eine Indikation des Soll-Zündungsbruchteils ein Eingangssignal verwendet, das die Soll-Abgabe des Motors widerspiegelt. Dies kann die Form des Optimalzündungsbruchteilsignals 717 oder des Soll-Zündungsbruchteilsignals 736 (oder beider) annehmen, wie mit den gestrichelten Linien in 5 dargestellt.
• Die Motoreinstellungssteuereinheit 740 bestimmt die passenden Motoreinstellungen basierend auf dem gegenwärtigen Zustand und der gegenwärtigen Betriebsbedingung des Motors. Dies kann bequem durch Verwendung geeigneter mehrdimensionaler Umsetzungstabellen getan werden, oder durch Verwendung von Steueralgorithmen oder Logik, die die geeigneten Einstellungen im Wesentlichen auf dieselbe Weise berechnet, wie der Saugrohrdruck und andere Einstellungen in der in 1(a) gezeigten Ausführungsform bestimmt wurden.
• Die Zylindersteuerung 745 kann Treibstoffeinspritzdüsen-Treiber beinhalten, um eingerichtet zu sein sicherzustellen, dass die Menge an Treibstoff, die an die aktiven Zylinder geliefert wird, passend ist für die Luftmenge, die an jeden Zylinder bei den gegenwärtigen Motoreinstellungen geliefert werden wird. Im Unterschied zu der oben unter Bezug auf 1(a) beschriebenen Zylindersteuerung, bestimmt Zylindersteuerung 745 nicht basierend auf einem Ansteuerpulssignal die zu zündenden und nicht zu zündenden Zylinder. Vielmehr empfängt sie direkt oder indirekt ein Signal, das den Soll-Motorzustand bezeichnet (z. B. in der dargestellten Ausführungsform Zustandssignal 750) und aktiviert, deaktiviert und zündet Zylinder basierend auf dem Soll-Motorzustand.
• Viele der hier beschriebenen Motorzustandssteuerungen verwenden Rückinformation der tatsächlichen Zündungen. Falls gewünscht, kann diese Rückinformation wie aus 5 ersichtlich, durch die Zylindersteuerung 745 bereitgestellt werden. In anderen Ausführungsformen können einige oder alle der Funktionen der Zylindersteuerung durch eine ECU oder andere geeignete Logik bewerkstelligt werden.
• Unter Bezugnahme auf 6 wird nun eine geeignete Motorzustandserzeugungseinheits-Bauart beschrieben. In der dargestellten Ausführungsform nimmt die Motorzustandserzeugungseinheit 710 die Form einer digitalen Sigma-Delta Steuerung an, die eine Bauart hat, die der in 2(b) dargestellten Ansteuerpulserzeugungseinheits-Bauart recht ähnlich ist, wobei ein beachtenswerter Unterschied ist, dass der Komparator 761 ein Mehr-Bit Komparator ist. Demnach enthält die Motorzustandserzeugungseinheit einen Satz digitaler Integrierer 304, 308, 314 und einen Komparator 761.
• In dieser Ausführungsform wird das Eingangssignal (z. B. Zündungsbruchteilsignal 736) dem ersten digitalen Integrierer 304 zugeführt. Der Ausgang des ersten digitalen Integrierers 304 wird einem zweiten digitalen Integrierer 308 eingespeist und der Ausgang des zweiten digitalen Integrierers 308 wird einem dritten digitalen Integrierer 314 eingespeist. Der Ausgang des dritten digitalen Integrierers 314 wird einem Multi-Bit Komparator 716 eingespeist, der . Das Rückkopplungssignal 765 ist indikativ für Zylinderzündungen, ganz wie in der digitalen Ansteuerpulserzeugungseinheit, die vorstehend beschrieben wurde. Solche Rückkopplung kann von der Zylindersteuerung 745, der ECU oder jedem anderen Mechanismus kommen, der weiß oder bestimmen kann, wann Zylinderzündungen tatsächlich stattfinden werden. Das Rückkopplungssignal 765 gibt der Motorzustandssteuerung vollständiges Wissen, was tatsächlich in Bezug auf Zylinderzündungen innerhalb des Motors passiert ist.
• Der Takt der digitalen Integrierer und des Komparators, die in der Motorzustandssteuerung 710 verwendet werden, ist synchronisiert mit den Zündgelegenheiten des Motors. Im Zusammenhang der dargestellten Motorzustandserzeugungseinheit findet eine Zündgelegenheit jedes Mal statt, wenn ein Zylinder theoretisch gezündet werden könnte, unabhängig davon, ob er tatsächlich ein aktiver Zylinder oder ein deaktivierter Zylinder ist, so dass das Ausgangssignal des Komparators mit den Zündgelegenheiten des Motors synchronisiert ist.
• Der Komparator 716 ist eingerichtet, ein Multi-Bit Zustandssignal bezeichnend für den Soll-Zustand auszugeben. Wie von denjenigen erkannt werden wird, die mit digitalen Sigma-Delta Steuereinheit-Bauarten vertraut sind, kann der Komparator bequem eingestellt werden, nur bestimmte Zustände auszugeben. Wenn daher der gesteuerte Motor z. B. ein Achtzylinder-Motor ist, kann ein Drei-Bit-Komparator so eingerichtet werden, dass 000 einen 1-Zylinder-Betriebszustand repräsentiert, 001 einen Zweizylinder-Betriebszustand repräsentiert, 010 einen Dreizylinder-Betriebszustand repräsentiert usw. Wenn dieser bestimmte Motor nur in Betriebszuständen mit einer geraden Anzahl an Zylindern betrieben werden kann, dann wäre der Komparator derart eingerichtet, dass er nur die Werte 001, 011, 101 und 111 ausgeben kann. Selbstverständlich kann ebenfalls jede andere Kombination verfügbarer Betriebszustände verwendet werden. In einem anderen Beispiel, wenn der gesteuerte Motor ein Sechszylinder-Motor ist, der nur unter Verwendung von 3, 4 oder 6 Zylindern laufen kann, könnte ein Drei-Bit-Komparator so eingerichtet werden, dass ein Ausgabesignal von 000, 100, 101, 110 und 111 verboten ist, 001 Betrieb in einem 3-Zylinder-Modus anzeigt, 010 Betrieb in einem 4-Zylinder-Modus anzeigt und 011 Betrieb in einem 6-Zylinder Modus anzeigt. Selbstverständlich kann der Komparator auch in jeder anderen geeigneten Weise eingerichtet sein.
