DE112012004327T5

DE112012004327T5 - Verwaltung von Zündungsbruchteilen bei der Zündungsauslassungs-Motorsteuerung

Info

Publication number: DE112012004327T5
Application number: DE112012004327.8T
Authority: DE
Inventors: Mohammad R. Pirjaberi; Adya S. Tripathi; Louis J. Serrano
Original assignee: Tula Technology Inc
Current assignee: Tula Technology Inc
Priority date: 2011-10-17
Filing date: 2012-10-17
Publication date: 2014-08-28
Anticipated expiration: 2032-10-18
Also published as: CN103890351B; KR101849438B1; US10508604B2; US9964051B2; KR20170123710A; CN103890351A; CN107131067A; US20170067401A1; CN107120203B; KR101957627B1; JP2014532145A; US20130092127A1; US11280276B2; JP6484210B2; JP6041363B2; BR112014008608B1; US9086020B2; DE112012004327B4; US9528446B2; US20180216541A1

Abstract

In verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen wird Zündungsauslassungssteuerung verwendet, um eine gewünschte Motorleistung zu liefern. Eine Steuereinrichtung bestimmt einen Zündungsauslassungs-Zündungsbruchteil und (gegebenenfalls) zugeordnete Motoreinstellungen, die zum Liefern einer angeforderten Leistung geeignet sind. In einem Aspekt wird der Zündungsbruchteil aus einer Menge verfügbarer Zündungsbruchteile ausgewählt, wobei die Menge verfügbarer Zündungsbruchteile als Funktion der Motordrehzahl variiert, so dass bei höheren Motordrehzahlen mehr Zündungsbruchteile verfügbar sind als bei niedrigeren Motordrehzahlen. Sodann dirigiert die Steuereinrichtung die Zündungen auf eine Zündungsauslassungs-Weise, die den ausgewählten Bruchteil der Zündungen liefert. In anderen Ausführungsformen ist die Zündungsauslassungs-Steuereinrichtung dazu angeordnet, einen Basis-Zündungsbruchteil zu wählen, der eine sich wiederholende Zündzykluslänge hat, die sich bei der gegenwärtigen Motordrehzahl mindestens eine vorgesehene Anzahl von Malen pro Sekunde wiederholt. Eine solche Anordnung kann dazu beitragen, das Auftreten unerwünschter Vibrationen zu reduzieren.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen Anmeldungen Nr. 61/548,187, eingereicht am 17. Oktober 2011, und 61/640,646, eingereicht am 30. April 2012, die beide durch Bezugnahme hierin aufgenommen sind.
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Zündungsauslassungssteuerung von Verbrennungsmotoren. Insbesondere wird eine Verwaltung von Zündungsbruchteilen verwendet, um zur Verminderung von NVH-Problemen bei der Zündungsauslassungs-Motorsteuerung beizutragen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die meisten heute verwendeten Fahrzeuge (und viele andere Vorrichtungen) werden mit Verbrennungsmotoren (IC-Motoren) betrieben. Verbrennungsmotoren haben typischerweise eine Vielzahl von Zylindern oder anderen Arbeitskammern, in denen die Verbrennung stattfindet. Unter normalen Fahrtbedingungen muss das durch einen Verbrennungsmotor erzeugte Drehmoment über einen breiten Bereich variieren, um den Betriebsanforderungen des Fahrers zu genügen. Zur Steuerung des Drehmoments von Verbrennungsmotoren wurde im Laufe der Jahre eine Reihe von Verfahren vorgeschlagen und genutzt. Bei einigen solchen Ansätzen wird erwogen, den effektiven Hubraum des Motors zu variieren. Motorsteuerungsansätze, bei denen der effektive Hubraum eines Motors durch gelegentliches Auslassen der Zündung bestimmter Zylinder variiert wird, werden häufig als ”Zündungsauslassungs”-Motorsteuerung bezeichnet. Nach allgemeiner Auffassung bietet die Zündungsauslassungssteuerung eine Reihe potenzieller Vorteile, darunter in vielen Anwendungen die Möglichkeit einer deutlich verbesserten Kraftstoffwirtschaftlichkeit. Das Konzept der Zündungsauslassungs-Motorsteuerung existiert zwar schon seit vielen Jahren, und seine Vorzüge sind bekannt, jedoch hat die Zündungsauslassungssteuerung noch keinen signifikanten gewerblichen Erfolg erzielt.
Es ist hinreichend bekannt, dass Motoren im Betrieb zur Verursachung von signifikantem Geräusch und Vibrationen neigen, die man auf diesem Gebiet häufig zusammenfassend als NVH (Geräusch, Vibration und Rauheit) bezeichnet. Allgemein ist es ein Stereotyp im Zusammenhang mit der Zündungsauslassungs-Motorsteuerung, dass der Zündungsauslassungs-Betrieb eines Motors einen wesentlich raueren Motorlauf verursacht als herkömmlicher Betrieb. In vielen Anwendungen wie etwa automobiltechnischen Anwendungen ist eine der signifikantesten Herausforderungen, die sich durch die Zündungsauslassungs-Motorsteuerung stellen, die Steuerung von Vibrationen. Tatsächlich gilt die Unmöglichkeit einer zufriedenstellenden Lösung von NVH-Problemen als eines der primären Hindernisse, die eine verbreitete Anwendung einer Motorsteuerung vom Zündungsauslassungs-Typ bislang verhindern.
Die US-Patente 7,954,474 ; 7,886,715 ; 7,849,835 ; 7,577,511 ; 8,099,224 ; 8,131,445 und 8,131,447 desselben Anmelders und die Anmeldungen Nr. 13/004,839 und 13/004,844 desselben Anmelders sowie andere beschreiben eine Vielzahl von Motorsteuereinrichtungen, die einen Betrieb sehr vielfältiger Verbrennungsmotoren in einem Zündungsauslassungs-Betriebsmodus praktikabel werden lassen. Diese Patente und Patentanmeldungen sind jeweils durch Bezugnahme hierin aufgenommen. Die beschriebenen Steuereinrichtungen funktionieren zwar gut, jedoch gibt es weiterhin Anstrengungen, NVH-Probleme in Motoren, die unter Zündungsauslassungssteuerung funktionieren, weiter zu vermindern. Die vorliegende Anmeldung beschreibt zusätzliche Merkmale und Verbesserungen einer Zündungsauslassungssteuerung, welche die Leistungsfähigkeitvon Motoren in einer Vielzahl von Anwendungen verbessern können.
ZUSAMMENFASSUNG
In verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen wird eine Zündungsauslassungssteuerung zum Liefern einer gewünschten Motorleistung verwendet. Eine Steuereinrichtung bestimmt einen Zündungsauslassungs-Zündungsbruchteil und (gegebenenfalls) zugeordnete Motoreinstellungen, die zum Liefern einer angeforderten Leistung geeignet sind.
In einem Aspekt ist der Zündungsbruchteil aus einer Menge verfügbarer Zündungsbruchteile ausgewählt, wobei die Menge verfügbarer Zündungsbruchteile als Funktion der Motordrehzahl variiert, so dass bei höheren Motordrehzahlen mehr Zündungsbruchteile verfügbar sind als bei niedrigeren Motordrehzahlen. Sodann dirigiert die Steuereinrichtung die Zündungen auf eine Zündungsauslassungs-Weise, die den ausgewählten Bruchteil der Zündungen liefert.
In einem anderen Aspekt wird anfänglich ein angeforderter Zündungsbruchteil bestimmt, der zum Liefern der gewünschten Motorleistung unter ausgewählten Motorbetriebsbedingungen (die optimierte Betriebsbedingungen oder andere sein können) geeignet ist. Gegebenenfalls wird danach ein angepasster Zündungsbruchteil bestimmt, der ein besonders bevorzugter Betriebs-Zündungsbruchteil ist. Allgemein liegt der angepasste Zündungsbruchteil (Betriebs-/angewiesener Zündungsbruchteil) in der Nähe des angeforderten Zündungsbruchteils, ist jedoch von diesem verschieden. Die tatsächlichen Zündungen werden dann auf eine Zündungsauslassungs-Weise dirigiert, die im Wesentlichen den angewiesenen angepassten Zündungsbruchteil liefert. Mindestens ein Zündungssteuerungsparameter wird in geeigneter Weise so angepasst, dass der Motor die gewünschte Leistung bei dem angepassten Zündungsbruchteil ausgibt.
Die Verwendung eines solchen angepassten Zündungsbruchteils ist besonders sinnvoll, wenn der angeforderte Zündungsbruchteil die Erzeugung einer Zündsequenz bewirken würde, die unerwünschte Frequenzkomponenten aufweist und/oder für die Induzierung unerwünschter Vibrationen oder unerwünschter Akustik anfällig ist. In solchen Fällen kann ein wünschenswerterer Betriebs-Zündungsbruchteil verwendet werden, und andere Motorsteuerparameter (wie etwa Einlasskrümmerdruck, Ventilzeitsteuerung, Zündzeitsteuerung usw.) können verwendet werden, um die Lieferung der gewünschten Motorleistung sicherzustellen. In einigen Ausführungsformen ist eine Angepasster-Zündungsbruchteil-Bestimmungseinheit dazu angeordnet, einen Betriebs-Zündungsbruchteil zu bestimmen, der die Vibrationen innerhalb eines definierten Frequenzbereiches relativ zum angeforderten Zündungsbruchteil reduziert.
In wiederum einem weiteren Aspekt kann Filterung verwendet werden, um Änderungen des angewiesenen Zündungsbruchteils über mehrere Zündgelegenheiten zu verteilen.
Dies ist besonders sinnvoll bei Zündungsauslassungs-Steuereinrichtungen, die den Anteil einer Zündung verfolgen, der angefordert, aber durch die Zündungssteuereinrichtung noch nicht dirigiert wurde, und diese Informationen zu verwenden, um zur Verwaltung von Übergängen zwischen unterschiedlichen angewiesenen Zündungsbruchteilen beizutragen.
In einem weiteren Aspekt ist die Steuereinrichtung in einigen Ausführungsformen ferner dazu angeordnet, einen oder mehrere ausgewählte Motorparameter, (z. B. Krümmerdruck, Ventilzeitsteuerung, Zündzeitsteuerung, Drosselklappenstellung usw.) als Teil der Zündungsauslassungssteuerung anzupassen. Häufig ist die Antwort solcher Anpassungen langsamer, als Änderungen des angewiesenen Zündungsbruchteils vorgenommen werden können. In solchen Anwendungen kann die Filterung dazu angeordnet sein, zu bewirken, dass die Antwort auf Änderungen des angewiesenen Zündungsbruchteils der Antwort auf Änderungen des bzw. der veränderten Motorparameter entspricht.
In verschiedenen Ausführungsformen kann ein Antriebsstrangparameter-Anpassungsblock angeordnet sein, um die Anpassung eines oder mehrerer ausgewählter Antriebsstrangparameter auf eine Weise zu bewirken, die bewirkt, dass der Motor die gewünschte Leistung bei dem gegenwärtig angewiesenen Zündungsbruchteil erzeugt. In einem weiteren Aspekt ist ein Filter mit einer Antwort vorgesehen, die im Wesentlichen der Antwort des bzw. der angepassten Antriebsstrang-Steuerparameter entspricht. Das Filter ist dazu angeordnet, zu bewirken, dass Änderungen des angewiesenen Zündungsbruchteils Änderungen des angepassten Antriebsstrang-Steuerparameters entsprechen.
In einem weiteren Aspekt ist die Zündungsauslassungs-Steuereinrichtung dazu angeordnet, einen Basis-Zündungsbruchteil auszuwählen, der eine sich wiederholende Zündzykluslänge hat, die sich bei der gegenwärtigen Motordrehzahl mindestens eine vorgesehene Anzahl von Malen pro Sekunde wiederholt. Eine solche Anordnung kann zu einer Reduzierung des Auftretens von unerwünschten Vibrationen nützlich sein.
Die einem der vorgenannten Aspekte entsprechenden Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtungen sind bevorzugt dazu angeordnet, den Anteil einer Zündung zu verfolgen, der angewiesen, aber noch nicht dirigiert wurde, um dadurch zur Verwaltung von Übergängen zwischen unterschiedlichen angewiesenen Zündungsbruchteilen beizutragen. Außerdem sind die Steuereinrichtungen bevorzugt dazu angeordnet, die Zündungen zu verteilen, während der angewiesene Zündungsbruchteil geliefert wird, und durch Änderungen des angewiesenen Zündungsbruchteils. In einigen Implementierungen wird eine solche Funktionalität durch Verwendung eines Sigma-Delta-Wandlers erster Ordnung oder von dessen Funktionsäquivalent bereitgestellt.
In einigen Ausführungsformen kann bei der Bestimmung des Zündungsbruchteils Hysterese angewendet werden, um zu einer Reduzierung der Wahrscheinlichkeit schneller Hin-und-Her-Fluktuationen zwischen ausgewählten Zündungsbruchteilen beizutragen. Die Hysterese ist auf das angeforderte Drehmoment, die Motordrehzahl und/oder andere geeignete Eingaben anwendbar.
In einigen Ausführungsformen können gelegentlich zusätzliche Zündungen instruiert werden, um zu ermöglichen, ein zyklisches Muster zu durchbrechen, das einem angewiesenen Zündungsbruchteil zugeordnet ist. Zusätzlich oder alternativ kann zu dem angewiesenen Zündungsbruchteil Dither hinzugefügt werden, um zu ermöglichen, ein zyklisches Muster zu durchbrechen, das einem sich wiederholenden Zündzyklus zugeordnet ist.
In einigen Ausführungsformen kann zum Bestimmen des Betriebs-Zündungsbruchteils eine mehrdimensionale Verweistabelle verwendet werden. In ausgewählten Implementierungen ist ein erster Index zu der Verweistabelle ein solcher aus angeforderter Leistung und angefordertem Zündungsbruchteil, und ein zweiter Index für die Verweistabelle ist die Motordrehzahl. In verschiedenen Ausführungsformen ist ein zusätzlicher oder alternativer Index für die Verweistabelle der Getriebegang.
Die verschiedenen oben beschriebenen Aspekte und Merkmale sind separat oder in jeder Kombination implementierbar.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung und die Vorteile derselben sind am besten unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verständlich. Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm, das eine Motorzündungssteuereinheit auf Zündungsauslassungs-Basis gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
2 ein Blockdiagramm, das einen Zyklisches-Muster-Generators illustriert, der zur Verwendung als Angepasster-Zündungsbruchteil-Berechnungseinrichtung geeignet ist.
3 einen exemplarischen Graphen, der den gelieferten Zündungsbruchteil mit dem angeforderten Zündungsbruchteil bei einer ausgewählten Motordrehzahl unter Verwendung eines Zyklisches-Muster-Generators gemäß 2 vergleicht.
4 ein Blockdiagramm, das eine weitere, alternative Motorzündungssteuereinheit auf Zündungsauslassungs-Basis zeigt, die ausgewählte Übergangsverwaltungs- und Musterdurchbrechungsmerkmale enthält.
5 einen Graphen, der die Vibration (gemessen in Längsbeschleunigung) illustriert, die während des Betriebs eines Motors über einen kleinen Bereich von Zündungsbruchteilen beobachtet wurde.
6 einen Graphen, der den gelieferten Zündungsbruchteil mit der angeforderten Zündung gemäß einer weiteren Ausführungsform einer Zündungssteuereinheit vergleicht.
7 ein vergrößertes Segment, bei dem der gelieferte Zündungsbruchteil mit dem angeforderten Zündungsbruchteil in einer besonderen Implementierung verglichen wird.