• Mit der beschriebenen Anordnung gibt die Motorzustandserzeugungseinheit 710 während jeder Taktzeit (die so eingerichtet wurde, dass sie mit den Zündgelegenheiten des Motors übereinstimmt) ein Motorzustandssignal 750 aus. Die Motoreinstellungssteuereinheit 740 empfängt das Motorzustandssignal 750 und bestimmt die geeignete Motoreinstellung, um unter Verwendung der vorgesehenen Anzahl an Zylindern basierend auf den gegenwärtigen Betriebsbedingungen (z. B. RPM, Gang, etc.) des Motors die Soll-Abgabe zu liefern. Die passenden Motoreinstellungen können dann durch die Motoreinstellungssteuereinheit selbst, die ECU oder jede andere geeignete Komponente eingestellt werden. Gleichzeitig stellt die Zylindersteuerung, die ECU oder andere geeignete Komponente sicher, dass der Motor sich im angewiesenen Zustand befindet, so dass nur die geeigneten Zylinder gezündet werden.
• Jedes Mal, wenn ein Zylinder gezündet wird, wird Rückinformation bezeichnend für die Zündung an die Motorzustandserzeugungseinheit 710 bereitgestellt. Die Rückkopplung ist so skaliert, dass sie geeignet das Zündungsbruchteilsignal 736 ausgleicht. Durch die Bereitstellung von Rückinformation über die tatsächlichen Zündungen kann die Motorzustandserzeugungseinheit genau die tatsächliche Leistungsfähigkeit des Motors nachverfolgen. Jedes Mal, wenn die Motorzustandserzeugungseinheit bestimmt, dass ein neuer Zustand angebracht ist, kann die Änderung wirksam mit der nächsten Zündgelegenheit implementiert werden, indem einfach ein anderer Wert für Motorzustandssignal 750 ausgegeben wird. Der neue Wert des Motorzustandssignals veranlasst die Motoreinstellungssteuereinheit dazu, die geeigneten Motoreinstellungen basierend auf dem neuen Motorzustand neu zu berechnen und die Einstellungen für die nächste Zündung geeignet zu verändern. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Ansteuerelektronik mit einer weit schnelleren Geschwindigkeit arbeitet, als die Rate, mit der Zündgelegenheiten in dem Motor vorkommen. Demnach kann die Ansteuerelektronik die Einstellungen in geeigneter Weise für die nächste Zündgelegenheit anpassen. Selbstverständlich bringen einige der Motoreinstellungen das Bewegen mechanischer Teile wie bspw. einer Drossel mit sich. Obwohl bei der Bewegung einer Drossel (oder anderer mechanischer Teile) inhärent relativ zu der Geschwindigkeit, mit der die Ansteuerelektronik arbeiten kann, eine gewisse Verzögerung involviert sein mag, beeinflussen diese Verzögerungen im Allgemeinen die Leistungsfähigkeit der Motorzustandssteuerung 700 nicht negativ.
• Werden die Einstellungen in einer Weise geändert, die sich auf das durch jede Zündung erzeugte Drehmoment auswirkt, wird die Effektiv-Zylinderdrehmomentbruchteilberechnungseinheit die veränderte Bedingung erkennen und die durch Vervielfacher 735 bereitgestellte Skalierung entsprechend anpassen. Wenn die Bedingungen ausgeglichen sind (d. h., wenn der Motor tatsächlich mit den von der Motoreinstellungssteuereinheit geforderten Einstellungen arbeitet), sollte der Soll-Zündungsbruchteil eng mit dem Pegel übereinstimmen, der dem Zündungsbruchteil entspricht, der in dem Zustand bezeichnet wird, der vom Komparator 760 ausgegeben wird, der wiederum genau der für tatsächliche Zündungen indikativen Rückkopplung entsprechen sollte.
• Es ist darauf hinzuweisen, dass in typischen Motoranwendungen die Änderungsrate des Systemeingangssignals (z. B. die Beschleunigungspedalposition in einem Automobil) im Vergleich zu den Zündgelegenheiten des Motors ziemlich niedrig ist. Deshalb ist die Steuerung befähigt, Variationen in der Soll-Abgabe sehr exakt nachzuverfolgen. Einige der Motoreinstellungen erfordern das Bewegen mechanischer Teile, wie bspw. einer Drossel. Obwohl durch die Bewegung der Drossel (oder anderer mechanischer Teile) relativ zu der Geschwindigkeit, mit der die Ansteuerelektronik arbeiten kann, inhärent etwas an Verzögerung einhergeht, wirken sich diese Verzögerungen im Allgemeinen nicht negativ auf die Leistungsfähigkeit der Motorzustandssteuerung 700 aus. Die Drosselsteuerung und andere Komponenten, die in die Motoreinstellungssteuereinheit 740 integriert sind (oder durch diese geregelt sind), sind gut angepasst, um den Motor in den Zustand einzustellen, der durch die Motoreinstellungssteuerung angewiesen wird. Demzufolge liefert die beschriebene Motorzustandssteuerung gute Kontrolle über die Motorleistung. Tatsächlich wird erwartet, dass die beschriebene Motorzustandssteuerung dieselben Effizienzverbesserungen in den Steuerungen von Motoren variablen Hubraums erzielen kann, wie sie oben unter Bezug auf 4 diskutiert wurden.
• Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel beabsichtigt Rückinformation jeder Zündung bereitzustellen. Mit dieser Anordnung kann der Betriebszustand des Motors zu jeder Zeit verändert werden, ohne die tatsächliche Leistungsfähigkeit des Motors aus dem Auge zu verlieren. Es ist wünschenswert, die tatsächliche Leistung zu verfolgen, weil es sehr schwierig ist sicherzustellen, dass die Steuerung die Soll-Motorleistung liefert, falls eine Betriebszustandsänderung vorgenommen wird und die Steuerung nicht in gewisser Weise weiß, wie viele Zylinder gezündet wurden – insbesondere während Zeitabschnitten, in denen die Anforderung des Fahrers und/oder die Last sich rapide verändern. Tatsächlich wird angenommen, obwohl die vorliegenden Erfinder nicht mit den internen Details der geläufigen Steuerungen für Motoren variablen Hubraums vertraut sind, dass das Unvermögen effektive Motorleistung genau nachzuverfolgen und nachfolgend geeignete Kompensationen vorzunehmen, ein signifikanter beitragender Faktor sein mag, warum bestehende Steuerungen ausgelegt sind aus dem Modus variablen Hubraums auf einen Alle-Zylinder Betriebsmodus herauszuwechseln, wenn relativ große Veränderungen in der Soll-Leistung vorgenommen werden, obwohl der Motor sehr wohl zum Liefern der Soll-Leistung unter Verwendung der reduzierten Zylinderzahl geeignet ist.