8 einen Graphen der Anzahl potenziell verfügbarer Zündungsbruchteile als Funktion der maximal möglichen zyklischen Zündgelegenheiten.
9 einen Graphen der Anzahl potenziell verfügbarer Zündungsbruchteile als Funktion der Motordrehzahl.
In den Zeichnungen werden teilweise gleiche Bezugszeichen zum Bezeichnen gleicher Strukturelemente verwendet. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass die Darstellungen in den Figuren diagrammartig und nicht maßstabsgerecht sind.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nach allgemeiner Auffassung sind Zündungsauslassungs-Steuereinrichtungen anfällig für die Erzeugung von unerwünschten Vibrationen. Wenn eine kleine Menge fester Zündungsauslassungs-Zündmuster verwendet wird, können die verfügbaren Zündmuster dazu gewählt sein, Vibrationen während einer Verwendung im gleichbleibenden Zustand zu minimieren. So sind viele Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtungen dazu angeordnet, die Verwendung nur einer sehr kleinen Menge vordefinierter Zündmuster zu erlauben. Solche Gestaltungen können zwar funktionsfähig gestaltet sein, tendenziell begrenzt jedoch die Beschränkung der verfügbaren Zündungsauslassungs-Zündmuster auf eine sehr kleine Menge vordefinierter Sequenzen die Zugewinne an Kraftstoffeffizienz, die durch Verwendung von Zündungsauslassungssteuerung möglich werden. Außerdem neigen solche Gestaltungen während der Übergänge zwischen Zündungsbruchteilen zu rauem Motorlauf. Der Inhaber der vorliegenden Anmeldung hat in letzter Zeit vielfältige Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtungen vorgeschlagen, die den Betrieb eines Motors in einem Modus mit kontinuierlich variablem Hubraum ermöglichen, in welchem die Zündungen entsprechend dem Bedarf des Fahrers dynamisch bestimmt werden. Solche Zündungssteuereinrichtungen (von denen einige in den hier aufgenommenen Patenten und Patentanmeldungen beschrieben werden) sind nicht auf die Verwendung einer relativ kleinen Menge fester Zündmuster beschränkt. Vielmehr kann in einigen der beschriebenen Implementierungen der effektive Hubraum des Motors jederzeit geändert werden, um dem Bedarf des Fahrers zu folgen, indem der gelieferte Zündungsauslassungs-Zündungsbruchteil auf eine Weise verändert wird, die dem Bedarf des Fahrers entspricht. Solche Steuereinrichtungen funktionieren zwar gut, jedoch gibt es fortgesetzte Bemühungen, die Geräusch-, Vibrations- und Rauheits-(NVH-)-Eigenschaften der Gestaltung von Zündungsauslassungs-Steuereinrichtungen noch weiter zu verbessern.
Mit den hier beschriebenen Zündungsauslassungs-Zündungssteuerungsansätzen wird versucht, die Flexibilität einer dynamischen Bestimmung der Zündsequenz zu erzielen und dabei die Wahrscheinlichkeit zu reduzieren, dass während des Betriebs des gesteuerten Motors unerwünschte Zündsequenzen erzeugt werden. In einigen der beschriebenen Ausführungsformen wird dies teilweise durch Vermeidung oder Minimierung der Verwendung von Zündungsbruchteilen erreicht, die unerwünschte NVH-Eigenschaften haben. In einem besonderen Beispiel wurde beobachtet, dass niederfrequente Vibrationen (z. B. im Bereich von 0,2 bis 8 Hz) für die Fahrzeuginsassen besonders unangenehm sind, und entsprechend wird in einigen Ausführungsformen versucht, die Verwendung von Zündsequenzen zu minimieren, die am wahrscheinlichsten Vibrationen in diesem Frequenzbereich erzeugen. Gleichzeitig ist der Motor bevorzugt dazu gesteuert, durchgängig die gewünschte Leistung zu liefern und Übergänge glatt zu bewerkstelligen. In einigen anderen Ausführungsformen sind Mechanismen bereitgestellt, welche die Verwendung von Zündungsbruchteilen mit besseren NVH-Eigenschaften fördern.
Die Art des Problems kann man sich vielleicht am besten in dem Zusammenhang einer Zündungsauslassungs-Steuereinrichtung vorstellen, die das in die Zündungssteuereinrichtung eingegebene Signal als Anforderung eines vorgesehenen Zündungsbruchteils behandelt und einen Sigma-Delta-Wandler erster Ordnung nutzt, um die Zeitsteuerung spezifischer Zündungen zu bestimmen. Bei Verwendung eines Sigma-Delta-Wandlers erster Ordnung wird durch die Zündungssteuereinrichtung für jedes gegebene digital implementierte Eingangssignalniveau (z. B. für jeden spezifischen angeforderten Zündungsbruchteil) konzeptionell ein im Wesentlichen festes, sich wiederholendes Zündmuster erzeugt (teilweise aufgrund der Quantisierung des Eingangssignals). In einer solchen Ausführungsform würde eine gleichbleibende Eingabe effektiv die Erzeugung eines festgelegten Zündmusters bewirken (wenn auch die Phase der Zündsequenz in gewissem Grad auf Basis des Anfangswertes im Akkumulator ausgeglichen werden kann). Wie dem Fachmann bekannt ist, funktioniert ein Motor bei Erzeugung einiger Zündmuster relativ glatt, während andere Zündmuster mit größerer Wahrscheinlichkeit unerwünschte Vibrationen erzeugen. Wir haben beobachtet, dass Zündsequenzen mit Frequenzkomponenten im allgemeinen Bereich von 0,2 bis 8 Hz tendenziell die unerwünschtesten Vibrationen erzeugen und dass die Fahrzeuginsassen eine merklich glattere Fahrt wahrnehmen, wenn die Zündungsauslassungs-Zündungssteuereinheit darauf beschränkt ist, nur Zündsequenzen/-muster zu erzeugen, welche die Grundfrequenzkomponenten in diesem Bereich minimieren.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 1 eine Motorsteuereinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Motorsteuereinrichtung weist eine Zündungssteuereinheit 120 (Zündungsauslassungs-Steuereinrichtung) auf, die dazu angeordnet ist, zu versuchen, die Erzeugung von Zündsequenzen mit Grundfrequenzkomponenten in einem vorgesehenen Frequenzbereich zu eliminieren (oder zumindest wesentlich zu reduzieren). Zu Illustrationszwecken wird als relevanter Frequenzbereich der Frequenzbereich von 0,2 bis 8 Hz behandelt. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen Konzepte allgemeiner zum Eliminieren/Minimieren von Frequenzkomponenten in jedem relevanten Frequenzbereich verwendet werden können, so dass der Konstrukteur einer Zündungssteuereinrichtung eine Steuereinrichtung leicht anpassen kann, um jeglichen Frequenzbereich (oder jegliche Frequenzbereiche) zu unterdrücken, der für den Konstrukteur relevant ist.
Die Zündungsauslassungs-Steuereinheit 120 empfängt ein Eingangssignal 110, das eine gewünschte Motorleistung anzeigt, und ist dazu angeordnet, eine Sequenz von Zündungsanweisungen (Treiberimpulssignal 113) zu erzeugen, die zusammenwirken, um durch Zündungsauslassungs-Motorsteuerung zu bewirken, dass der Motor 150 die gewünschte Leistung bereitstellt. Die Zündungssteuereinheit 120 weist eine Angeforderter-Zündungsbruchteil-Berechnungseinrichtung 122, eine Angepasster-Zündungsbruchteil-Berechnungseinrichtung 124, ein Antriebsstrangparameter-Anpassungsmodul 133 und einen Treiberimpulsgenerator 130 auf.
In 1 ist dargestellt, dass das Eingangssignal 110 durch eine Drehmoment-Berechnungseinrichtung 80 bereitgestellt wird, jedoch sei darauf hingewiesen, dass das Eingangssignal auch aus jeder anderen geeigneten Quelle stammen kann. Die Drehmoment-Berechnungseinrichtung 80 ist dazu angeordnet, das gewünschte Motordrehmoment zu jeder gegebenen Zeit auf Basis einer Reihe von Eingaben zu bestimmen. Die Drehmoment-Berechnungseinrichtung gibt an die Zündungsbruchteil-Berechnungseinrichtung 90 ein gewünschtes oder angefordertes Drehmoment aus 110. In verschiedenen Ausführungsformen kann das gewünschte Drehmoment auf einer Reihe von Eingaben basieren, die das gewünschte Motordrehmoment zu jeder gegebenen Zeit beeinflussen oder diktieren. In KFZ-technischen Anwendungen ist eine der primären Eingaben in die Drehmoment-Berechnungseinrichtung typischerweise das Gaspedalposition-(APP-)-Signal 83, das die Position des Gaspedals anzeigt. Weitere primäre Eingaben können aus anderen Funktionsblöcken kommen, etwa einem Geschwindigkeitsregler (CCS-Anweisung 84), der Getriebe-Steuereinrichtung (AT-Anweisung 85), einer Traktionssteuereinheit (TCU-Anweisung 86) usw. Außerdem gibt es eine Reihe von Faktoren wie etwa die Motordrehzahl, die sich auf die Berechnung des Drehmoments auswirken können. Werden bei den Drehmomentberechnungen solche Faktoren genutzt, so werden die entsprechenden Eingaben wie etwa die Motordrehzahl (UpM-Signal 87) ebenfalls bereitgestellt oder sind gegebenenfalls durch die Drehmoment-Berechnungseinrichtung abrufbar. Es sei darauf hingewiesen, dass unter vielen Bedingungen die Funktionalität der Drehmoment-Berechnungseinrichtung 80 durch die elektronische Steuereinheit (ECU) bereitgestellt wird. In anderen Ausführungsformen kann das Signal 110 aus jeder von vielfältigen anderen Quellen empfangen oder abgeleitet werden, einschließlich eines Gaspedalpositionssensors, eines Geschwindigkeitsreglers usw.
Die Angeforderter-Zündungsbruchteil-Berechnungseinrichtung 122 ist zum Bestimmen eines Zündungsauslassungs-Zündungsbruchteils angeordnet, der zum Liefern der gewünschten Leistung unter ausgewählten Motorbetriebsbedingungen geeignet wäre (z. B. unter Verwendung von Betriebsparametern, die hinsichtlich der Kraftstoffeffizienz optimiert sind, wobei dies allerdings keine Voraussetzung ist). Der Zündungsbruchteil zeigt den Prozentsatz von Zündungen unter den ausgewählten Betriebsbedingungen an, der zum Liefern der gewünschten Leistung erforderlich wäre. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Zündungsbruchteil auf Basis des Prozentsatzes von optimierten Zündungen bestimmt, der erforderlich wäre, um das vom Fahrer angeforderte Motordrehmoment bereitzustellen, verglichen mit dem Drehmoment, das erzeugt würde, wenn alle Zylinder bei einem optimalen Betriebspunkt zündeten. Jedoch können in anderen Fällen bei der Bestimmung des geeigneten Zündungsbruchteils Referenzzündungen anderer Niveaus verwendet werden.
Die Angeforderter-Zündungsbruchteil-Berechnungseinrichtung 122 kann sehr vielfältige unterschiedliche Formen annehmen. Als Beispiel könnte sie in einigen Ausführungsformen einfach das Eingangssignal 110 in geeigneter Weise skalieren. Jedoch wird es in vielen Anwendungen wünschenswert sein, das Eingangssignal 110 als angefordertes Drehmoment oder auf andere Weise zu behandeln. Es sei darauf hingewiesen, dass der Zündungsbruchteil nicht allgemein linear zu dem angeforderten Drehmoment in Beziehung steht, sondern von vielfältigen Variablen abhängen kann, etwa der Motordrehzahl, dem Getriebegang und anderen Motor-/Antriebsstrang-/Fahrzeugparametern. In verschiedenen Ausführungsformen kann daher die Angeforderter-Zündungsbruchteil-Berechnungseinrichtung 122 bei der Bestimmung des gewünschten Zündungsbruchteils gegenwärtige Fahrzeugbetriebsbedingungen (z. B. Motordrehzahl, Krümmerdruck, Gang usw.), Umweltbedingungen und/oder andere Faktoren berücksichtigen. Ungeachtet dessen, wie der geeignete Zündungsbruchteil bestimmt wird, gibt die Angeforderter-Zündungsbruchteil-Berechnungseinrichtung 122 ein Angeforderter-Zündungsbruchteil-Signal 123 aus, das einen Zündungsbruchteil anzeigt, der zum Bereitstellen der gewünschten Leistung unter den Referenz-Betriebsbedingungen geeignet wäre. Das Angeforderter-Zündungsbruchteil-Signal 123 wird an die Angepasster-Zündungsbruchteil-Berechnungseinrichtung 124 weitergeleitet.
Wie oben erläutert, besteht eine Eigenschaft einiger Arten von Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtungen darin, dass sie manchmal möglicherweise die Verwendung von Zündsequenzen dirigieren, die unerwünschte Motor- und/oder Fahrzeugvibrationen einführen können. Die Angepasster-Zündungsbruchteil-Berechnungseinrichtung 124 ist allgemein dazu angeordnet, entweder (a) einen Zündungsbruchteil in der Nähe des angeforderten Zündungsbruchteils auszuwählen, von dem bekannt ist, dass er wünschenswerte NVH-Eigenschaften hat; oder (b) die Verwendung von Zündungsbruchteilen zu unterdrücken oder zu verhindern, die mit der größten Wahrscheinlichkeit unerwünschte Vibrationen und/oder akustisches Geräusch erzeugen. Die Angepasster-Zündungsbruchteil-Berechnungseinrichtung 124 kann sehr vielfältige verschiedene Formen annehmen, wie unten ausführlicher beschrieben wird. Die Ausgabe der Angepasster-Zündungsbruchteil-Berechnungseinrichtung 124 ist das Angewiesener-Betriebs-Zündungsbruchteil-Signal 125, das den effektiven Zündungsbruchteil anzeigt, dessen Ausgabe durch den Motor erwartet wird. Der angewiesene Zündungsbruchteil 125 kann direkt oder indirekt in den Treiberimpulsgenerator 130 gespeist werden. Der Antriebsimpulsgenerator 130 ist dazu angeordnet, eine Sequenz von Zündungsanweisungen auszugeben (z. B. das Treiberimpulssignal 113), die bewirken, dass der Motor den durch das Angewiesener-Zündungsbruchteil-Signal 125 diktierten Prozentsatz von Zündungen liefert.
Auch der Treiberimpulsgenerator 130 kann sehr vielfältige unterschiedliche Formen annehmen. Beispielsweise nimmt in einer beschriebenen Ausführungsform der Treiberimpulsgenerator 130 die Form eines Sigma-Delta-Wandlers erster Ordnung an. Natürlich könnten in anderen Ausführungsformen auch zahlreiche andere Treiberimpulsgeneratoren verwendet werden, darunter Sigma-Delta-Wandler höherer Ordnung, andere prädiktive adaptive Steuereinrichtungen, Wandler auf Basis von Verweistabellen oder jeder) andere geeignete Wandler oder Steuereinrichtung, die zum Liefern des durch das Angewiesener-Zündungsbruchteil-Signal 125 angeforderten Zündungsbruchteils angeordnet sind. Als Beispiel können in dieser Zündungssteuerungsarchitektur auch viele der Treiberimpulsgeneratoren verwendet werden, die in den anderen Patentanmeldungen des Inhabers beschrieben sind. Das durch den Treiberimpulsgenerator 130 ausgegebene Treiberimpulssignal 113 kann an eine Motorsteuereinheit (ECU) oder eine Verbrennungssteuereinrichtung 140 weitergeleitet werden, welche die tatsächlichen Zündungen koordiniert.