• Nach verschiedenen alternativen Ausführungsformen kann das Zustandssignal 750 selbst (oder andere Rückinformation, die bezeichnend für den gegenwärtigen Zustand des Motors ist) statt der Rückinformation über die tatsächlichen Zündungen verwendet werden. Ein Vorteil dieser Herangehensweise ist, dass sie etwas die Bauart der Motorzustandserzeugungseinheit vereinfachen kann. Ein Nachteil dieser Bauart ist jedoch, dass, wenn eine Bezeichnung des Soll-Zustandes als Rückkopplung verwendet wird, es vorteilhaft ist, das System so zu entwerfen, dass Zustandsübergänge nur zu einer konsistenten Zeit pro komplettem Motorzyklus gemacht werden können (z. B. in einem 4-Takt-Hubkolbenmotor zu einem bestimmten Zeitpunkt jede zwei Umdrehungen der Kurbelwelle). Der Grund hierfür ist, dass, wenn Zustandsübergänge zu anderen Zeiten durchgeführt werden, die Steuerung kein vollständiges Wissen darüber haben mag, wie viele Zylinder tatsächlich gezündet wurden – was vom Standpunkt der Steuerung ein Problem verursacht. Für einige Motoren ist die Limitierung von Zustandsübergängen auf einen bestimmten Zeitpunkt im Motorzyklus völlig akzeptabel und in solcher Bauart kann Rückkopplung des Zustands statt Rückkopplung der Zündungen verwendet werden.
• In der in 5 dargestellten Ausführungsform wird die Rückkopplung der tatsächlichen Zündungen ausdrücklich von der Zylindersteuerung 745 bereitgestellt. Dies ist jedoch kein Erfordernis. In alternativen Ausführungsformen könnte die Rückkopplung der Zündungen von anderen Quellen empfangen, von anderen Quellen wie bspw. der Fahrzeug-RPM abgeleitet oder einfach unabhängig berechnet werden. Berechnungen sind möglich, weil die gezündeten spezifischen Zylinder basierend auf dem angewiesenen Motorzustand bekannt sein werden. Jede dieser Quellen oder andere geeignete Quellen können zum Bereitstellen von Rückinformation verwendet werden, die die tatsächlichen Zylinderzündungen bezeichnet. In einer bestimmten Ausführungsform kann die Motorzustandssteuereinheit Logik beinhalten zum tatsächlichen Berechnen, welche Zylinder zu jeder beliebigen Zeit gezündet wurden, basierend auf dem Zustandssignal 750 und bekannten Zylinderzündungsmustern in verschiedenen Motorzuständen. Die Zündungsinformation kann dann als Rückkopplung innerhalb der Motorzustandserzeugungseinheit 710 verwendet werden.
• Die in 5 dargestellte Motorzustandssteuerungs-Ausführungsform weist eine Bauweise auf, die der unter Bezugnahme auf 1(a) beschriebenen Motorzündungssteuerung ziemlich ähnlich ist, teilweise, weil diese eine bequeme Implementierung ist. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, dass in alternativen Ausführungsformen sehr andersartige Steuerarchitekturen zum Erzielen ähnlicher Resultate verwendet werden können. Eine solche Bauweise wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. In der dargestellten Ausführungsform ist eine Motorzustandssteuerung 700A zur Verwendung in Verbindung mit einer Motorsteuereinheit (ECU) 746 entworfen, die befähigt ist, einen Motor variablen Hubraums 762 in vielfachen Hubraumverstellmodi zu betreiben. Die Motorzustandssteuerung 700A enthält eine Zustandsberechnungseinheit 710A und eine Effektiv-Zylinderabgabeberechnungseinheit 730A. Die Motorzustandsberechnungseinheit 710A nimmt die Form eines Prozessors an, der zum Bestimmen des geeigneten Motorzustandes für den Motor zu jeder beliebigen Zeit eingerichtet ist. Die Zustandsberechnungseinheit 710A gibt an die ECU 746 ein Zustandssignal 750 aus. Die ECU wiederum weist den Betrieb des Motors 762 im durch Zustandssignal 750 angezeigten Motorzustand an. Die ECU arbeitet in derselben Weise wie konventionelle Steuerungen von Motoren variablen Hubraums, davon abgesehen, dass sie von Zustandsberechnungseinheit 710A zum Bestimmen des geeigneten Betriebszustandes des Motors abhängt. Die Effektiv-Zylinderabgabeberechnungseinheit 730A funktioniert ähnlich zu den Drehmomentbruchteilberechnungseinheiten, die unter Bezugnahme auf 1 und 5 oben beschrieben wurden. D. h., sie bestimmt den relativen Anteil an Arbeit, der von jeder Zündung basierend auf den gegenwärtigen Betriebszustand des Motors verglichen mit einem Nominal- oder Bezugswert erhalten wird. Die Resultate dieser Bestimmung werden durch Zwischenschaltung des Effektiv-Drehmomentbruchteilsignals 731A an die Zustandsberechnungseinheit 710A bereitgestellt. Das Effektiv-Ausgangssignal 731A bezeichnet den Bruchteil oder Prozentsatz der Bezugsabgabe der durch jede tatsächliche Arbeitskammerzündung bereitgestellt wird. Abhängig von der gewünschten Art der Steuerung kann der Bezugswert, der von der Effektiv-Zylinderausgabeberechnungseinheit 730A verwendet wird, ein feststehender Wert sein, ein Wert, der als Funktion der Motordrehzahl oder gegenwärtiger Betriebsbedingungen variiert, oder ein Wert, der als Funktion mehrerer Variablen variiert.
• Die Zustandsberechnungseinheit 710A empfängt ein für eine Soll-Motorleistung indikatives Eingangssignal 707. Wie oben an mehreren Stellen detailliert diskutiert, kann die Soll-Motorleistung von einer Vielzahl Quellen kommen – darunter z. B. ein Beschleunigungspedalpositionssensor, ein Tempomat oder jede andere geeignete Quelle, und solche Signale können jede Art von Vorverarbeitung enthalten, die in einer bestimmten Anwendung gewünscht ist. Die Zustandsberechnungseinheit 710A ist zum Bestimmen der zum Liefern der Soll-Leistung benötigten Anzahl Zylinder eingerichtet. D. h., sie berechnet die zum Bereitstellen der Soll-Leistung erforderliche Anzahl Zylinder und informiert die ECU 746 entsprechend. Die ECU erhält auch das Signal 707 und bestimmt die geeigneten Motoreinstellungen im vorgesehenen Zustand in einer im Übrigen konventionellen Weise.
• Bei der Bestimmung der zu jeder beliebigen Zeit zu verwendenden Anzahl an Zylindern ist die Zustandsberechnungseinheit 710A zum in gewisser Weise Nachverfolgen der Soll-Abgabe über die Zeit und zum Nachverfolgen der tatsächlichen Leistungsfähigkeit über die Zeit eingerichtet, um sicherzustellen, dass diese gleich sind. Hierdurch ist die Zustandsberechnungseinheit fähig sicherzustellen, dass der Motor beständig die Soll-Leistungsfähigkeit liefert, unabhängig von Zustandsänderungen. Solche Art Nachverfolgung kann unter Verwendung einer breitgefächerten Vielfalt an Herangehensweise bewerkstelligt werden und algorithmisch, unter Verwendung digitaler Logik, analoger Logik oder einer Kombination hieraus getan werden. Ein solcher Ansatz verwendet einen Akkumulierer, der mit den Zündgelegenheiten des Motors synchronisiert ist. Der Akkumulierer empfängt für jede Zündgelegenheit zwei Eingangssignale. Der erste Eingang ist ein Positiv-Eingang, der den gegenwärtigen Wert des Soll-Eingangssignals 707 bezeichnet, der zweite Eingang ist ein Negativ-Wert, der den gegenwärtigen Wert der Effektiv-Zylinderdrehmomentbruchteilberechnungseinheit bezeichnet, der gewissermaßen die Menge an Arbeit oder Drehmoment, die durch die letzte Zündung bereitgestellt wurde, bezeichnet. Die Anzahl zu verwendender Zylinder (d. h. der Motorzustand) wird dann unter Verwendung des im Akkumulierer akkumulierten Wertes bestimmt. Im Allgemeinen würde die minimale Anzahl Zylinder ausgewählt, die die Soll-Menge erzeugen kann, und ein diese Auswahl bezeichnender Wert wird als das Zustandssignal 750A ausgegeben.
• Die Zustandsberechnungseinheit kann beim Auswählen des Zustands einfach ausgebildet werden, andere Faktoren als einfach das Soll-Ausgangssignal 707 und die durch die Effektiv-Zylinderausgangsberechnungseinheit bereitgestellte Information zu berücksichtigen. Dies kann alle Faktoren beinhalten, die ein Motor-Design als für einen bestimmten Motor geeignet bestimmt – wie z. B. Motordrehzahl, Fahrzeuggeschwindigkeit, der Gang, in dem das Fahrzeug ist, Motortemperatur, etc. Die gewünschte Zylinderanzahl kann algorithmisch, unter Verwendung mehrdimensionaler Umsetzungstabellen oder unter Verwendung beliebiger anderer gewünschter Herangehensweisen bestimmt werden.
• Kraftstoffregelungsprozessor
• Die beschriebene Steuerung kann in einer breitgefächerten Vielfalt verschiedener Weisen implementiert werden. Sie kann unter Verwendung digitaler Logik, analoger Logik, algorithmisch oder in jeder anderen geeigneten Weise bewerkstelligt werden. In einigen Ausführungsformen wird die kontinuierlich variable Steuerungslogik in die Motorsteuereinheit (ECU – manchmal als eine ECM bezeichnet – Motorsteuermodul) eingebaut. In anderen Ausführungsformen kann die Steuerlogik für den kontinuierlichen Hubraumverstellmodus in einen Zündungssteuerungs-Coprozessor oder eine Co-Verarbeitungseinheit eingebaut sein, die eingerichtet ist, in Verbindung mit einer bestehenden Motorsteuereinheit zu arbeiten.
• Es wird erwartet, dass mit Fortschreiten der Technologie die kontinuierliche Hubraumverstellmodus-Steuerlogik in die Motorsteuereinheiten integriert wird, die mit neuen Fahrzeugen oder Motoren geliefert wird. Das ist insbesondere vorteilhaft, weil es der ECU erlaubt, bequem aus allen der Features des Motors, die zum Verbessern der Motorleistungsfähigkeit verfügbar sind, unter Verwendung des kontinuierlichen Hubraumverstellmodus Vorteil zu schlagen.
• Für heutzutage auf der Straße befindliche (und für andere bestehende Motoren und/oder Motorbauarten) können ebenfalls neue ECUs entwickelt werden, die den kontinuierlichen Hubraumverstellmodus mit aufnehmen. Wenn solche ECUs entwickelt werden, können die vorhandenen Motoren bequem durch einfaches Austauschen der bestehenden ECU mit einer verbesserten ECU, die den Hubraumverstellmodus einschließt, nachgerüstet werden.
• Alternativ, wie von denen erkannt werden wird, die mit zeitgemäßen Automobilmotorsteuerungsbauarten vertraut sind – sind die Motorsteuereinheiten in den meisten der letzten Automobilmodelle derart eingerichtet, dass Geräte Dritter mit der Motorsteuereinheit über Schnittstellen koppeln können. Diese Schnittstellen können Zugang zum Fahrzeug-Bus bereitstellen, wie bspw. ein Controller Area Network(CAN)-Bus, ein Lokal-Zwischenverbindungsnetzwerk(Local Interconnect Network: LIN)-Bus oder ähnliches, und werden oft zumindest teilweise bereitgestellt, um Motorfehlerdiagnose zu unterstützen – jedoch enthalten eine Vielzahl Produkte Dritter, wie bspw. Turbolader, Verdichter, etc. Steuercoprozessoren, die entworfen sind solche Schnittstellen zu verwenden, um mit den Motoren ohne Aufhebung der Herstellergarantie zu arbeiten. Diese Schnittstellen können vorteilhaft zum Ermöglichen eines Niederkosten-Zündungssteuerungscoprozessors verwendet werden, der die kontinuierlich variable Steuerlogik aufnimmt und als eine Nachrüstung zu installieren ist, um die Treibstoffeffizienz heutiger Automobile auf der Straße stark zu verbessern.
• Andere Merkmale
• Obwohl nur einige Ausführungsformen der Erfindung im Detail beschrieben wurden, ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung in vielen anderen Formen implementiert werden kann, ohne vom Geist oder dem von der Erfindung Umfassten abzuweichen. Die oben dargelegten Beispiele sind vorwiegend im Kontext von 4-Takt-Hubkolbenmaschinen, die zur Verwendung in motorisierten Fahrzeugen geeignet sind, beschrieben. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, dass die Ansätze zur kontinuierlichen Hubraumverstellung sehr gut geeignet sind zur Verwendung in einer großen Vielfalt an eingebauten Verbrennungsmotoren. Diese beinhalten Motoren für praktisch jeden Fahrzeugtypus – darunter Autos, Lastkraftwagen, Boote, Flugzeuge, Motorräder, Roller, etc.; für Nicht-Fahrzeuganwendungen, wie bspw. Generatoren, Rasenmäher, Laubbläser, Modelle, etc.; und praktisch jede andere Anwendung, die von einem eingebauten Verbrennungsmotor Gebrauch macht. Die verschiedenen beschriebenen Ansätze funktionieren mit Motoren, die unter einer großen Vielfalt an unterschiedlichen thermodynamischen Arbeitszyklen arbeiten – darunter praktisch jede Art an 2-Takt-Hubkolbenmotoren, Dieselmotoren Otto-Zyklus-Motoren, Doppelzyklen-Motoren, Miller-Zyklus-Motoren, Atkins-Zyklus-Motoren, Wankelmotoren und andere Typen an Kreiskolbenmotoren, Gemischtzyklen-Motoren (wie bspw. Doppel-Otto und Diesel-Motoren), Hybridmotoren, Sternmotoren, etc. Es wird davon ausgegangen, dass die beschriebenen Ansätze gut mit neu entwickelten Verbrennungsmotoren funktionieren werden, unabhängig davon, ob diese unter Verwendung heute bekannter, oder später entwickelter thermodynamischer Zyklen arbeiten.