Da das Angewiesener-Zündungsbruchteil-Signal 125 die Zündung eines anderen Prozentsatzes der möglichen Zündgelegenheiten anweisen kann, als durch die Angeforderter-Zündungsbruchteil-Berechnungseinrichtung 122 bestimmt wurde, ist ersichtlich, dass die Leistung des Motors nicht unbedingt der Anforderung des Fahrers entsprechen würde, wenn keine geeigneten Anpassungen vorgenommen werden. Daher kann die Zündungssteuereinrichtung 120 ein Antriebsstrangparameter-Anpassungsmodul 133 aufweisen, das dazu adaptiert ist, ausgewählte Antriebsstrangparameter anzupassen, um die Ausgabe jeder Zündung so anzupassen, dass die tatsächliche Motorleistung im Wesentlichen gleich der angeforderten Motorleistung ist. Wenn, als Beispiel, der angeforderte Zündungsbruchteil 123 bei den Referenz-Zündungsbedingungen 48% beträgt und der angewiesene Zündungsbruchteil 125 50% beträgt, sind die Motorparameter so anpassbar, dass die Drehmomentausgabe jeder Zündung ungefähr 96% der Referenzzündung beträgt. Auf diese Weise stellt die Zündungssteuereinrichtung 120 sicher, dass die gelieferte Motorleistung im Wesentlichen gleich der durch das Eingangssignal 110 angeforderten Motorleistung ist.
Es gibt vielfältige Methoden zur Anpassung der Motorparameter, um das durch jede Zündung bereitgestellte Drehmoment zu verändern. Ein effektiver Ansatz ist es, die an jeden gezündeten Zylindergelieferte Masse-Luft-Füllung (MAC) anzupassen und zu ermöglichen, dass die Motorsteuereinheit (ECU) 140 die geeignete Kraftstofffüllung für die angewiesene MAC bereitstellt. Dies ist am einfachsten durch Anpassen der Drosselklappenstellung zu erreichen, was wiederum den Einlasskrümmerdruck (MAP) verändert. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die MAC auch mit anderen Techniken variierbar ist (z. B. Veränderung der Ventilzeitsteuerung) und dass es eine Reihe anderer Motorparameter gibt, darunter Kraftstofffüllung, Zündvorverstellung usw., die ebenfalls zum Verändern des Drehmoments verwendbar sind, das durch jede Zündung bereitgestellt wird. Wenn der gesteuerte Motor starke Variationen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses erlaubt (wie sie z. B. die meisten Dieselmotoren zulassen), ist ein Variieren der Zylinder-Drehmoment-Ausgabe möglich, indem lediglich die Kraftstofffüllung angepasst wird. Somit ist die Ausgabe pro Zylinderzündung auf jede Weise anpassbar, die gewünscht wird, um sicherzustellen, dass die tatsächliche Motorleistung bei dem angewiesenen Zündungsbruchteil im Wesentlichen gleich der angeforderten Motorleistung ist.
In einigen Betriebsmodi werden Zylinder während ausgelassener Zündgelegenheiten deaktiviert. Das bedeutet: Zusätzlich zu der nicht erfolgenden Kraftstoffversorgung der Zylinder während ausgelassener Arbeitstakte werden die Ventile geschlossen gehalten, um Pumpverluste zu reduzieren. Während aktiver Zündgelegenheiten, bei denen die entsprechenden Zylinder gezündet werden, werden die die Zylinder bevorzugt unter Bedingungen (z. B. Ventil- und Zündzeitsteuerung sowie Kraftstoff-Einspritzniveaus) in der Nähe ihrer oder in ihrer optimalen Betriebsregion betrieben, wie etwa einer Betriebsregion, die optimaler Kraftstoffeffizienz entspricht. Es wird zwar davon ausgegangen, dass in vielen Implementierungen die Optimierung der Kraftstoffeffizienz eines der primären Ziele ist, jedoch sei darauf hingewiesen, dass erhöhtes Drehmoment oder reduzierte Emissionen bei der Bestimmung der optimalen Betriebsregion in einer besonderen Anwendung ebenfalls Faktoren sein können. Daher können die Eigenschaften der Referenz- oder ”optimalen” Zündungen auf jede Weise ausgewählt werden, die der Konstrukteur der Steuereinrichtung für geeignet hält.
In der in 1 illustrierten Ausführungsform sind eine Reihe der Komponenten diagrammartig als unabhängige Funktionsblöcke illustriert. In tatsächlichen Implementierungen können zwar für jeden Funktionsblock unabhängige Komponenten verwendet werden, jedoch sei darauf hingewiesen, dass die Funktionalität der verschiedenen Blöcke leicht in beliebigen Kombinationen miteinander integrierbar ist. Als Beispiel sind die Angeforderter-Zündungsbruchteil-Berechnungseinrichtung 122, die Angepasster-Zündungsbruchteil-Berechnungseinrichtung 124 und das Antriebsstrangparameter-Anpassungsmodul 133 alle leicht in eine einzige Zündungsbruchteil-Bestimmungseinheit 224 (in 4 bezeichnet) integrierbar oder als Komponenten implementierbar, die vielfältige unterschiedliche Kombinationen aus Funktionsblöcken enthalten. Alternativ können die Funktionalitäten der Angepasster-Zündungsbruchteil-Berechnungseinrichtung und des Antriebsstrang-Anpassungsmoduls in eine Vibrations-Steuereinheit integriert sein. Die Funktionalität der verschiedenen Funktionsblöcke kann algorithmisch, in analoger oder digitaler Logik, durch Verweistabellen oder auf jede andere geeignete Weise erzielt sein. Jede der beschriebenen Komponenten kann nach Wunsch auch in die Logik der Motorsteuereinheit 140 aufgenommen sein.
In einem spezifischen Beispiel sei darauf hingewiesen, dass in der in 1 illustrierten Ausführungsform die Angeforderter-Zündungsbruchteil-Berechnungseinrichtung 122 und die Angepasster-Zündungsbruchteil-Berechnungseinrichtung 124 zur Erzeugung eines Signals zusammenwirken, das den Zündungsbruchteil anzeigt, der auf Basis der gegenwärtigen Gaspedalposition und anderer Betriebsbedingungen gewünscht wird und geeignet ist. Die Beschreibung der Funktionalität derselben als zwei separate Komponenten hilft zwar zur Erklärung der Gesamtfunktion der Zündungsbruchteil-Berechnungseinrichtung, und die Kombination dieser beiden Komponenten funktioniert gut zum Auswählen eines geeigneten Zündungsbruchteils, jedoch sei darauf hingewiesen, dass die gleiche oder ähnliche Funktionalität leicht auch über eine Reihe anderer Techniken erzielbar ist. Beispielsweise kann in einigen Ausführungsformen eine Drehmomentanforderung direkt in den gewünschten Zündungsbruchteil umgewandelt werden. Die Zündungsanforderung kann das Ergebnis einer Berechnung des gewünschten Drehmoments sein (z. B. durch die ECU oder eine andere Komponente, die effektiv als Drehmoment-Berechnungseinrichtung wirkt), sie kann direkt oder indirekt aus der Gaspedalposition abgeleitet sein, oder sie kann aus jeder anderen geeigneten Quelle bereitgestellt sein.
In anderen Ausführungsformen kann eine mehrdimensionale Verweistabelle verwendet werden, um den gewünschten Zündungsbruchteil ohne den separaten Schritt einer Berechnung oder Bestimmung eines angeforderten Zündungsbruchteils auszuwählen. Als Beispiel könnte in einer spezifischen Implementierung die Verweistabelle basieren auf (a) der Gaspedalposition; (b) der Motordrehzahl (z. B. UpM) und (c) dem Getriebegang. Natürlich können in anderen spezifischen Ausführungsformen auch vielfältige andere Indices verwendet werden, einschließlich absolutem Krümmerdruck (MAP), Motorkühlmitteltemperatur und Nockeneinstellung (d. h. Ventilöffnungs- und Schließzeitpunkte), Zündzeitsteuerung usw. Ein Vorteil der Verwendung von Verweistabellen ist es, dass die Modellierung den Motorkonstrukteuren das Anpassen und Vorbestimmen der Zündungsbruchteile ermöglicht, die für besondere Betriebsbedingungen verwendet werden. Solche Auswahlen können so angepasst sein, dass sie die gewünschten Kompromisse hinsichtlich Vibrationsverminderung, akustischen Eigenschaften, Kraftstoffwirtschaftlichkeit und anderen konkurrierenden und potenziell gegensätzlichen Faktoren enthält. Eine solche Tabelle könnte auch dazu angeordnet sein, die geeignete Masse-Luft-Füllung (MAC) und/oder andere geeignete Motoreinstellungen zur Verwendung mit dem ausgewählten Zündungsbruchteil zu identifizieren, um die gewünschte Motorleistung bereitzustellen, wodurch auch die Funktionalität des Antriebsstrangparameter-Anpassungsmoduls 133 enthalten wäre.
Jede und alle beschriebenen Komponenten können dazu angeordnet sein, ihre Bestimmungen/Berechnungen sehr schnell zu aktualisieren. In einigen bevorzugten Ausführungsformen werden diese Bestimmungen/Berechnungen auf Zündgelegenheit-für-Zündgelegenheit-Basis berechnet (auch als Arbeitstakt-für-Arbeitstakt-Basis bezeichnet), allerdings ist dies keine Voraussetzung. Ein Vorteil des Zündgelegenheit-für-Zündgelegenheit-Betriebs der verschiedenen Komponenten ist es, dass die Steuereinrichtung dadurch sehr reaktionsfähig auf geänderte Eingaben und/oder Bedingungen wird (insbesondere im Vergleich mit Steuereinrichtungen, die nur nach Vollendung eines ganzen Musters von Zündungen oder nach anderen festen Verzögerungen reagieren können). Der Zündgelegenheit-für-Zündgelegenheit-Betrieb ist zwar sehr effektiv, jedoch sei darauf hingewiesen, dass die verschiedenen Komponenten (und insbesondere die Komponenten vor der Zündungssteuereinrichtung 130) auch langsamer aktualisiert werden können und dabei dennoch akzeptable Steuerung bereitstellen können (beispielsweise durch Aktualisierung bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle usw.).
In vielen bevorzugten Implementierungen trifft die Zündungssteuereinrichtung 130 (oder äquivalente Funktionalität) auf Zündungsgelegenheit-für-Zündungsgelegenheit-Basis eine diskrete Entscheidung über das Zünden/Nichtzünden. Dies bedeutet nicht, dass die Entscheidung unbedingt zu der gleichen Zeit getroffen wird, zu der das Verbrennungsereignis eintritt, da etwas Vorlaufzeit erforderlich sein kann, um den Zylinder korrekt zu entleeren und mit Kraftstoff zu versorgen. Somit werden die Zündungsentscheidungen typischerweise kontemporär, aber nicht unbedingt synchron mit den Zündereignissen getroffen. Das bedeutet: Eine Zündungsentscheidung kann unmittelbar vor oder im Wesentlichen zusammenfallend mit dem Arbeitstakt der Zündgelegenheit getroffen werden, oder sie kann einen oder mehrere Arbeitstakte vor der tatsächlichen Zündgelegenheit getroffen werden. Außerdem kann es, obwohl bei vielen Implementierungen die Zündungsentscheidung für jede Zündgelegenheit einer Arbeitskammer unabhängig getroffen wird, in anderen Implementierungen wünschenswert sein, mehrere (z. B. zwei oder mehr) Entscheidungen zur gleichen Zeit zu treffen.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen kann die Zündungssteuereinheit 120 nach einem Signal funktionieren, das mit der Motordrehzahl und der Zylinderphase (z. B. dem oberen Totpunkt (TDC) auf Zylinder 1 oder einer anderen Referenz) synchronisiert ist. Das TDC-Synchronisationssignal kann als Takt für die Zündungssteuereinheit dienen. Der Takt kann so ausgebildet sein, dass er ein ansteigendes digitales Signal hat, das jeder Zylinder-Zündgelegenheit entspricht. Beispielsweise kann bei einem Sechszylinder-Viertaktmotor der Takt drei ansteigende digitale Signale pro Motorumdrehung aufweisen. Das ansteigende digitale Signal in aufeinanderfolgenden Taktimpulsen kann so phasengesteuert sein, dass es im Wesentlichen der TDC-Position (Position am oberen Totpunkt) jedes Zylinders am Ende seines Verdichtungstaktes entspricht, wobei dies allerdings keine Voraussetzung ist. So kann der Einfachheit halber das Phasenverhältnis zwischen dem Takt und dem Motor gewählt werden, und es können auch andere Phasenverhältnisse verwendet werden.
Zyklisches-Muster-Generator
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 2 eine spezifische Implementierung einer Angepasster-Zündungsbruchteil-Berechnungseinrichtung 124 ausführlicher beschrieben, die hier manchmal als ”Zyklisches-Muster-Generator” (CPG) 124a bezeichnet wird. Konzeptionell ist der Zyklisches-Muster-Generator 124(a) zum Bestimmen eines Betriebs-Zündungsbruchteils angeordnet, der in der Nähe des angeforderten Zündungsbruchteils liegt, während gleichzeitig versucht wird, sicherzustellen, dass die so entstehende Zündsequenz Frequenzkomponenten im Frequenzbereich der maximalen Empfindlichkeit des Menschen eliminiert oder minimiert. Es gab bereits eine Reihe von Studien zu den Wirkungen von Vibrationen auf Fahrzeuginsassen. Beispielsweise gibt die ISO 2631 Hinweise hinsichtlich der Auswirkung von Vibrationen auf Fahrzeuginsassen. Nach allgemeiner Auffassung gehören Vibrationen mit Frequenzen zwischen 0,2 und 8 Hz aus Sicht des Fahrgastkomforts zu den schlimmsten Vibrationsarten (obwohl es zu den relevantesten Grenzwerten natürlich mehrere konkurrierende Theorien gibt). Daher ist es in einigen Implementierungen wünschenswert, den Motor in einem Steuermodus zu betreiben, der Vibrationsfrequenzen in diesem Bereich minimiert (oder in dem Bereich bzw. den Bereichen, die dem Fahrzeug-/Motorkonstrukteur am relevantesten erscheinen).
In der ersten beschriebenen Ausführungsform wird dies teilweise erzielt, indem die Verwendung eines Zünd-”Musters” oder einer Zünd-”Sequenz” sichergestellt wird, die sich mit einer Frequenz wiederholt, welche eine vorgesehene Schwelle überschreitet. Als solcher wirkt der Zyklisches-Muster-Generator 124(a) effektiv als Filter zum Reduzieren von niederfrequentem Gehalt, der in dem Zündungsbruchteil vorhanden sein kann, welcher durch die Angeforderte-Zündung-Berechnungseinrichtung bestimmt ist. Die tatsächliche Wiederholungsschwelle kann je nach den Notwendigkeiten einer besonderen Anwendung variieren, allgemein wird jedoch davon ausgegangen, dass minimale Wiederholungsschwellen in der Größenordnung von 6 bis 12 Hz in vielen Anwendungen gut funktionieren. Zu Illustrationszwecken nutzt das unten genannte Beispiel eine minimale Wiederholungsschwelle von 8 Hz, die sich in vielen Anwendungen als geeignet erwiesen hat. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass das tatsächlich verwendete Schwellenniveau zwischen den Anwendungen variieren kann und dass in bestimmten Anwendungen die Schwelle tatsächlich je nach den Betriebsbedingungen (wie z. B. der Motordrehzahl) um einiges variieren kann.
Um zu dem Beispiel zurückzukehren, kann man bei Auswahl eines zyklischen Zündmusters, das sich achtmal pro Sekunde oder öfter wiederholt, mit ziemlicher Sicherheit erwarten, dass das Zündmuster selbst keine oder nur minimale Grundfrequenzkomponenten unter 8 Hz aufweisen wird. Mit anderen Worten: Wenn das Zündmuster periodisch ist und die Anzahl der Wiederholungen des Zündmusters 8 oder mehr pro Sekunde beträgt, funktioniert der Motor mit minimaler Vibration von unter 8 Hz. In einer solchen Ausführungsform ist die in 2 illustrierte Angepasster-Zündungsbruchteil-Berechnungseinheit 124(a) dazu angeordnet, zu bewirken, dass der Treiberimpulsgenerator 130 ein sich wiederholendes Muster von Zündinstruktionen ausgibt, das sich mindestens 8-mal pro Sekunde wiederholt (d. h. bei oder über der Wiederholungsschwelle).
Zur besseren Illustration dieses Konzepts stelle man sich einen Sechszylinder-Viertaktmotor vor, der mit 2400 UpM mit einer gewünschten Wiederholungsschwelle von 8 Hz betrieben wird. Ein solcher Motor hätte 7200 Zündgelegenheiten pro Minute bzw. 120 Zündgelegenheiten pro Sekunde. Solange eine sich wiederholende Zündsequenz (hier als zyklische Zündfrequenz bezeichnet) verwendet wird, die sich nicht über mehr als 15 Zündgelegenheiten erstreckt (d. h. 120 Zündgelegenheiten pro Sekunde, dividiert durch 8 Hz), kann somit angenommen werden, dass das zyklische Zündmuster selbst keine Frequenzkomponenten unter 8 Hz hat.
Ein Implementierungsweg für diesen Ansatz ist es, die Maximalzahl von Zündgelegenheiten zu berechnen, die in einer sich wiederholenden Sequenz verwendet werden können, ohne die Einführung von Frequenzkomponenten unterhalb der gewünschten Schwelle (z. B. 8 Hz) zu riskieren. Dieser Wert wird hier als die maximal mögliche zyklische Zündgelegenheit (MPCFO) bezeichnet und kann errechnet werden, indem die Zündgelegenheiten pro Sekunde durch die gewünschte minimale Vibrationsfrequenz dividiert werden. Die MPCFO kann auch mit einer Verweistabelle (LUT) bestimmt werden. In diesem Beispiel ist MPCFO = 120/8 = 50. Jeder Bruchwert der MPCFO kann abgerundet oder abgekürzt werden, um einen Frequenzgehalt in einem unerwünschten Frequenzbereich zu vermeiden. Es ist zu beachten, dass MPCFO eine dimensionslose Zahl ist, welche die Zündgelegenheiten pro Zyklus widerspiegelt, da sie das Verhältnis der Zündgelegenheitsfrequenz zu der minimalen erwünschten Vibrationsfrequenz widerspiegelt.
Nimmt man eine MPCFO von 15 an, so können die verschiedenen möglichen Betriebs-Zündungsbruchteile, die eine Wiederholung einer Zündfrequenz bei oder über der gewünschten Frequenz sicherstellen, bestimmt werden, indem alle möglichen Bruchteile mit 15 oder weniger im Nenner berücksichtigt werden. Zu diesen möglichen Betriebs-Zündungsbruchteilen gehören: 15/15, 14/15, 13/15, 12/15, 11/15 ... 3/15, 2/15, 1/15; 14/14, 13/14, 12/14, ... 3/14, 2/14, 1/14 usw., wobei sich ein solches Muster für Nennerwerte von 13 bis einschließlich 1 wiederholt. Eine Prüfung der verschiedenen möglichen Betriebs-Zündungsbruchteile ergibt, dass es 73 eindeutige mögliche Betriebs-Zündungsbruchteile für eine MPFCO von 15 gibt (d. h. unter Eliminierung von doppelten Werten, da eine Reihe von Bruchteilen, z. B. 6/15, 4/10, 2/5, repetitiv sind). Diese Menge möglicher Zündungsbruchteile kann durch die Angepasster-Zündungsbruchteil-Berechnungseinrichtung 124(a) als die Menge verfügbarer Betriebs-Zündungsbruchteile behandelt werden, die einer MPCFO von 15 zugeordnet sind. Es sei darauf hingewiesen, dass die MPCFO als Funktion der Motordrehzahl variiert und dass unterschiedliche MPFCOs unterschiedliche Mengen verfügbarer Betriebs-Zündungsbruchteile haben würden. Zur weiteren Illustration dieses Punktes ist 8 ein Graph, der die Anzahl potenziell verfügbarer Zündungsbruchteile als Funktion der MPCFO illustriert.
Die Menge verfügbarer Betriebs-Zündungsbruchteile, die sicherstellen, dass die Zündsequenz sich mit einer Rate wiederholt, welche die minimale Wiederholungsschwelle übersteigt, lässt sich auf einfache Weise dynamisch während des Motorbetriebs bestimmen. Diese Bestimmung kann algorithmisch berechnet werden; über Verweistabellen oder andere geeignete Datenstrukturen gefunden werden oder durch jeden anderen geeigneten Mechanismus erfolgen. Es sei darauf hingewiesen, dass dies teilweise deshalb sehr leicht implementierbar ist, weil die MPCFO relativ leicht berechenbar ist und jede eindeutige MPCFO eine feste Menge zulässiger Zündungsbruchteile hat.
Allgemein lässt sich die Menge verfügbarer Zündungsbruchteile, die mit dem MPCFO-Berechnungsansatz identifiziert werden, als Menge von Zündungsbruchteil-Kandidaten ansehen. Wie unten ausführlicher erläutert wird, kann es auch wünschenswert sein, außerdem einige ausgewählte, spezifische Zündungsbruchteile auszuschließen, weil diese Fahrzeugresonanzen anregen oder unangenehmes Geräusch verursachen. Die ausgeschlossenen Zündungsbruchteile können abhängig von Antriebsstrangparametern wie etwa dem Übersetzungsverhältnis variieren.
Der Zyklisches-Muster-Generator 124(a) ist allgemein dazu angeordnet, von den verfügbaren Betriebs-Zündungsbruchteilen bei jeder gegebenen Motordrehzahl die geeignetsten auszuwählen. Es dürfte ersichtlich sein, dass der angewiesene Zündungsbruchteil 125 einen Großteil der Zeit (oder eigentlich die meiste Zeit) von dem angeforderten Zündungsbruchteil 123 verschieden ist, wenn er auch relativ nahe bei diesem liegt. 3 ist ein exemplarischer Graph, der den angeforderten Zündungsbruchteil mit dem gelieferten Zündungsbruchteil vergleicht, wie er durch eine repräsentative Angepasster-Zündungsbruchteil-Berechnungseinheit 124 unter Bedingungen erzeugt werden könnte, in denen die MPCFO 15 ist. Wie in 3 zu sehen ist, führt die Verwendung von nur einer endlichen Zahl diskreter Zündungsbruchteile zu einem Verhalten des gelieferten Zündungsbruchteils in der Art von Treppenstufen.
Wie oben angegeben, wird der angeforderte Zündungsbruchteil 123 auf Basis des Prozentsatzes von Zündungen bestimmt, der geeignet wäre, um unter spezifizierten Zündungsbedingungen (z. B. bei optimierten Zündungen) die gewünschte Motorleistung zu liefern. Wenn der angewiesene Zündungsbruchteil 125 von dem angeforderten Zündungsbruchteil 123 verschieden ist, würde die tatsächliche Leistung des Motors 150 nicht der gewünschten Leistung entsprechen, wenn die Zylinder unter exakt den gleichen Bedingungen gezündet werden, wie bei der Bestimmung des angeforderten Zündungsbruchteils erwogen. Daher ist das Antriebsstrangparameter-Anpassungsmodul 133 (das optional als Teil der Angepasster-Zündungsbruchteil-Berechnungseinrichtung 124(a) implementiert sein kann) auch dazu angeordnet, einige der Betriebsparameter des Motors in geeigneter Weise einzustellen, so dass die tatsächliche Motorleistung bei Verwendung des angepassten Zündungsbruchteils der gewünschten Motorleistung entspricht. Das Antriebsstrangparameter-Anpassungsmodul 133 ist zwar als separate Komponente illustriert, jedoch sei darauf hingewiesen, dass diese Funktionalität auch leicht in die ECU oder eine andere geeignete Komponente aufgenommen sein kann (und häufig auch ist). Wie für den Fachmann erkennbar, ist eine Reihe von Parametern leicht veränderbar, um das durch jede Zündung gelieferte Drehmoment in geeigneter Weise anzupassen, um sicherzustellen, dass die tatsächliche Motorleistung unter Verwendung des angepassten Zündungsbruchteils der gewünschten Motorleistung entspricht. Als Beispiele können auf einfache Weise Parameter wie etwa die Drosselklappenstellung, die Zündvorverstellung/zeitsteuerung, die Einlass- und Auslassventil-Zeitsteuerung, die Kraftstofffüllung usw. angepasst werden, um die gewünschte Drehmomentausgabe pro Zündung bereitzustellen.
Wie in 3 zu sehen ist, liegen für alle Angeforderter-Zündungsbruchteil-Niveaus mit Ausnahme derjenigen in der Nähe von 0 und 1 die diskreten Zündungsbruchteil-Niveaus, die durch den Zyklisches-Muster-Generator 124(a) ausgegeben werden, relativ nahe bei den angeforderten Niveaus. Wenn der angeforderte Zündungsbruchteil in der Nähe von 1 liegt, kann es, wie an anderen Stellen beschrieben, vorzuziehen sein, den Motor in einem normalen Betriebsmodus und nicht in einem Zündungsauslassungs-Betriebsmodus zu betreiben. Wenn der angeforderte Zündungsbruchteil nahe bei Null läge (wie beispielsweise im Leerlauf des Motors) kann es vorzuziehen sein, den Motor entweder in normalem (Nicht-Zündungsauslassungs-)Betriebsmodus zu betreiben oder die Ausgabe jeder Zündung zu reduzieren, so dass ein höherer Zündungsbruchteil erforderlich ist. Aus Sicht der Steuerung ist dies leicht erzielbar durch: (a) einfaches Reduzieren der Referenz-Zündungsausgabe, die in der Angeforderter-Zündungsbruchteil-Berechnungseinrichtung 123 genutzt wird, und (b) entsprechendes Anpassen der Motorparameter.
Wie unten ausführlicher erläutert wird, kann der Zyklisches-Muster-Generator 124(a) (oder andere Angepasster-Zündungsbruchteil-Berechnungseinrichtungen) optional ein UpM-Hysteresemodul und ein Zündungsbruchteils-Hysteresemodul aufweisen. Diese Module dienen zur Minimierung unnötiger Fluktuationen des CPG-Niveaus aufgrund geringfügiger Änderungen der Motordrehzahl oder des angeforderten Drehmoments. Die Hystereseschwellen können als Funktion der Motordrehzahl und des angeforderten Drehmoments variieren. Außerdem können die Hystereseschwellen asymmetrisch sein, je nachdem, ob eine Erhöhung oder Verringerung des Drehmoments angefordert wird. Die Hystereseniveaus können auch als Funktion von Antriebsstrangparametern variieren wie etwa dem Übersetzungsverhältnis oder anderen Fahrzeugparametern, etwa ob die Bremse betätigt wird.
Geräusch
Der oben beschriebene Ansatz einer Erzeugung von zyklischen Mustern ist sehr effektiv zur Reduzierung von Motorvibrationen. Eine Verwendung repetitiver Muster hat jedoch bei ungenügender Lösung einige potenzielle Nachteile. Wie unten ausführlicher erklärt wird, kann erstens die repetitive Art des Musters selbst das Anregen einer Resonanz oder Schlagfrequenz verursachen, was zu einem dröhnenden oder brummenden Geräusch führen kann. Zweitens führen einige repetitive Muster zu einem Auslassen von Zylindern für ausgedehnte Perioden, was für den Motor zu thermischen, mechanischen und/oder Steuerungsproblemen führen kann. Bei einem V8-Motor haben dieses potenzielle Problem alle Zündungsauslassungs-Zündungsbruchteile, die als ein Bruchteil N/8 darstellbar sind. Beispielsweise könnte ein Zündungsbruchteil von V2 potenziell durchgängig eine Menge von vier Zylindern zünden und die anderen vier niemals zünden (was je nach den spezifischen Zylindern, die gezündet werden, wünschenswert sein kann oder nicht). Ebenso zündet ein Zündungsbruchteil von 1/8 möglicherweise durchgängig einen Zylinder, aber niemals die anderen sieben. Andere Bruchteile können diese Eigenschaft ebenfalls zeigen. Natürlich bestehen bei anderen Motorgrößen ähnliche Bedenken.
Zum besseren Verständnis der Art des Problems akustischer Schläge stelle man sich einen angewiesenen Zündungsbruchteil von 1/3 vor, der in vielen Motorarten tendenziell sehr glatt läuft. In dieser Anordnung ist der Zündungsbruchteil durch Zünden jedes dritten Zylinders implementierbar. Ein Viertakt-V8-Motor, der mit 1500 UpM läuft und dabei jeden dritten Zylinder zündet, ergibt eine Grundfrequenz von 331/3 Hz. Bei einer so hohen Zündfrequenz nimmt der Fahrer nur geringe Vibration wahr. Leider kann die Regelmäßigkeit des so entstehenden Musters zu akustischen Problemen führen. Spezifisch wiederholt sich die Sequenz der tatsächlichen Zylinderzündung alle 24 Zündmöglichkeiten. Wenn die einzelnen Zylinderzündungen leicht unterschiedliche akustische Eigenschaften haben (was aufgrund von Faktoren wie der Gestaltung der Abgasanlage usw. nicht ungewöhnlich ist), kann sich daher ein akustischer Schlag von 4,2 Hz ergeben. Ein solcher Schlag kann auftreten, weil ein Zünden jedes dritten Zylinders zwar eine Grundfrequenz von 33 1/3 Hz ergibt, sich jedoch bei 1500 UpM bei einem Achtzylindermotor exakt dasselbe Zylinder-Zündmuster alle 24 Zündgelegenheiten wiederholt. Bei 1500 UpM gibt es 100 Zündgelegenheiten pro Sekunde, woraus sich die Wiederholung exakt derselben Zylindersequenz ca. 4,2-mal pro Sekunde ergibt (d. h. 100 ÷ 24 ≈ 4,2). Somit besteht die Möglichkeit der Erzeugung einer Schlagfrequenz von ungefähr 4,2 Hz. Ein solcher Schlag ist manchmal durch einen Fahrzeuginsassen feststellbar und kann, wenn er wahrnehmbar ist, akustisch lästig werden. Dagegen ist die Schlagfrequenz niedrig genug, dass es einige Zeit dauert, bevor ein Beobachter sie erkennt. So können bei kontinuierlicher Fahrt eines Fahrzeugs mit demselben Zündungsbruchteil über mehrere Sekunden akustische Resonanzen bemerkbar werden, die sonst nicht bemerkbar wären. Natürlich kann es eine Reihe von Schlägen anderer Resonanz geben, die ebenfalls angeregt werden können.