• Einige der obigen Beispiele basierten auf Otto-Zyklus-Motoren, die typischerweise gedrosselt sind, so dass sie oftmals nicht bei maximaler Kompression arbeiten. Die Konzepte sind jedoch in gleicher Weise auf ungedrosselte Motoren anwendbar, wie bspw. Diesel-Zyklus-Motoren, Doppel-Zyklus-Motoren, Miller-Zyklus-Motoren, etc.
• In einigen der explizit oben diskutierten Ausführungsformen wurde angenommen, dass alle der Zylinder verwendet oder in anderer Weise in dem kontinuierlichen Hubraumverstellmodus betrieben werden. Dies ist jedoch kein Erfordernis. Falls für eine bestimmte Anwendung gewünscht, kann die Zündungssteuereinheit bequem zum steten Überspringen einiger vorgesehener Zylinder (Arbeitskammer(n)) eingerichtet sein, wenn der erforderliche Hubraum unterhalb irgendeiner vorgesehenen Schwelle liegt und/oder eingerichtet sein, ausgewählte Zylinder bei bestimmten erforderlichen Hubraumpegeln stets zu zünden. In wieder anderen Implementierungen kann jeder der beschriebenen Arbeitszyklus-Auslass-Ansätze auf hergebrachte Motoren variablen Hubraums angewendet werden, während diese in einem Modus arbeiten, in dem einige ihrer Zylinder abgeschaltet wurden.
• Der beschriebene Betriebsmodus kontinuierlich variablen Hubraums kann bequem mit einer Vielzahl anderer Treibstoffökonomie- und/oder Leistungsfähigkeitsverbesserungstechniken verwendet werden – darunter Techniken schlanker Verbrennung, Treibstoffeinspritzungs-Profilierungstechniken, Turboladen, Kompression, etc. Es wird angenommen, dass es der Umstand einfacher macht, dass die Bedingungen innerhalb der Zylinder für gezündete Zylinder vergleichsweise feststehend sind, Verbesserungsmethoden zu implementieren, die allgemein bekannt sind, aber nicht in umfassendem Gebrauch sind (z. B. die Verwendung von Treibstoffeinspritzungspofilierung mit vielfachen gestuften Einspritzungen in Automobilmotoren). Zusätzlich wird davon ausgegangen, dass die gesteuerten Bedingungen innerhalb der Zylinder auch eine Vielzahl anderer Verbesserungen erlauben, die in hergebrachten Motoren nicht praktikabel sind.
• Die meisten der Ansteuerpulserzeugungseinheit-Ausführungsformen, die oben im Detail beschrieben wurden, verwendeten Sigma-Delta Steuerungen. Obwohl angenommen wird, dass Sigma-Delta Steuerungen sehr gut zur Verwendung beim Steuern des Motors geeignet sind, ist darauf hinzuweisen, dass eine Vielzahl anderer Steuerungen, und insbesondere adaptive (d. h. Rückkopplungs-Steuerung) zur Verwendung anstelle der Sigma-Delta Steuerung verwendet oder entwickelt werden können. Beispielsweise ist darauf hinzuweisen, dass andere Rückkopplungssteuerungspläne verwendet werden können, um das zugeführte Soll-Motorleistungssignal in einen Ansteuerpulsstrom zu konvertieren, der direkt oder indirekt zum Ansteuern des Motors verwendet werden kann.
• In einigen der beschriebenen Ausführungsformen ist die Sigma-Delta Steuerung allgemein eingerichtet, das zugeführte Soll-Motorleistungssignal in Signale zu konvertieren, die zur Erzeugung von Ansteuerpulsen verwendet werden können. Sigma Delta ist eine Art von Umwandlern, die zur Repräsentierung des Eingangssignals verwendet werden können. Einige der beschriebenen Sigma-Delta Umwandler weisen übertaktete Umwandlung auf, und in verschiedenen alternativen Ausführungsformen können anstelle von Sigma-Delta Umwandlung andere übertaktete Umwandler verwendet werden. In wiederum anderen Ausführungsformen können ebenso andere Umwandler-Typen verwendet werden. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Umwandler eine große Vielzahl an Modulationsschemen einsetzen können, darunter verschiedene Pulsbreitenmodulationspläne, Pulshöhenmodulation, CDMA-orientierte Modulation, oder andere Modulationspläne können zur Repräsentierung des Eingangssignals verwendet werden, solange die synchronisierte Komponente der Ansteuerpulserzeugungseinheit entsprechend angepasst ist.
• Aus dem Voranstehenden ist zu erkennen, dass der beschriebene Ansatz kontinuierlich variablen Hubraums sehr gut mit bestehenden Motorbauarten arbeitet. Es wird jedoch davon ausgegangen, dass der beschriebene Steueransatz ausgelassener Arbeitszyklen auch eine große Vielzahl anderer Technologien erleichtern oder sogar ermöglichen wird, die zur weiteren Verbesserung der thermodynamischen Effizienz des Motors verwendet werden können. Zum Beispiel kann die Verwendung eines Kompressors oder eines Turboladers in Verbindung mit dem beschriebenen Ansatz kontinuierlich variablen Hubraums weiter die Effizienz eines Motors verbessern. Computersimulationsmodelle legen nahe, dass die Kombination des beschriebenen Steueransatzes kontinuierlich variablen Hubraums mit einem Kompressor die Treibstoffeffizienz vieler bestehender Otto-Zyklus-Motoren um signifikante Beträge verbessern kann.
• Einer der Gründe dafür, dass solche signifikanten Verbesserungen bei Automobilmotoren möglich sind, liegt darin, dass die meisten Automobilmotoren die meiste Zeit mit einem relativ kleinen Prozentsatz ihrer potenziellen Pferdestärke betrieben werden. Zum Beispiel kann ein Motor, der dafür ausgelegt ist, maximale Antriebsleistung der Größenordnung von 200 bis 300 PS zu liefern, die meiste Zeit nicht mehr als 20 bis 30 PS benötigen – wie z. B. dann, wenn das Fahrzeug mit 100 km/h dahingleitet.
• In den obigen Betrachtungen wurde eine Anzahl an verschiedenen zündauslassbasierten Steuerverfahren beschrieben und eine Anzahl unterschiedlicher Verbesserungen wurden beschrieben. Verbesserungen zu zahlreichen Gegebenheiten wurden im Kontext einer bestimmten Steuerung beschrieben. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, dass viele der Verbesserungen in Verbindung mit einer Anzahl an Steuerungen verwendet werden können. Zum Beispiel können Treibstoffpulsvariationen (z. B. Optimierung der Treibstoffeinspritzmengen, satte Treibstoffpulse, schlanke Pulse, etc.) in Verbindung mit jeder der beschriebenen Steuerungen verwendet werden.