In der Praxis wurde beobachtet, dass bei manchen Motoren einige der zulässigen zyklischen Zündmuster/Zündungsbruchteile unerwünschte Akustik erzeugen. Tatsächlich sind einige der glattesten Zündungsbruchteile wie etwa 1/3 und ½ manchmal anfällig für unerwünschte Akustik. Unter manchen Umständen ist die unerwünschte Akustik den oben erläuterten Arten von Resonanz-Schlagfrequenzen zuzuordnen, die anscheinend mit Eigenschaften und/oder residenten Frequenzen des Abgaswegs verbunden sind. Unter anderen Umständen (z. B. wenn ½ verwendet wird) können die Geräusche mit einem Umschalten auf oder zwischen Zylinderbänken oder -gruppen verbunden sein. Für jeden besonderen Motor und jedes besondere Fahrzeug (mit der zugeordneten Abgasanlage usw.) lassen sich die Zündungsbruchteils-/Motordrehzahl-Kombinationen identifizieren, die unerwünschtes akustisches Geräusch erzeugen. Eine solche Identifizierung kann entweder experimentell oder analytisch erfolgen.
Das Problem akustischer Geräusche lässt sich auf mehreren unterschiedlichen Wegen lösen. Beispielsweise sind der Zündungsbruchteil oder die Zündungsbruchteile, die anfällig für die Erzeugung von unerwünschten akustischen Geräuschen sind, relativ leicht empirisch identifizierbar, und die Angepasster-Zündungsbruchteil-Berechnungseinrichtung kann dazu gestaltet sein, die Verwendung solcher Bruchteile unter spezifischen Betriebsbedingungen auszuschließen. In einer solchen Anordnung kann anstelle eines Zündungsbruchteils, der als wahrscheinlich akustisches Geräusch erzeugend angesehen wird, der nächsthöhere oder der nächstgelegene Zündungsbruchteil verwendet werden. In anderen Ausführungsformen kann der angewiesene Zündungsbruchteil gegenüber den berechneten Zündungsbruchteilen um einen geringen Betrag verschoben sein, wie unten ausführlicher beschrieben wird. Das Problem des akustischen Geräusches wurde zwar zuerst in dem Zusammenhang des Zyklisches-Muster-Generators 124(a) erläutert, jedoch sei darauf hingewiesen, dass die grundlegenden akustischen Bedenken für die Gestaltung jeder Zündungsbruchteil-Bestimmungseinheit gelten.
Außerdem wurde beobachtet, dass die Bedenken bezüglich akustischer Geräusche nicht immer ausschließlich eine Funktion des Zündungsbruchteils sind. Vielmehr können andere Variablen, darunter die Motordrehzahl, der Gang usw., Auswirkungen auf die Akustik des Motorbetriebs haben. Daher kann die Angepasster-Zündungsbruchteil-Bestimmungseinheit dazu angeordnet sein, die Verwendung von Zündungsbruchteils-/Motordrehzahl-/Gangkombinationen zu vermeiden, die solches unerwünschtes akustisches Geräusch erzeugen. In Ausführungsformen, bei denen zur Bestimmung des geeigneten angepassten Zündungsbruchteils 125 eine Verweistabelle verwendet wird, kann jeder Zündungsbruchteil mit unerwünschten akustischen Eigenschaften einfach aus der verfügbaren Menge der Zündungsbruchteile eliminiert werden. In Ausführungsformen, bei denen der angewiesene Zündungsbruchteil 125 in Echtzeit errechnet wird (z. B. algorithmisch oder über Logik) kann anfänglich ein vorgeschlagener Zündungsbruchteil berechnet werden, und danach kann der vorgeschlagene Zündungsbruchteil überprüft werden, um sicherzustellen, dass es kein unzulässiger Zündungsbruchteil ist. Stellt sich heraus, dass ein vorgeschlagener Zündungsbruchteil unzulässig ist, kann anstelle des unzulässigen Zündungsbruchteils ein nahegelegener Zündungsbruchteil (z. B. der nächsthöhere Zündungsbruchteil) ausgewählt werden. Eine solche Überprüfung kann mit jeder geeigneten Technik erfolgen. Als Beispiel könnte zur Identifizierung der potenziellen Zündungsbruchteile, die für eine gegebene Motordrehzahl unzulässig sind, eine Verweistabelle verwendet werden, welche die Motordrehzahl als Index verwendet.
Ein anderer Ansatz wäre es, zu dem unzulässigen Zündungsbruchteil einfach einen Faktor hinzuzufügen, der das akustische Geräusch adäquat vermindert. Beispielsweise könnte, wenn bekannt ist, dass ein vorgeschlagener Zündungsbruchteil wie etwa 1/3 unerwünschte akustische Eigenschaften hat, an dessen Stelle ein anderer Zündungsbruchteil verwendet werden (z. B. 17/50 oder 7/20). Diese Bruchteile haben fast dieselbe Zündungsfrequenz wie 1/3, so dass nur eine geringe Reduzierung des Drehmoments pro Zündung erforderlich ist, um dafür zu sorgen, dass das ausgegebene Drehmoment im Wesentlichen dem angeforderten Drehmoment entspricht. Wiederum ist die tatsächliche Verschiebung voreinstellbar oder auf Basis spezifischer Motorbetriebsbedingungen berechenbar.
Ein anderer Mechanismus, der bei der Behandlung potenzieller akustischer Bedenken nützlich sein kann, besteht darin, die sich wiederholenden Muster, die durch die Zündungssteuereinrichtung erzeugt werden, manchmal zu durchbrechen. Dies kann auch wünschenswert sein, um das Auftreten von thermischen und mechanischen Problemen in Situationen zu verhindern, in denen nur bestimmte Zylinder gezündet/nicht gezündet werden. Ein Ansatz zum Durchbrechen des zyklischen Musters ist es, zu bewirken, dass die Steuereinrichtung gelegentlich eine zusätzliche Zündung hinzufügt. Dies lässt sich auf einer Reihe von Wegen erzielen. In der in 4 illustrierten Ausführungsform ist eine Zusätzliche-Zündung-Einfügeeinrichtung 272 bereitgestellt, die dazu programmierbar ist, den in die Zündungssteuereinrichtung 230 eingegebenen Wert manchmal um einen kleinen Betrag zu erhöhen. Dies hat die Wirkung, den angeforderten Zündungsbruchteil zu erhöhen, und bewirkt einige zusätzliche Zündungen. Beispielsweise stellt, wenn die Einfügeeinrichtung den angewiesenen Zündungsbruchteil für eine ausgedehnte Periode um 1% erhöht, die Zündungssteuereinrichtung alle 100 Zündgelegenheiten eine zusätzliche Zündung bereit. Die Frequenz und allgemeine Zeitsteuerung der zusätzlichen Zündungen ist variierbar, um den Notwendigkeiten jeder besonderen Gestaltung zu genügen, allgemein ist es jedoch wünschenswert, die Anzahl der zusätzlichen Zündungen relativ niedrig zu halten, so dass sie die Gesamtmotorleistung nicht signifikant beeinträchtigen. Als Beispiel genügt allgemein eine Erhöhung des Prozentsatzes von Zündungen, die durch das Angewiesener-Zündungsbruchteil-Signal 125 dirigiert werden, in der Größenordnung von 0,5% bis 5%, um die Muster für eine signifikante Reduzierung von akustischem Geräusch genügend zu durchbrechen. In der illustrierten Ausführungsform ist die Einfügeeinrichtung vor der Zündungssteuereinrichtung 230 angeordnet. Jedoch dürfte auch ersichtlich sein, dass die zusätzlichen Zündungen an vielfältigen Stellen in die Logik der Zündungssteuereinheit eingeführt sein können, um dieselbe Funktion zu erzielen.
Die Einfügeeinrichtung 272 kann auch dazu programmiert sein, zusätzliche Zündungen nur in Verbindung mit spezifischen Zündungsbruchteilen (z. B. Zündungsbruchteilen, von denen bekannt ist, dass sie mit akustischen oder anderen Bedenken verbunden sind) einzufügen (z. B. den Zündungsbruchteil zu erhöhen). Umgekehrt kann die Einfügeeinrichtung dazu angeordnet sein, in Verbindung mit spezifischen Zündungsbruchteilen keine zusätzlichen Zündungen einzufügen. In einer besonderen Implementierung kann die Einfügeeinrichtung eine zweidimensionale Verweistabelle aufweisen, die zum Identifizieren der Frequenz der zusätzlichen Zündungs-Einfügung verwendet wird (die für einen besonderen Betriebszustand null, positiv oder negativ sein könnte), wobei einer der Indices das angeforderte Drehmoment oder der angewiesene Zündungsbruchteil ist und der andere die Motordrehzahl ist. Natürlich wären Verweistabellen höherer oder niedrigerer Dimensionen sowie Tabellen, die andere Indices (z. B. den Gang) verwenden, und/oder vielfältige algorithmische und andere Ansätze ebenfalls zur Bestimmung der Frequenz der Einfügung verwendbar. In einigen Implementierungen kann es auch wünschenswert sein, die Zeitsteuerung der Einfügungen zufällig zu erzeugen. Wiederum in anderen kann es wünschenswert sein, die Größe der Einfügung im Zeitverlauf zu variieren (z. B. für eine Eingabe in gleichbleibendem Zustand eine Erhöhung um 1% für eine erste kurze Periode, gefolgt von einer Einfügung von 2% und dann von keiner Einfügung). So ist die Art der Einfügung vielfältig variierbar, um den Notwendigkeiten einer besonderen Anwendung zu entsprechen.
Ein anderer Ansatz zum Durchbrechen des Musters ist ein Einführen von Dither in das CPG-Anweisungssignal. Als Dither lässt sich ein Signal von der Art eines zufälligen Geräusches ansehen, das einem Haupt- oder Sekundärsignal überlagert wird. Falls gewünscht, ist das Dither durch die Einfügeeinrichtung 272 zusätzlich zu den oder anstelle der zusätzlichen Zündungen einführbar. In anderen Ausführungsformen kann das Dither (oder jede der anderen Funktionen der Einfügeeinrichtung 272) intern innerhalb der Zündungssteuereinrichtung 230 eingeführt sein.
Wiederum andere Ansätze zum Vermindern von akustischen Problemen werden unten mit Bezug auf 6 und 7 erläutert. Darüber hinaus sei darauf hingewiesen, dass manche akustischen Probleme zusätzlich zu der Steuerung des Zündungsbruchteils und der Zündsequenz durch mechanische Fahrzeuggestaltung lösbar sind. Es kann ein Kompromiss zwischen der Komplexität des Zündsequenz-Steueralgorithmus und der mechanischen Fahrzeuggestaltung bestehen, wobei der Fachmann eine kostengünstige technische Lösung bestimmen kann.
Glättung des Betriebs
Es wurde beobachtet, dass bei herkömmlichen Zündungsauslassungs-Steuereinrichtungen (die typischerweise eine kleine Menge effektiver Zündungsbruchteile nutzen), ein Teil der deutlicher bemerkbaren Motorrauigkeit tendenziell mit Übergängen zwischen unterschiedlichen Zündmustern verbunden ist. Ein Merkmal der oben mit Bezug auf 1 beschriebenen Zündungsauslassungs-Steuereinrichtung ist es, dass die Zündungssteuereinrichtung auf Sigma-Delta-Basis (Treiberimpulsgenerator) 130 die Zündungsanweisungen inhärent verteilt, und zwar auch während Änderungen des angewiesenen Zündungsbruchteils. Es sei darauf hingewiesen, dass diese Verteilung der Zündungsanweisungen mehrere wünschenswerte Wirkungen hat. Anfänglich glättet die Verteilung tendenziell bei jedem gegebenen Zündungsbruchteil den Betrieb des Motors, da die Zündungen tendenziell relativ gleichmäßig verteilt sind. Zusätzlich unterstützt die Verteilung glatte Übergänge zwischen unterschiedlichen Zündungsbruchteilen, da die Akkumulatorfunktion des Sigma-Delta-Wandlers den Anteil einer Zündung, der zuvor angefordert, aber nicht geliefert wurde, effektiv verfolgt – und daher sind Übergänge zwischen Zündungsbruchteilen tendenziell nicht so störend, wie es ohne solche Verfolgung zu beobachten wäre. Anders ausgedrückt: Der Sigma-Delta-Wandler verfolgt effektiv den Anteil einer Zündung, der angefordert wurde (z. B. durch das Angewiesener-Zündungsbruchteil-Signal 125 angefordert wurde), aber noch nicht dirigiert wurde (z. B. in Form eines Treiberimpulssignals 113 dirigiert wurde). Diese Verfolgung bzw. dieses ”Gedächtnis” kürzlicher Zündungen erleichtert den Übergang zwischen einem Zündungsbruchteil und dem nächsten an jedem Punkt der Zündsequenz, was relativ vorteilhaft ist. Das bedeutet: Es besteht nicht die Notwendigkeit, dass ein Muster einen Zyklus beendet, bevor ein anderer Zündungsbruchteil angewiesen werden kann.
Wiederum weiterhin wird bei einigen der beschriebenen Implementierungen die Verwendung eines Taktes auf Basis der Motordrehzahl (UpM) erwogen. Eine potenzielle Komplikation bei der Verwendung eines UpM-basierten Taktes besteht darin, dass jede Zylinderzündung tendenziell eine merkliche Änderung der Motor-UpM verursacht. Aus Steuerungssicht ergeben sich hieraus im Effekt Schwankungen in dem Takt, was die Steuereinrichtung negativ beeinflussen kann. Ein weiterer Vorteil der gleichmäßigeren Verteilung der Zündungen in Steuereinrichtungen, die einen UpM-Takt verwenden, besteht darin, dass die Verteilung tendenziell auch die negativen Wirkungen von Taktschwankungen reduziert.
Zündungssteuereinrichtungen auf Sigma-Delta-Basis (und andere, ähnliche Arten von Wandlern) leisten zwar sehr viel zur Glättung des Motorbetriebs, jedoch gibt es eine Reihe von anderen Steuerungs-Merkmalen, die verwendet werden können, um zu einer weiteren Glättung des Motorbetriebs beizutragen. Wiederum unter Bezugnahme auf 4 werden mehrere zusätzliche Komponenten und Steuermethodiken beschrieben, die zu jeder der beschriebenen Zündungsauslassungs-Steuereinrichtungen hinzugefügt werden oder mit denselben verwendet werden können, um die Glätte und das Fahrverhalten des gesteuerten Motors/Fahrzeugs weiter zu verbessern. In der Ausführungsform aus 4 weist die Zündungssteuereinheit 220 eine Zündungsbruchteil-Bestimmungseinheit 224, ein Paar Tiefpassfilter 270, 274 und eine Zündungssteuereinrichtung 230 (und optional eine Einfügeeinrichtung 272) auf. in dieser Ausführungsform ist das Antriebsstrangparameter-Anpassungsmodul 133 auch für die Bestimmung der gewünschten Masse-Luft-Füllung (MAC) und/oder anderer Motoreinstellungen zuständig, die wünschenswert sind, um zur Sicherstellung dessen beizutragen, dass die tatsächliche Motorleistung der angeforderten Motorleistung entspricht. Die Zündungssteuereinrichtung 230 kann die Form eines Sigma-Delta-Wandlers oder jedes anderen Wandlers annehmen, der einen angewiesenen Zündungsbruchteil liefert.