• Jedes der beschriebenen Steuerverfahren und Steuerungen kann als ein Coprozessor implementiert oder in die Motorsteuereinheit selbst aufgenommen werden, etc.
• In einigen Implementierungen kann es wünschenswert sein, redundante Steuerungen bereitzustellen – wie z. B. redundante Sigma-Delta Steuerungen. Die redundanten Steuerungen können gleichzeitig arbeiten, so dass, wenn eine ausfällt, die andere übernehmen kann. Oftmals können digitale Sigma-Delta Steuerungen präziser als analoge Sigma-Delta Steuerungen abgestimmt werden. Gleichzeitig mögen digitale Sigma-Delta Steuerungen etwas fehleranfälliger als analoge Sigma-Delta Steuerungen sein. Deshalb kann es in einigen Implementierungen wünschenswert sein, redundante Sigma-Delta Steuerungen bereitzustellen mit einer Primärsteuerung als digitale Steuerung und einer Sekundär- oder Backup-Steuerung als eine analoge Sigma-Delta Steuerung.
• Es wird bemerkt, dass im Laufe der Jahre zum Betreiben bestimmter Motoren in einem „Zündauslass-” Modus eine Anzahl an Vorschlägen in Erwägung gezogen wurde. Nach dem Verständnis der Anmelderin hat jedoch keiner dieser Ansätze jemals irgendeinen signifikanten kommerziellen Erfolg gezeitigt. Es wird vermutet, dass ein Hauptfaktor, der zu diesem Fehlen an Akzeptanz beigetragen hat, ist, dass vorherige Anstrengungen nicht fähig waren, den Motor in einer Weise zu steuern, die die geforderte(n) Laufruhe, Leistungsfähigkeit und Fahrverhaltensscharakteristiken geliefert hat, um kommerzielle Brauchbarkeit zu genießen. Es wird hingegen geglaubt, dass die beschriebenen Motorsteuerungs- und Motorbetriebs-Ansätze gut zur Verwendung in einer Vielzahl verschiedener Anwendungen geeignet sind.
• Die meisten konventionellen Hubkolbenmotoren variablen Hubraums sind eingerichtet, unbenutzte Zylinder durch ein Verschlossenhalten der Ventile über den gesamten Arbeitszyklus zu deaktivieren, als Versuch, die negativen Effekte eines Pumpens von Luft durch unbenutzte Zylinder zu minimieren. Viele der beschriebenen Ausführungsformen ziehen ein Deaktivieren oder Abschalten ausgelassener Zylinder in einer ähnlichen Weise in Erwägung. Obwohl diese Herangehensweise gut arbeitet, bewegt sich der Kolben immer noch innerhalb des Zylinders hin und her. Die Hin- und Herbewegung des Kolbens innerhalb des Zylinders bringt Reibungsverluste mit sich und in der Praxis wird typischerweise etwas des innerhalb des Zylinders komprimierten Gases jenseits des Kolbenringes entfliehen, wodurch ebenfalls einige Pumpverluste eingeführt werden. In Hubkolbenmotoren sind Reibungsverluste durch die Kolbenhin- und -herbewegung relativ hoch, weshalb signifikante weitere Verbesserungen in der Gesamttreibstoffeffizienz theoretisch durch Freigabe der Kolben während ausgelassener Arbeitszyklen erreicht werden können.
• Im Laufe der Jahre gab es verschiedene Motorbauarten, die einen Versuch zur Reduzierung von Reibungsverlusten in Motoren variablen Hubraums durch Freigabe des Kolbens von seiner Hin- und Herbewegung unternommen haben. Die Erfinder sind sich keiner solchen Bauart bewusst, die kommerziellen Erfolg erzielt hätte. Es wird jedoch vermutet, dass der eingeschränkte Markt für solche Motoren deren Entwicklung in Produktionsmotoren behindert hat. Da die mit Kolben-Freigabe verbundenen Effizienzgewinne, die potenziell für Motoren verfügbar sind, die die beschriebenen Zündauslass- und Hubraumverstellsteuerungsansätze mit aufnehmen, ziemlich beträchtlich sind, mag dies durchaus die Entwicklung von Kolben-Freigabemotoren kommerziell brauchbar machen.

Claims (40)

1. Motorsteuerung eingerichtet zum Steuern von Arbeitskammerzündungen in einem Verbrennungsmotor, mit: einer Arbeitskammerabgabeberechnungseinheit eingerichtet zum Bestimmen eines relativen Anteils der durch jede Arbeitskammerzündung relativ zu einer Bezugsabgabe gelieferten Abgabe; eine Zündungsbruchteilberechnungseinheit eingerichtet zum Empfangen eines Signals, das eine Soll-Abgabe anzeigt, und zum Ausgeben eines Signals, das einen Soll-Zündungsbruchteil anzeigt, wobei das Soll-Zündungsbruchteilsignal zumindest teilweise auf Ergebnissen der Arbeitskammerabgabeberechnungseinheit basiert; und eine Ansteuerpulserzeugungseinheit eingerichtet zum Empfangen des Signals, das den Soll-Zündungsbruchteil anzeigt, und zum Ausgeben eines Ansteuerpulssignals mit einer Folge von Ansteuerpulsen, die ein Zündauslass-Zündmuster definieren, das anzeigt wann Arbeitskammerzündungen zum Liefern des Soll-Zündungsbruchteils geeignet sind.
2. Motorsteuerung nach Anspruch 1, wobei die Bezugsabgabe bezeichnend ist für eines gewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem Wert, der als Funktion mindestens einer gegenwärtigen Betriebsbedingung des Verbrennungsmotors variiert; und einer feststehenden Abgabe.
3. Motorsteuerung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Bezugsabgabe bezeichnend für eine Abgabe ist, die durch eine optimierte Arbeitskammerzündung unter den gegenwärtigen Betriebsbedingungen bereitgestellt würde.
4. Motorsteuerung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei: die Ansteuerpulserzeugungseinheit bei der Bestimmung des Zündungsmusters Rückinformation der Zündungen verwendet; und die Rückinformation der Zündungen abgeleitet wird von entweder einer angeforderten Zündung, einem angewiesenen Zündungsereignis, einem berechneten Zündungsereignis, einem festgestellten Zündungsereignis oder einem geregelten Zündungsereignis.
5. Motorsteuerung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Ansteuerpulserzeugungseinheit bei der Bestimmung des Ansteuerpulssignals prädiktive Adaptivregelung verwendet.
6. Motorsteuerung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Zündungsbruchteilberechnungseinheit den Soll-Zündungsbruchteil mindestens einmal für jede Zündgelegenheit des Verbrennungsmotors aktualisiert.