Es wurde beobachtet, dass die meisten Fahrer während des Betriebs im gleichbleibenden Zustand nicht in der Lage sind, ihren Fuß während der Fahrt vollkommen ruhig auf dem Gaspedal zu halten. Das bedeutet: Tendenziell oszilliert bei den meisten Fahrern der Fuß während der Fahrt ein wenig auf und ab, auch wenn sie versuchen, das Pedal gleichbleibend zu halten. Es wird vermutet, dass dies teilweise an physiologischen Einflüssen und teilweise an inhärenten Straßenvibrationen liegt. Ungeachtet der Ursache führen solche Oszillationen zu geringfügigen Variationen des angeforderten Drehmoments, die potenziell relativ häufiges Hin-und-her-Schalten zwischen benachbarten Zündungsbruchteilen verursachen können, wenn die Oszillationen zufällig eine Schwelle überschreiten, die normalerweise ein Umschalten der Zündungsbruchteil-Berechnungseinrichtung zwischen zwei unterschiedlichen Zündungsbruchteilen bewirken würde. Solches häufiges Hin-und-her-Schalten zwischen Zündungsbruchteilen ist allgemein unerwünscht und spiegelt typischerweise keine Absicht des Fahrers wider, die Motorleistung tatsächlich zu ändern. Zum Vermindern der Wirkung solcher geringfügiger Variationen des Gaspedalsignals 110 können vielfältige unterschiedliche Mechanismen verwendet werden. Als Beispiel ist in einigen Ausführungsformen ein Vorfilter 261 bereitgestellt, um solche geringfügigen Oszillationen des Eingangssignals herauszufiltern. Das Vorfilter kann zur effektiven Eliminierung solcher geringfügigen oszillatorischen Variationen in dem Eingangssignal 110 verwendet werden, von denen angenommen wird, dass sie vom Fahrer nicht beabsichtigt sind. in anderen Ausführungsformen kann zusätzlich zu dem Vorfilter 261 oder an dessen Stelle die Zündungsbruchteil-Bestimmungseinheit 224 dazu angeordnet sein, bei der Bestimmung des angewiesenen Zündungsbruchteils auf das Gaspedal-Eingangssignal 110 Hysterese anzuwenden oder geringfügige oszillatorische Variationen in demselben auf andere Weise zu ignorieren. Dies ist leicht durch die Verwendung einer Hysteresekonstanten erzielbar, die eine Änderung des Eingangssignals 110 um einen festen Betrag erfordert, bevor an dem angeforderten/angewiesenen Zündungsbruchteil Änderungen vorgenommen werden. Natürlich ist der Wert einer solchen Hysteresekonstanten stark variierbar, um den Notwendigkeiten einer besonderen Anwendung zu genügen. Ebenso kann die Hystereseschwelle anstelle einer Konstanten die Form einer prozentualen Änderung der Drehmomentanforderung annehmen oder andere geeignete Schwellenfunktionen verwenden.
In wiederum anderen Anwendungen kann die Drehmoment-Hysterese durch eine Drehmoment-Berechnungseinrichtung, ECU oder andere Komponente als Teil der Bestimmung des angeforderten Drehmoments angewandt werden. Die tatsächlichen, verwendeten Drehmoment-Hystereseschwellen und/oder die verwendete Art der angewandten Hysterese können stark variieren, um die gewünschten Gestaltungsziele zu erreichen.
Es ist wichtig zu beachten, dass eine Beschränkung der relevanten Zündungsfraktions-Bestimmungseinheit 122, 224 usw. darauf, lediglich den angeforderten/angewiesenen Zündungsbruchteil in Antwort auf Eingangssignalvariationen von mehr als einem Schwellenbetrag zu ändern, nicht bedeutet, dass die Zündungssteuereinheit 120, 220 usw. nicht eine tatsächliche Motorleistung liefert, welche die Anforderung des Fahrers verfolgt. Vielmehr können kleinere Variationen des Eingangssignals auf herkömmlichere Weise behandelt werden, indem Motoreinstellungen (z. B. die Masse-Luft-Füllung) in geeigneter Weise variiert werden, während derselbe Zündungsbruchteil verwendet wird.
Eine besonders beachtenswerte Eigenschaft einiger hier beschriebener Zündungsbruchteil-Berechnungseinrichtungen ist es, dass die Anzahl verfügbarer Zündungsbruchteile auf Basis der Betriebs-Drehzahl des Motors variabel ist oder sein kann. Das bedeutet: Die Anzahl der Zündungsbruchteile, die zur Verwendung bei höheren Motordrehzahlen verfügbar sind, kann größer (und potenziell signifikant größer) sein als die Anzahl der Zündungsbruchteile, die zur Verwendung bei niedrigeren Motordrehzahlen verfügbar sind. Diese Eigenschaft ist ein weitgehender Unterschied gegenüber herkömmlichen Zündungsauslassungs-Steuereinrichtungen, die allgemein darauf beschränkt sind, eine relativ kleine, feste Menge von Zündungsbruchteilen zu verwenden, die von der Motordrehzahl unabhängig sind. Als Beispiel sind algorithmische Implementierungen des oben beschriebenen Zyklisches-Muster-Generators 124(a) dazu angeordnet, die Anzahl und Werte der möglichen Betriebs-Zündungsbruchteilzustände während des Motorbetriebs dynamisch zu berechnen. Als solche ändert sich die Menge möglicher Betriebs-Zündungsbruchteile jedes Mal, wenn der ganzzahlige Wert der MPCFO sich ändert. Natürlich können in anderen (z. B. tabellenbasierten) Implementierungen die Schwellen, bei denen mehr Zündungsbruchteile verfügbar werden, auf andere Weise variieren.
Da der angewiesene Zündungsbruchteil möglicherweise teilweise als Funktion der Motordrehzahl variiert, kann es dennoch Umstände geben, unter denen kleine Änderungen der Motordrehzahl eine Änderung des angewiesenen Zündungsbruchteils verursachen könnten. Es wurde beobachtet, dass eine potenzielle Quelle unerwünschter Vibrationen und/oder akustischer Geräusche tendenziell Übergänge zwischen Zündungsbruchteilen sind und dass schnelle Hin-und-Her-Fluktuationen zwischen benachbarten Zündungsbruchteilen tendenziell besonders unerwünscht sind. Als Beitrag zu einer Reduzierung solcher Fluktuationen kann die Zündungsbruchteil-Bestimmungseinheit 124, 124(a), 224 usw. dazu angeordnet sein, eine dynamische UpM-basierte Hysterese bereitzustellen, so dass relativ kleine Variationen der Motordrehzahl keine Änderungen des Zündungsbruchteils verursachen.
Zur besseren Illustration der Art des Problems stelle man sich eine Zündungssteuereinheit 120, 220 vor, die zur Bestimmung des angewiesenen Zündungsbruchteils einen Zyklisches-Muster-Generator (CPG) 124(a) nutzt. Es sei darauf hingewiesen, dass jede Zylinderzündung jeweils eine nicht-triviale Änderung der Motordrehzahl (UpM) verursachen kann. Wenn der Motor mit einer Drehzahl in der Nähe einer Schwelle zwischen CPG-Niveaus betrieben wird, könnten somit die aufeinanderfolgenden Zündungen und Nichtzündungen spezifischer Zylinder bewirken, dass die Steuereinrichtung zwischen CPG-Niveaus und daher zwischen angewiesenen Zündungsbruchteilen hin und her fluktuiert, was unerwünscht wäre. (Es wird angemerkt, dass ein Bereich von eingegebenen oder angeforderten Zündungsbruchteilen sich auf einen gemeinsamen angewiesenen Zündungsbruchteil, d. h. ein gemeinsames CPG-Niveau abbilden). Daher ist es in einer solchen Implementierung wünschenswert, sicherzustellen, dass eine Änderung der Motordrehzahl oberhalb eines minimalen Schrittwerts liegt, bevor der Zyklisches-Muster-Generator 124(a) ein CPG-Anfangsniveau tatsächlich auf ein anderes CPG-Niveau ändert. Die Menge der in einer besonderen Gestaltung einer Steuereinrichtung angewandten UpM-Hysterese ist variierbar, um den Notwendigkeiten des besonderen Fahrzeugsteuerungs-Schemas zu entsprechen. Jedoch ist eine Formel, die für die beschriebene Implementierung des Zyklisches-Muster-Generators 124(a) geeignet ist, als Beispiel folgende: UpM-Hysterese = (Hochpass-Grenzfrequenz·120/Anzahl Zylinder), wobei Hochpass-Grenzfrequenz die Wiederholungsschwelle ist, welche die minimale Anzahl von Malen angibt, die ein sich wiederholendes Muster aus Zündungsinstruktionen sich erwartungsgemäß pro Sekunde wiederholt- z. B. in dem oben genannten Beispiel 8 Hz – und Anzahl Zylinder die Anzahl der Zylinder ist, die der Motor hat. Wie oben erläutert, kann es in einigen Implementierungen wünschenswert sein, die Hochpass-Grenzfrequenz als Funktion der Motordrehzahl, des Gangs oder anderer Faktoren zu variieren. In solchen Implementierungen kann das angewandte Niveau der UpM-Hysterese ebenfalls als Funktion solcher Faktoren variieren.
In anderen Anwendungen kann es wünschenswert sein, eine vordefinierte UpM-Hystereseschwelle zu verwenden (wobei also Änderungen der Motordrehzahl oberhalb eines vorgesehenen Wertes (z. B. 200 UpM) erforderlich sind) oder eine UpM-Hysterese zu verwenden, die auf einem Prozentsatz der Motordrehzahl basiert (wobei z. B. Änderungen der Motordrehzahl oberhalb eines vorgesehenen Wertes (z. B. 5% der nominalen Motordrehzahl) erforderlich sind). Natürlich sind die tatsächlichen Werte, die für solche Schwellen verwendet werden, vielfältig variierbar, um den Notwendigkeiten einer besonderen Anwendung zu entsprechen.
In einer anderen spezifischen Implementierung kann ein Zwischenspeicher bereitgestellt sein, um einen minimalen Motordrehzahlwert (z. B. UpM) festzuhalten, der in kürzlichen Fluktuationen der Motordrehzahl beobachtet wurde. Die zwischengespeicherte Motordrehzahl wird dann nur erhöht, wenn eine Änderung der Motordrehzahl beobachtet wird, welche die UpM-Hysterese übersteigt. Diese zwischengespeicherte Motordrehzahl kann dann in verschiedenen Berechnungen verwendet werden, welche die Motordrehzahl als Teil einer Berechnung oder eines Nachschlagens erfordern. Beispiele für solche Berechnungen könnte unter anderem die Motordrehzahl sein, die bei der Berechnung der MPCFO verwendet wird, oder als Indices für verschiedene Verweistabellen usw. Einige der Vorteile einer Verwendung dieses minimalen zwischengespeicherten Motordrehzahlwerts in bestimmten Berechnungen ist es, dass: (a) sie dazu beiträgt, eine schnelle Antwort auf eine Reduzierung der Drehmomentanforderung sicherzustellen (z. B. wenn der Fahrer das Gaspedal loslässt); und (b) sicherzustellen, dass die Hochpass-Grenzfrequenz nicht unter den angeforderten Wert sinkt.
Transientenantwort
Bei den beschrieben Zündungsauslassungs-Steuereinrichtungen auf Basis der Verwaltung von Zündungsbruchteilen würde typischerweise bei jeder Änderung des angewiesenen Zündungsbruchteils eine stufenweise Änderung der angeforderten Luft-Masse-Füllung (MAC) erfolgen. Jedoch sind unter vielen Umständen die Antwortzeit der Drosselklappe und die inhärenten Verzögerungen, die mit einer Erhöhung oder Verringerung der Luftströmungsgeschwindigkeit durch den Einlasskrümmer verbunden sind, um eine angeforderte Änderung der MAC bereitzustellen, von solcher Art, dass, wenn eine stufenweise Änderung der angeforderten MAC erfolgt, die während der nächsten Zündgelegenheiten tatsächlich verfügbare Luftmenge (d. h. die tatsächliche MAC) von der angeforderten MAC etwas verschieden sein kann. Daher kann unter solchen Umständen die MAC, die für die nächste angewiesene Zündung (oder die nächsten angewiesenen Zündungen) tatsächlich verfügbar ist, etwas von der angeforderten MAC verschieden sein. Allgemein ist es möglich, solche Fehler vorauszusehen und auszugleichen.
In der in 4 illustrierten Ausführungsform wird die Ausgabe der Zündungsbruchteil-Berechnungseinrichtung 224 durch ein Paar Filter 270, 274 geleitet, bevor sie an die Zündungssteuereinrichtung 230 geliefert wird. Die Filter 270 und 274 (die Tiefpassfilter sein können) vermindern die Wirkung einer stufenweisen Änderung des angewiesenen Zündungsbruchteils, so dass die Änderung des Zündungsbruchteils über eine längere Periode verteilt ist. Diese ”Verteilung” oder Verzögerung kann dazu beitragen, Übergänge zwischen unterschiedlichen angewiesenen Zündungsbruchteilen zu glätten, und kann auch dazu verwendet werden, zu einer Kompensierung mechanischer Verzögerungen bei der Änderung der Motorparameter beizutragen.
Insbesondere glättet das Filter 270 den abrupten Übergang zwischen unterschiedlichen angewiesenen Zündungsbruchteilen (z. B. unterschiedlichen CPG-Niveaus), um eine bessere Antwort auf das Motorverhalten bereitzustellen und dadurch eine ruckartige Transientenantwort zu vermeiden. Ein Betrieb auf Nicht-CPG-Niveaus während der Übergänge zwischen den CPG-Niveaus ist allgemein akzeptabel, da durch die transiente Art der Antwort ein Erzeugen von niederfrequenten Vibrationen vermieden wird.
Wie bereits erläutert, bewirkt die Zündungsbruchteil-Bestimmungseinheit 224, wenn sie eine Änderung des angewiesenen Zündungsbruchteils dirigiert, typischerweise auch, dass das Antriebsstrang-Anpassungsmodul 133 eine entsprechende Änderung der Motoreinstellungen dirigiert (z. B. der Drosselklappenstellung, die zum Steuern des Krümmerdrucks/der Masse-Luft-Füllung verwendbar ist). Insofern als die Antwortzeit des Filters 270 von der bzw. den Antwortzeit(en) zum Implementieren von Änderungen der dirigierten Motoreinstellung verschieden ist, kann ein Missverhältnis zwischen der angeforderten Motordrehzahl und der gelieferten Motordrehzahl bestehen. Tatsächlich ist die mit der Implementierung solcher Änderung verbundene mechanische Antwortzeit in der Praxis viel langsamer als die Taktrate der Zündungssteuereinheit. Beispielsweise kann eine angewiesene Änderung des Krümmerdrucks eine Änderung der Drosselklappenstellung mit sich bringen, die eine zugeordnete mechanische Zeitverzögerung aufweist, und es besteht eine weitere Zeitverzögerung zwischen der tatsächlichen Bewegung der Drosselklappe und dem Erzielen des gewünschten Krümmerdrucks. Als Endergebnis ist es häufig nicht möglich, eine angewiesene Änderung bestimmter Motoreinstellungen im Zeitrahmen einer einzigen Zündgelegenheit zu implementieren. Blieben diese Verzögerungen unberücksichtigt, so würde sich daraus ein Unterschied zwischen der angeforderten und der gelieferten Motorleistung ergeben. In der illustrierten Ausführungsform ist das Filter 274 bereitgestellt, um zu einer Reduzierung solcher Diskrepanzen beizutragen. Spezifischer ist das Filter 274 so skaliert, dass seine Ausgabe sich mit ähnlicher Geschwindigkeit wie das Motorverhalten ändert; beispielsweise kann sie im Wesentlichen der Dynamik der Krummerfüllung/entleerung entsprechen.
In der in 4 illustrierten Ausführungsform gelangt die Ausgabe 225(a) der Zündungsbruchteil-Bestimmungseinheit 224 durch das Filter 270, was zu dem Signal 225(b) führt. Bei Verwendung einer Einfügeeinrichtung 272 wird deren Ausgabe auf dieser Stufe durch den Addierer 226 hinzugefügt, was zu dem Signal 225(c) führt. Natürlich wären die Signale 225(b) und 225(c) ohne Verwendung einer Einfügeeinrichtung (oder ohne Anwendung einer Einfügung) gleich. Bevorzugt ist dieses Signal 225(c) der angewiesene Zündungsbruchteil, der durch das Antriebsstrangparameter-Anpassungsmodul 133 bei der Bestimmung der geeigneten Antriebsstrang-Einstellungen gesehen und verwendet wird, so dass die Motoreinstellungen in geeigneter Weise berechnet werden, um die gewünschte Motorleistung für den angewiesenen Zündungsbruchteil unter Berücksichtigung der Wirkungen des Filters 270 und (falls vorhanden) der Einfügeeinrichtung 272 zu liefern. Das Signal 225(c) wird jedoch durch das Filter 274 geleitet, bevor es tatsächlich als der angewiesene Zündungsbruchteil 225(d) an die Zündungssteuereinrichtung 230 geliefert wird. Wie oben beschrieben, ist das Filter 274 dazu angeordnet, dazu beizutragen, die bei einer Änderung der Motoreinstellungen inhärenten Verzögerungen der Transientenantwort zu berücksichtigen. Somit trägt das Filter 274 zur Sicherstellung dessen bei, dass der Zündungsbruchteil, welcher der Zündungssteuereinrichtung 230 tatsächlich abverlangt wird, solche inhärenten Verzögerungen berücksichtigt.
Es dürfte ersichtlich sein, dass die Verzögerung bei der Vollendung eines angewiesenen Übergangs zwischen Zündungsbruchteilen, die durch das Filter 270 vermittelt werden, auf die Gesamtantwort des Motors unter den meisten Umständen keine Auswirkung hat. Jedoch gibt es Zeiten, zu denen eine solche Verzögerung unerwünscht sein kann, beispielsweise bei einer großen Änderung des angeforderten Zündungsbruchteils. Um solchen Situationen Rechnung zu tragen, können die Filter einen Umgehungsmodus enthalten, der bewirkt, dass die Ausgabe 225(a) der Zündungsbruchteil-Bestimmungseinheit 224 direkt an die Zündungssteuereinrichtung 230 weitergeleitet wird, wenn große Änderungen des Zündungsbruchteils dirigiert werden. Die Gestaltung solcher Umgehungsfilter ist auf dem Gebiet der Filtergestaltung bekannt. Beispielsweise können die filterinternen Einstellungen zurückgesetzt werden, um die Ausgabe des Filters auf einen vorbestimmten Wert zu zwingen.
Zur Implementierung beider Tiefpassfilter 270 und 274 können vielfältige Tiefpassfiltergestaltungen verwendet werden. Der Aufbau der Filter ist variierbar, um den Notwendigkeiten einer besonderen Anwendung zu entsprechen. Alternativ können Sensoren angeordnet sein, um in die Zündungssteuereinheit 220 Signale zu speisen, welche die Zeitentwicklung der MAP aktiv überwachen. Mit diesen Informationen und einem korrekten MAP-Modell ist das Filter 274 auf Basis dieser Informationen anpassbar. In einigen spezifischen Ausführungsformen werden als Filter 270 und 274 Tiefpass-IIR-(Unendliche-Impulsantwort-)-Filter verwendet, und es wurde festgestellt, dass diese besonders gut funktionieren. Wie das Angewiesener-Zündungsbruchteils-Signal 225 und die Zündungssteuereinrichtung 230 ist ein solches IR-Filter bevorzugt mit jeder Zündgelegenheit getaktet. Als Nächstes wird der Aufbau einer besonderen Gestaltung eines IR-Filters erster Ordnung erläutert, das zur Verwendung in dieser Anwendung geeignet ist. Es wird zwar eine besondere Filtergestaltung beschrieben, jedoch sei darauf hingewiesen, dass sehr vielfältige andere Tiefpassfilter ebenfalls nutzbar sind, darunter FIR-(Endliche-Impulsantwort-)-Filter usw.
Wie für den Fachmann auf dem Gebiet der Filtergestaltung ersichtlich ist, wäre die Formel für ein diskretes IIR-Filter erster Ordnung mit einer Abtastzeit T: Yn = CT·Xn + (1 – CT)Y(n – 1)
Bei der beschriebenen Ausführungsform ist der Takt jedoch variabel und an die Motordrehzahl gebunden. Zur Umwandlung des IIR-Filters erster Ordnung von einer konstanten Abtastzeit zu einem Filter erster Ordnung mit variabler Abtastzeit auf Basis des Kurbelwellenwinkels ist der Koeffizient daher folgendermaßen neu zu berechnen: CF = (CT/T)·(60/UpM)/(Anzahl Zylinder/2) CF = (2·CT/T)·(60/UpM)/(Anzahl Zylinder) CF = K·(60/UpM)/(Anzahl Zylinder), wobei CT und CF der Koeffizient des Filters für ein Filter ”T” auf Zeitbasis bzw. ein Filter ”F” auf Basis des Winkels oder Zündungsbruchteils ist.
Daher wäre die Formel für ein IIR-Filter erster Ordnung mit denselben Eigenschaften wie das oben genannte IR-Filter auf Zeitbasis: YF = CF·XF + (1 – CF)Y(F – 1).
Es wurde zwar ein besonderes IIR-Filter erster Ordnung beschrieben, jedoch sei darauf hingewiesen, dass anstelle des beschriebenen diskreten IIR-Filters erster Ordnung auch andere Filter, einschließlich von IIR-Filtern höherer Ordnung und anderen geeigneten Filter, auf einfache Weise verwendet werden könnten.
Verzerrung des Zündungsbruchteils
Bei den oben beschriebenen Ansätzen wird eine Menge Betriebs-Zündungsbruchteile identifiziert, die gute Vibrations-(oder NVH-)-Eigenschaften aufweisen, und die Zündungsbruchteil-Bestimmungseinheit 224 betont die Verwendung dieser Zündungsbruchteile während des Motorbetriebs. Die Menge der Betriebs-Zündungsbruchteile kann analytisch, experimentell oder mit anderen geeigneten Ansätzen gewonnen sein. Eine Begrenzung einer Zündungsauslassungs-Steuereinrichtung auf die Verwendung solcher Zündungsbruchteile kann die Motorvibrationen signifikant reduzieren. Dieser Ansatz lässt sich unter anderem so sehen, dass beobachtet wird, dass Bereiche von angeforderten Drehmomenten auf einen einzigen Zündungsbruchteil abgebildet werden, woraus sich eine treppenstufenartige Abbildung zwischen dem angeforderten Drehmoment und dem angewiesenen Zündungsbruchteil ergibt, wie in 3 illustriert. Anders ausgedrückt, bleibt der angewiesene Zündungsbruchteil in diesem Ansatz über einen Bereich von Drehmomentanforderungen konstant (der in 3 als Bereich angeforderter Zündungsbruchteile widergespiegelt ist).
In der mit Bezug auf 2 beschriebenen Ausführungsform ist ein spezifisches Verfahren zum Identifizieren bestimmter Zündungsbruchteilswerte offenbart, von denen bekannt ist, dass sie die Vibrationsmenge reduzieren, die durch in einem Zündungsauslassungs-Modus betriebene Motoren erzeugt wird. Für die Zwecke dieser Beschreibung lassen sich diese Punkte als CPG-Punkte bezeichnen, obwohl solche Punkte analytisch, experimentell oder mit Hybridtechniken bestimmt sein können. In der Praxis haben die beobachteten Vibrationen bei Verwendung von Zündungsbruchteilen in der Nähe, aber nicht genau gleich einem CPG-Punkt keine dramatischen Spitzen. Vielmehr sind die Vibrationseigenschaften, obwohl das Verhältnis keineswegs linear ist, tendenziell bei solchen Zündungsbruchteilen schlechter, die weiter von CPG-Punkten entfernt sind. Diese Eigenschaft ist grafisch beispielsweise in 5 zu sehen, welche die gemessene Längsbeschleunigung (eine besonders signifikante Vibrationseigenschaft) bei Zündungsbruchteilen in der Nähe des CPG-Punktes 1/3 illustriert. Diese Eigenschaft wird bei einer alternativen Angepasster-Zündungsbruchteil-Berechnungseinrichtung 124(b) ausgenutzt, die mit Bezug auf 6–7 beschrieben wird.
In dieser Ausführungsform ist die Angepasster-Zündungsbruchteil-Berechnungseinrichtung 124 dazu angeordnet, den angeforderten Zündungsbruchteil (oder das angeforderte Drehmoment) auf den angewiesenen Zündungsbruchteil auf eine Weise abzubilden, die dem treppenstufenartigen Ansatz aus 3 in gewisser Weise ähnelt, sich jedoch darin unterscheidet, dass die Verlaufsabschnitte 375 der ”Stufen” mit einer leichten Neigung gestaltet sind (d. h. nicht horizontal sind), während die Anstiegsabschnitte 377 der ”Stufen” viel steilere Neigungen haben, wie in den beiden 6 und 7 zu sehen ist. Eine Zündungsbruchteil-Berechnungseinrichtung, die ein angefordertes Drehmoment (oder einen angeforderte Zündungsbruchteil) auf diese Weise auf einen angewiesenen Zündungsbruchteil 125 abbildet, hat konzeptionell mehrere interessante Eigenschaften.
Durch Hinzufügen einer leichten Neigung zu dem Verlaufsabschnitt der Stufe wird der einem Bereich angeforderter Drehmomente zugeordnete angewiesene Zündungsbruchteil 125 verzerrt, so dass er in der Nähe eines Soll-CGP-Punktes bleibt, jedoch nicht konstant ist. Auf diese Weise wird die Vibration reduziert, da Werte in der Nähe von CPG-Punkten tendenziell auch gute Vibrationseigenschaften hauen. Gleichzeitig werden akustische Resonanzen mit viel geringerer Wahrscheinlichkeit angeregt, insbesondere wenn das angeforderte Drehmoment/der angeforderte Zündungsbruchteil sich ständig ändert, und sei es auch nur um geringe Beträge. Wie oben angegeben, wurde in Studien festgestellt, dass das aus dem Gaspedal ausgegebene Signal in der Realität auch bei Fahrtbedingungen im gleichbleibenden Zustand tendenziell etwas oszilliert. Diese inhärente Eigenschaft des Eingangssignals kann ausgenutzt werden, um zur Reduzierung akustischer Resonanzen beizutragen.
Konzeptionell sind die Anstiegsabschnitte der Stufen so vorstellbar, dass sie Übergänge zwischen CPG-Stadien darstellen. Folglich spiegeln diese Übergangsregionen allgemein Regionen mit weniger wünschenswerten Vibrationseigenschaften wider. Wenn die Neigung der Abbildung in dieser Region relativ steil ist, erfolgt der Übergang zwischen den CPG-Stadien relativ schnell, was bedeutet, dass die Menge der Zeit, während der das angeforderte Drehmoment innerhalb dieser Übergangsregionen liegt, probabilistisch relativ gering ist. Durch Minimieren der Zeit, während der die Zündungssteuereinrichtung 130, 230 instruiert wird, einen Zündungsbruchteil in diesen Übergangsregionen auszugeben, wird die Wahrscheinlichkeit einer Erzeugung von unerwünschten Vibrationen wesentlich reduziert, und es lassen sich gute NVH-Eigenschaften erzielen.
Es gibt viele Algorithmen, die zum Erzeugen einer Abbildung dieser Art verwendbar sind. Ein einfacher Ansatz ist eine stückweise-lineare Abbildung. Eine solche Abbildung lässt sich einfach durch Folgendes kennzeichnen: (1) eine Menge erwünschter Betriebspunkte (z. B. CPG-Punkte); (2) ein Parameter, der die Neigung der Abbildung um die Betriebspunkte diktiert; und (3) ein Parameter, der die Neigung der Abbildung an dem Punkt in der Mitte zwischen den Betriebspunkten diktiert. Die Menge der Betriebspunkte lässt sich mit jedem geeigneten Ansatz identifizieren (z. B. algorithmisch, experimentell usw.). Es wird angemerkt, dass die bereits beschriebenen CPG-Punkte zu diesem Zweck besonders gut funktionieren und die folgende Beschreibung CPG-Punkte als Betriebspunkte verwendet. Jedoch sei darauf hingewiesen, dass die Verwendung von CPG-Punkten durchaus keine Voraussetzung ist. Die Neigung (S_e) der Abbildung um die CPG-Punkte entspricht der Neigung des Verlaufsabschnitts 375 der Stufen. Diese Neigung (S_e) wird weniger als eins und bevorzugt signifikant weniger als eins betragen. Gut funktionieren, als Beispiel, Neigungen von 1/3 oder weniger und besonders bevorzugt 0,1 oder weniger. Die Neigung (S_m) der Abbildung an dem Punkt in der Mitte zwischen den CPG-Punkten entspricht der Neigung des Anstiegsabschnitts 377 der Stufen. Diese Neigung (S_m) wird größer sein als eins (und bevorzugt signifikant größer als eins, wie beispielsweise 3 oder größer, und besonders bevorzugt 10 oder größer). In der illustrierten Ausführungsform ist der Anstiegsabschnitt der Stufen am Mittelpunkt zwischen CPG-Punkten zentriert, was gut funktioniert, jedoch ist dies wiederum keine unbedingte Voraussetzung.
Mit dieser Menge von Einschränkungen ist die Abbildung von eingegebenem Zündungsbruchteil zu ausgegebenem Zündungsbruchteil vollständig bestimmt. Mit den obigen Parametern ist der ausgegebene Zündungsbruchteil zu jeder Zeit mit dem folgenden Algorithmus berechenbar.
Schritt 1: Finden des größten CPG-Punktes unterhalb des eingegebenen Zündungsbruchteils (CPG_lo) und des kleinsten CPG-Punktes oberhalb des eingegebenen Zündungsbruchteils (CPG_hi).
Schritt 2: Finden des Mittelpunktes (MP) von CPG_lo und CPG_hi.
Schritt 3: Bestimmen des Schnittpunktes einer Linie durch CPG_lo mit der Neigung S_e und einer Linie durch MP mit der Neigung S_m. Dies ist der untere Haltepunkt (BP_lo).
Schritt 4: Bestimmen des Schnittpunktes einer Linie durch CPG_hi mit der Neigung S_e und einer Linie durch MP mit der Neigung S_m. Dies ist der obere Haltepunkt (BP_hi).
Schritt 5: Bestimmen dessen, in welchem Segment der angeforderte Zündungsbruchteil liegt. Die drei Segmente sind: a) zwischen CPG_lo und BP_lo; b) zwischen BP_lo und BP_hi sowie c) zwischen BP_hi und CPG_hi.
Schritt 6: Verwenden der entsprechenden Linie (dargestellt als lineare Gleichung) zum Berechnen des ausgegebenen Zündungsbruchteils.
In einer Implementierung, bei der die Liniensegmente im laufenden Betrieb berechnet werden, müssen die Schritte 1–5 nur dann berechnet werden, wenn der Zündungsbruchteil sich von einem Segment zu einem anderen bewegt oder wenn einer der eingegebenen Parameter sich ändert (z. B. die Menge der verfügbaren CPG-Punkte). Somit müsste nur der letzte Schritt bei jeder Zündgelegenheit berechnet werden. Natürlich sind die Ergebnisse der ersten fünf Schritte auch leicht in Form einer Verweistabelle implementierbar, um die Berechnungen noch weiter zu vereinfachen. Es sei darauf hingewiesen, dass die Form des Liniensegments bzw. der Liniensegmente zwischen CPG-Punkten mit einem solchen Ansatz leicht anpassbar ist und dass die Segmente leicht mit einem oder mehreren anderen Zwischenpunkten als dem Mittelpunkt zwischen benachbarten CPG-Punkten definierbar sind.