7. Motorsteuerung nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner mit einer Motoreinstellungssteuereinheit, die zum Einstellen einer Drosselposition zumindest teilweise basierend auf der Soll-Abgabe eingerichtet ist.
8. Motorsteuerung nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner mit einer Motoreinstellungssteuereinheit, die zum Einstellen einer Drosselposition eingerichtet ist, wobei die verfügbaren Drosselpositionen Teildrosselpositionen beinhalten und wonach, wenn in der Drosselposition eine Änderung vorgenommen wird, die Arbeitskammerabgabeberechnungseinheit festellt, dass in dem durch jede Arbeitskammerzündung in Bezug auf eine Bezugsabgabe gelieferten relativen Abgabeanteil eine Änderung vorgenommen wurde, und die Zündungsbruchteilberechnungseinheit derart entsprechend angepasst wird, dass die Soll-Abgabe durch von der Ansteuerpulserzeugungseinheit angewiesene Zündungen geliefert wird.
9. Motorsteuerung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Motorsteuerung während des Betriebs im Zündauslassbetriebsmodus nicht auf einen beschränkten Satz an Drosselpositionen eingeschränkt ist.
10. Motorsteuerung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei die Motoreinstellungssteuereinheit während des Betriebs in einem Zündauslassbetriebsmodus zum Verwenden eines beschränkten Satzes an Drosselpositionen eingerichtet ist.
11. Verfahren zum Steuern des Betriebs eines eingebauten Verbrennungsmotors mit einer Vielzahl Arbeitskammern, wobei jede Arbeitskammer allgemein zum Betrieb in einer Abfolge von Arbeitszyklen eingerichtet ist, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen eines eine Soll-Abgabe bezeichnenden Signals; Bestimmen eines Effektiv-Arbeitskammerabgabebruchteils bezeichnend für einen relativen Anteil der durch jede Arbeitskammerzündung relativ zu einer Bezugsabgabe gelieferten Abgabe; Bestimmen eines Soll-Zündungsbruchteils geeignet zum Liefern der Soll-Abgabe, zumindest teilweise auf dem Effektiv-Arbeitskammerabgabebruchteil basierend arbeitend; und Zünden der Arbeitskammern in einem Zündauslasszündungsmuster, das dynamisch im Betrieb des Verbrennungsmotors bestimmt wird, und das die Zündung ausgewählter übergangener Arbeitszyklen auslässt und ausgewählte aktive Arbeitszyklen zündet, wobei das Zündungsmuster eingerichtet ist den Soll-Zündungsbruchteil zu liefern.
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Zündungsmuster zumindest teilweise unter Verwendung prädiktiver Adaptivregelung bestimmt wird, die Rückinformation beinhaltet, die bezeichnend für Arbeitszykluszündungen ist.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Rückinformation der Zündungen abgeleitet wird aus entweder einer angeforderten Zündung, einem angewiesenen Zündungsereignis, einem berechneten Zündungsereignis, einem festgestellten Zündungsereignis oder einem geregelten Zündungsereignis.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11–13, wobei der Schritt des Bestimmens des Soll-Zündungsbruchteils im Wesentlichen kontinuierlich wiederholt wird und die Zündungen zum Bereitstellen der Soll-Abgabe ausgewählt werden.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11–14, ferner umfassend: Einstellen einer Drosselposition basierend zumindest teilweise auf der Soll-Abgabe.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11–15, wobei die Bezugsabgabe bezeichnend ist für eines gewählt aus der Gruppe bestehend aus: einer Abgabemenge, die durch eine optimierte Arbeitskammerzündung unter den gegenwärtigen Betriebsbedingungen bereitgestellt würde; und einer festgesetzten Abgabe.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11–15, wobei die Bezugsabgabe als Funktion mindestens einer gegenwärtigen Betriebsbedingung variiert.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11–17, wobei das Soll-Abgabesignal basierend auf dem effektiven Arbeitskammerabgabebruchteil skaliert wird um dadurch ein Soll-Zündungsbruchteilsignal zu erzeugen, das zumindest teilweise auf dem skalierten Soll-Abgabesignal basiert.
19. Verfahren zum Steuern eines Betriebszustandes eines Verbrennungsmotors Variablen Hubraums mit einer Vielzahl Arbeitskammern, wobei der Verbrennungsmotor mit variablem Hubraum fähig ist zum Betrieb in einer Vielzahl unterschiedlicher Betriebszustände, von denen jeder der Verwendung einer unterschiedlichen Anzahl der Arbeitskammern entspricht, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen eines eine Soll-Abgabe bezeichnenden Signals; Bestimmen eines Soll-Betriebszustandes geeignet zum Liefern der Soll-Abgabe, basierend zumindest teilweise auf Rückkopplungssteuerung, die Rückinformation zu Arbeitskammerzündungen beinhaltet; und Betreiben des Verbrennungsmotors in dem gewünschten Betriebszustand, um die Soll-Abgabe zu liefern.
20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei der Schritt des Bestimmens im Wesentlichen kontinuierlich wiederholt wird, so dass die Motorleistung im Wesentlichen der Soll-Abgabe folgt.
21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, wobei der Soll-Betriebszustand zumindest teilweise unter Verwendung prädiktiver Adaptivregelung bestimmt wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19–21, wobei der Soll-Betriebszustand zumindest teilweise unter Verwendung einer Sigma-Delta-Steuerung bestimmt wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 19–21, wobei der gewünschte Betriebszustand zumindest teilweise unter Verwendung einer aus der folgenden Gruppe gewählten Steuereinheit bestimmt wird, wobei die Gruppe besteht aus: einer Pulsweiten-Modulations-(PWM)Steuerungseinheit; einer Kleinste-Mittlere-Quadrate-(Least Means Square: LMS)Steuerungseinheit; und einer Rekursiven Kleinste-Quadrate-(Recursive Least Square: RLS)Steuerungseinheit.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 19–23, ferner umfassend: Einstellen einer Drosselposition basierend zumindest teilweise auf der Soll-Abgabe.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 19–24, ferner umfassend: Bestimmen eines Effektiv-Arbeitskammerabgabebruchteils bezeichnend für einen relativen Anteil der durch jede Arbeitskammerzündung relativ zu einer Bezugsabgabe gelieferten Abgabe.
26. Verfahren nach Anspruch 25, wobei das Soll-Abgabesignal basierend auf dem derzeitigen Arbeitskammerabgabebruchteil skaliert wird und die Bestimmung des Soll-Zustandes zumindest teilweise auf dem skalierten Soll-Abgabesignal basiert.
27. Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, wobei die Bezugsabgabe bezeichnend ist für eines gewählt aus der Gruppe bestehend aus: einer Abgabemenge, die durch eine optimierte Arbeitskammerzündung unter den gegenwärtigen Betriebsbedingungen bereitgestellt würde; und einer festgesetzten Abgabe.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 19–27, wobei die Rückinformation der Zündungen von einem der folgenden abgeleitet wird: einer angefragten Zündung, einer angewiesenen Zündung, einer berechneten Zündung, einem ermittelten Zündungsereignis, einer geregelten Zündung.
29. Motorzustandssteuerung zum Steuern eines Betriebszustands eines Verbrennungsmotors variablen Hubraums mit einer Vielzahl Arbeitskammern, wobei der Verbrennungsmotor variablen Hubraums fähig ist zum Betrieb in einer Vielzahl unterschiedlicher Betriebszustände, die jeweils der Verwendung einer unterschiedlichen Anzahl der Arbeitskammern entsprechen, wobei die Motorzustandssteuerung eine Motorzustandserzeugungseinheit beinhaltet, die eingerichtet ist zum Empfangen eines Signals bezeichnend für die Soll-Motorleistung und zum Ausgeben eines Motorzustandssignals, das einen Soll-Betriebszustand des Verbrennungsmotors bezeichnet, der einer ausgewiesenen Anzahl betriebsbereiter, von dem Verbrennungsmotor zu verwendender Arbeitskammern entspricht, wobei die Motorzustandssteuerung bei der Bestimmung des Zustandssignals Rückkopplung verwendet, die indikativ für Arbeitskammerzündungen ist, und wobei der Verbrennungsmotor gesteuert wird unter Verwendung der durch das Motorzustandssignal bezeichneten Anzahl Arbeitskammern zu arbeiten.
30. Motorzustandssteuerung nach Anspruch 29, ferner umfassend: eine Zündungsbruchteilberechnungseinheit eingerichtet zum Empfangen eines Signals bezeichnend für eine Soll-Abgabe und zum Ausgeben eines Signals bezeichnend für einen Soll-Zündungsbruchteil; eine Motoreinstellungssteuereinheit eingerichtet zum Einstellen einer Drosselposition basierend zumindest teilweise auf der Soll-Abgabe; und wobei das Soll-Zündungsbruchteilsignal als das Eingangssignal für die Motorzustandserzeugungseinheit verwendet wird.
31. Motorzustandssteuerung nach Anspruch 29 oder 30, ferner mit einer Arbeitskammerabgabeberechnungseinheit, eingerichtet zum Bestimmen eines relativen Anteils der durch jede Arbeitskammerzündung relativ zu einer Bezugsabgabe unter gegenwärtigen Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors gelieferten Abgabe.
32. Motorzustandssteuerung nach einem der Ansprüche 29–31, wobei die Rückkopplung der Zündungen von einem der folgenden abgeleitet wird: einer angeforderten Zündung, einer angewiesenen Zündung, einer berechneten Zündung, einem ermittelten Zündungsereignis oder einer geregelten Zündung.
33. Motorzustandssteuerung zum Steuern eines Betriebszustandes eines Verbrennungsmotors variablen Hubraums mit einer Vielzahl Arbeitskammern, wobei der Verbrennungsmotor variablen Hubraums fähig ist zum Betrieb in einer Vielzahl unterschiedlicher Betriebszustände, die jeweils der Verwendung einer unterschiedlichen Anzahl der Arbeitskammern entsprechen, wobei die Motorzustandssteuerung umfasst: eine Arbeitskammerabgabeberechnungseinheit eingerichtet zum Bestimmen eines relativen Anteils der durch jede Arbeitskammerzündung relativ zu einer Bezugsabgabe unter gegenwärtigen Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors gelieferten Abgabe; eine Zündungsbruchteilberechnungseinheit eingerichtet zum Empfangen eines Signals bezeichnend für eine Soll-Abgabe und zum Ausgeben eines Signals bezeichnend für einen Soll-Zündungsbruchteil, wobei das Soll-Zündungsbruchteilsignal zumindest teilweise auf den Ergebnissen der Arbeitskammerabgabeberechnungseinheit basiert; und eine Motorzustandserzeugungseinheit eingerichtet zum Empfangen des Signals, das bezeichnend für den Soll-Zündungsbruchteil ist, und zum Ausgeben eines Motorzustandssignals, das einen Soll-Betriebszustand des Verbrennungsmotors bezeichnet, der einer ausgewiesenen Anzahl betriebsfähiger, von dem Verbrennungsmotor zu verwendender Arbeitskammern entspricht, wobei der Verbrennungsmotor gesteuert wird, unter Verwendung der durch das Motorzustandssignal bezeichneten Anzahl Arbeitskammern zu arbeiten.
34. Motorzustandssteuerung nach Anspruch 31 oder 33, wobei die Bezugsabgabe bezeichnend ist für eines gewählt aus der Gruppe bestehend aus: einer Abgabemenge, die durch eine optimierte Arbeitskammerzündung unter den gegenwärtigen Betriebsbedingungen bereitgestellt würde; und einer festgesetzten Abgabe.
35. Motorzustandssteuerung nach einem der Ansprüche 29–34, wobei die Motorzustandserzeugungseinheit bei der Bestimmung des Motorzustandssignals prädiktive Adaptivregelung verwendet.
36. Motorzustandssteuerung nach einem der Ansprüche 30–35, wobei die Zündungsbruchteilberechnungseinheit den Soll-Zündungsbruchteil zumindest einmal für jede Zündgelegenheit des Verbrennungsmotors aktualisiert.
37. Motorzustandssteuerung nach einem der Ansprüche 33–36, ferner mit einer Motoreinstellungssteuereinheit, eingerichtet zum Einstellen einer Drosselposition basierend zumindest teilweise auf der Soll-Abgabe.
38. Motorzustandssteuerung nach einem der Ansprüche 29–37, wobei die Motorzustandserzeugungseinheit eine Sigma-Delta-Steuerungseinheit beinhaltet.
39. Motorzustandssteuerung nach einem der Ansprüche 29–37, wobei der Soll-Betriebszustand zumindest teilweise unter Verwendung einer Steuereinheit bestimmt wird, die ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus: einer Pulsweiten-Modulations-(PWM)Steuerungseinheit; einer Kleinste-Mittlere-Quadrate-(Least Means Square: LMS)Steuerungseinheit; und einer Rekursiven Kleinste-Quadrate-(Recursive Least Square: RLS)Steuerungseinheit.
40. Verfahren nach Anspruch 11, wobei ein beschränkter Satz von Teildrosseleinstellungen verfügbar ist, wonach wenn in der Drosselposition eine Änderung vorgenommen wird, die Arbeitskammerabgabeberechnung festellt, dass in dem durch jede Arbeitskammerzündung in Bezug auf eine Bezugsabgabe gelieferten relativen Abgabeanteil eine Änderung vorgenommen wurde, und der Zündungsbruchteil derart entsprechend angepasst wird, dass die Soll-Abgabe durch die angewiesenen Zündungen geliefert wird.

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