Diese beschriebene Verzerrung des Zündungsbruchteils ist kompakt und leicht zu berechnen. Sie hat den Vorteil, die Wahrscheinlichkeit eines Aufbaus akustischer Resonanz zu reduzieren, deren Auftreten bei Verwendung eines einzigen Zündungsbruchteils über einen ausgedehnten Zeitraum wahrscheinlicher ist. Die Art der Abbildung von eingegebenem Zündungsbruchteil zu ausgegebenem Zündungsbruchteil bewirkt, dass der Motor bevorzugt in Regionen mit niedriger Vibration betrieben wird. Der Kompromiss zwischen diesen beiden Zielen (d. h. der Bevorzugung eines Verbleibens an einem hinsichtlich Vibrationen günstigen Punkt versus dem Wunsch, akustische Resonanzen zu vermeiden) lässt sich unter Verwendung einer kleinen Menge von Parametern bewerkstelligen.
Die beschriebene stückweise lineare Abbildung funktioniert zwar gut, jedoch sei darauf hingewiesen, dass an ihrer Stelle auch sehr vielfältige andere Abbildungen verwendet werden könnten. Beispielsweise sind Techniken, die zum Anpassen der Neigung und Werte am CPG und Mittelpunkt kubische Polynome verwenden, leicht verwendbar und funktionieren tendenziell gut. Außerdem wird in der illustrierten Ausführungsform zum Definieren der Übergangsabbildung zwischen CPG-Punkten eine einzige Funktion verwendet. Dies ist jedoch keine Voraussetzung. In alternativen Ausführungsformen können zum Abbilden von Übergängen zwischen benachbarten CPG-Punkt-Paaren unterschiedliche Funktionen verwendet werden, und/oder es können unterschiedliche Neigungen für unterschiedliche einzelne Segmente verwendet werden. Beispielsweise könnte die Neigung um den CPG-Punkt ½ null betragen, während benachbarte Segmente eine positive Neigung haben können. Dies kann wünschenswert sein, um zu ermöglichen, dass der Motor auf eine Weise betrieben wird, die den herkömmlichen Motoren mit variablem Hubraum ähnlicher ist, wenn der Zündungsbruchteil in der Nähe einer Hälfte liegt (oder andere Zündungsbruchteile, die mit Betriebszuständen bei herkömmlichem variablem Hubraum koextensiv sind). Alternativ könnte die Neigung durch den CPG-Punkt ½ sehr groß oder unendlich sein, wodurch ihr Funktionieren auf diesem CPG-Niveau effektiv ausgeschlossen würde.
Weitere Merkmale
Die beschriebenen Techniken zur Verwaltung von Zündungsbruchteilen nutzen Kenntnisse über Betriebseigenschaften von Motoren, um die Verwendung von Zündungsbruchteilen mit niedrigeren Vibrationseigenschaften zu fördern, während Änderungen des Zündungsbruchteils ausgeglichen werden, indem geeignete Motorbetriebsparameter (wie etwa die Masse-Luft-Füllung) verändert werden. Die so entstehenden Steuereinrichtungen sind allgemein relativ leicht implementierbar und können NVH-Probleme im Vergleich zu herkömmlicher Zündungsauslassungs-Motorsteuerung signifikant reduzieren. Es wurden zwar nur einige Ausführungsformen der Erfindung ausführlich beschrieben, jedoch sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung in vielen anderen Formen implementierbar ist, ohne den Gedanken oder Umfang der Erfindung zu verlassen.
Insbesondere wurden eine Reihe von Merkmalen wie etwa die Filter 270 und 274, die Einfügeeinrichtung 272, das Vorfilter 261, die Verwendung von Hysterese auf verschiedenen Eingangssignalen, die in Berechnungen innerhalb einer Zündungsbruchteil-Berechnungseinrichtung (oder anderen Komponente) verwendet werden, die Verwendung eines Taktes auf Basis von Motordrehzahl oder Kurbelwellenwinkel usw. in dem Zusammenhang spezifischer Ausführungsformen beschrieben. Obwohl diese Merkmale in dem Zusammenhang bestimmter Ausführungsformen spezifisch erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass die Konzepte allgemeinerer Art sind und dass solche Komponenten und die ihnen zugeordneten Funktionen vorteilhaft in jede der beschriebenen und/oder beanspruchten Zündungsauslassungs-Zündungssteuereinheiten aufgenommen sein können.
Die Ermöglichung dessen, dass die Steuereinrichtung einen ziemlich breiten Bereich von Zündungsbruchteilen nutzt, im Gegensatz zu den ziemlich kleinen Mengen, die von den meisten Zündungsauslassungs-Steuereinrichtungen erwogen werden (oder der extrem begrenzten Auswahl von Hubräumen, die in herkömmlichen Motoren mit variablem Hubraum zugelassen sind), ermöglicht das Erzielen einer besseren Kraftstoffeffizienz, als sie bei solchen herkömmlichen Gestaltungen möglich ist. Die aktive Zündungsbruchteilverwaltung und die verschiedenen beschriebenen Techniken tragen zur Verminderung von NVH-Bedenken bei. Gleichzeitig wird das angeforderte Drehmoment durch Anpassen geeigneter Motoreinstellungen wie etwa der Drosselklappeneinstellung in geeigneter Weise geliefert (was zur Steuerung des Krümmerdrucks und somit der MAC beiträgt), um die gewünschte Motorleistung zu liefern. Die so entstehenden Kombinationen ermöglichen die Gestaltung vielfältiger unterschiedlicher, wirtschaftlicher Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtungen.
Oben wurde angemerkt, dass bei vielen Implementierungen die Anzahl der verfügbaren Zündungsbruchteile als Funktion der Motordrehzahl variieren kann. Es gibt zwar keine festen Grenzwerte, jedoch ist es üblich, dass die Anzahl verfügbarer Zündungsbruchteilzustände für einen mit einer Motordrehzahl von 1000 UpM oder darüber betriebenen Achtzylindermotor mindestens 23 verfügbare Zündungsbruchteile hat und derselbe Motor, der mit einer Motordrehzahl von mehr als 1500 UpM betrieben wird, mehr als die doppelte Anzahl verfügbarer Zündungsbruchteilzustände hat. Als Beispiel illustriert 8 grafisch die Erhöhung der Anzahl potenziell verfügbarer Zündungsbruchteile bei einer Erhöhung der MPCFO in der Ausführungsform aus 2. Für eine feste Grenzfrequenz skaliert die MPCFO sich linear mit der Motordrehzahl. 9 bildet die Erhöhung der potenziell verfügbaren Zündungsbruchteile für einen 8-Zylinder-4-Takt-Motor mit einer festen Grenzfrequenz von 8 Hz ab. Wie hier zu sehen ist, erhöht sich die Anzahl potenziell verfügbarer Zündungsbruchteile mehr als linear mit der Motordrehzahl, was eine bessere Kraftstoffeffizienz und glattere Übergänge zwischen Zündungsbruchteilen ermöglicht.
Bei mehreren der beschriebenen Ausführungsformen werden algorithmisch oder logisch basierte Ansätze zum Bestimmen eines angepassten Zündungsbruchteils erläutert. Es sei darauf hingewiesen, dass jede der beschriebenen Funktionalitäten leicht algorithmisch, über Verweistabellen, in diskreter Logik, in programmierbarer Logik oder auf jede andere geeignete Weise zu erzielen ist.
Es wird zwar eine Zündungsauslassungs-Verwaltung beschrieben, jedoch sei darauf hingewiesen, dass bei tatsächlichen Implementierungen die Zündungsauslassungssteuerung nicht unter Ausschluss anderer Motorsteuerarten verwendet werden muss. Beispielsweise gibt es häufig Betriebsbedingungen, bei denen es wünschenswert ist, den Motor in einem herkömmlichen Modus (mit Zündung aller Zylinder) zu betreiben, in dem die Leistung des Motors primär durch die Drosselklappenstellung im Gegensatz zum Zündungsbruchteil moduliert wird. Wenn ein angewiesener Zündungsbruchteil mit einem Betriebszustand koextensiv ist, der in einem Standardmodus mit variablem Hubraum verfügbar wäre (d. h. wenn immer nur eine feste Menge Zylinder gezündet werden), kann es zusätzlich oder alternativ wünschenswert sein, nur eine spezifische vorbestimmte Menge von Zylindern zu betreiben, um den herkömmlichen Motorbetrieb mit variablem Hubraum bei solchen Zündungsbruchteilen nachzuahmen.
Die Erfindung wurde primär in dem Zusammenhang einer Steuerung der Zündung von 4-Takt-Kolbenmotoren beschrieben, die zur Verwendung in Kraftfahrzeugen geeignet sind. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die beschriebenen Ansätze mit kontinuierlich variablem Hubraum sich sehr gut zur Verwendung in sehr vielfältigen Verbrennungsmotoren eignen. Dazu gehören Motoren für praktisch jede Art von Fahrzeug – unter anderem PKWs, LKWs, Boote, Flugzeuge, Motorräder, Roller usw.; für nicht-fahrzeugtechnische Anwendungen wie etwa Generatoren, Rasenmäher, Laubbläser, Modelle usw. und praktisch jede andere Anwendung, bei der ein Verbrennungsmotor genutzt wird. Die verschiedenen beschriebenen Ansätze funktionieren mit Motoren, die unter sehr vielfältigen unterschiedlichen thermodynamischen Zyklen funktionieren – einschließlich praktisch jedes Typs von Zweitakt-Kolbenmotoren, Dieselmotoren, Otto-Zyklus-Motoren, Dualzyklus-Motoren, Miller-Zyklus-Motoren, Atkins-Zyklus-Motoren, Wankelmotoren und anderen Arten von Kreiskolbenmotoren, Gemischt-Zyklus-Motoren (etwa dualen Otto- und Dieselmotoren), Hybridmotoren, Radialmotoren usw. Außerdem wird davon ausgegangen, dass die beschriebenen Ansätze mit neu entwickelten Verbrennungsmotoren gut funktionieren werden, ungeachtet dessen, ob dieselben unter Nutzung gegenwärtig bekannter oder später entwickelter thermodynamischer Zyklen funktionieren.
Bei einigen der Beispiele in den aufgenommenen Patenten und Patentanmeldungen wird ein optimierter Zündungsauslassungs-Ansatz erwogen, bei dem die gezündeten Arbeitskammern unter im Wesentlichen optimalen (thermodynamischen oder anderen) Bedingungen gezündet werden. Beispielsweise kann die Luft-Masse-Füllung, die für jede der Zylinderzündungen in die Arbeitskammern eingeführt wird, auf die Luft-Masse-Füllung eingestellt sein, die im gegenwärtigen Betriebszustand des Motors (z. B. Motordrehzahl, Umweltbedingungen usw.) im Wesentlichen die höchste thermodynamische Effizienz bereitstellt. Der beschriebene Steuerungsansatz funktioniert sehr gut, wenn er in Verbindung mit einem optimierten Zündungsauslassungs-Motorbetrieb dieser Art verwendet wird. Dies ist jedoch keineswegs eine Voraussetzung. Vielmehr funktioniert der beschriebene Steuerungsansatz gut ungeachtet der Bedingungen, unter denen die Arbeitskammern gezündet werden.
Wie in einigen der angeführten Patente und Patentanmeldungen erläutert, kann die beschriebene Zündungssteuereinheit innerhalb einer Motorsteuereinheit, als ein separater Zündungssteuerungs-Coprozessor oder auf jede andere geeignete Weise implementiert sein. In vielen Anwendungen ist es wünschenswert, Zündungsauslassungssteuerung als Betriebsmodus zusätzlich zu herkömmlichem Motorbetrieb (d. h. einem solchen mit Zündung aller Zylinder) bereitzustellen. Dies ermöglicht, dass der Motor in einem herkömmlichen Modus betrieben wird, wenn die Bedingungen sich für einen Zündungsauslassungs-Betrieb nicht gut eignen. Beispielsweise kann ein herkömmlicher Betrieb in bestimmten Motorzuständen wie etwa der Inbetriebnahme des Motors, niedrigen Motordrehzahlen usw. vorzuziehen sein.
In einigen Ausführungsformen wird angenommen, dass bei der Verwaltung des Zündungsbruchteils alle Zylinder zur Verwendung verfügbar wären. Dies ist jedoch keine Voraussetzung. Wenn es für eine besondere Anwendung erwünscht ist, kann die Zündungssteuereinheit leicht dazu gestaltet sein, einen oder einige vorgesehene Zylinder immer auszulassen, wenn der erforderliche Hubraum unter einer vorgesehenen Schwelle liegt. In wiederum anderen Implementierungen könnte jeder der beschriebenen Arbeitstakt-Auslass-Ansätze auf Motoren mit herkömmlichem variablem Hubraum während des Betriebs in einem Modus angewandt werden, in dem einige ihrer Zylinder abgeschaltet wurden.
Die beschriebene Zündungsauslassungssteuerung ist leicht mit vielfältigen anderen Techniken zur Verbesserung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit oder Leistungsfähigkeit verwendbar – einschließlich Techniken mit magerer Verbrennung, Kraftstoffeinspritz-Profilbildungstechniken, Turboaufladung, Aufladung usw. Die meisten der oben beschriebenen Ausführungsformen einer Zündungssteuereinrichtung nutzen Sigma-Delta-Umwandlung. Zwar wird davon ausgegangen, dass Sigma-Delta-Wandler sich zur Verwendung in dieser Anwendung sehr gut eignen, jedoch sei darauf hingewiesen, dass die Wandler sehr vielfältige Modulationsschemata verwenden können. Beispielsweise sind zum Liefern des angewiesenen Zündungsbruchteils Pulsweitenmodulation, Pulshöhenmodulation, Codeteilungs-Mehrfachzugrifforientierte Modulation oder andere Modulationstechniken verwendbar. Einige der beschriebenen Ausführungsformen nutzen Wandler erster Ordnung. Jedoch sind in anderen Ausführungsformen Wandler höherer Ordnung verwendbar.
Die meisten herkömmlichen Kolbenmotoren mit variablem Hubraum sind dazu angeordnet, ungenutzte Zylinder zu deaktivieren, indem die Ventile während des gesamten Arbeitstaktes geschlossen gehalten werden und so versucht wird, die negativen Effekte eines Pumpens von Luft durch ungenutzte Zylinder zu minimieren. Die beschriebenen Ausführungsformen funktionieren gut in Motoren mit der Fähigkeit, ausgelassene Zylinder auf ähnliche Weise zu deaktivieren oder abzuschalten. Obwohl dieser Ansatz gut funktioniert, bewegt sich der Kolben immer noch im Motor auf und ab. Die Auf-und-Ab-Bewegung des Kolbens im Motor führt Reibungsverluste ein, und in der Praxis entweicht typischerweise ein Teil der komprimierten Gase im Zylinder am Kolbenring vorbei, wodurch auch einige Pumpverluste eingeführt werden. Die Reibungsverluste aufgrund der Auf-und-Ab-Bewegung der Kolben sind in Kolbenmotoren relativ hoch, und daher sind theoretisch signifikante weitere Verbesserungen der Gesamt-Kraftstoffeffizienz erzielbar, indem die Kolben während ausgelassener Arbeitstakte freigegeben werden. Im Laufe der Jahre hat es mehrere Motorgestaltungen gegeben, bei denen versucht wurde, Reibungsverluste in Motoren mit variablem Hubraum durch Freigabe des Kolbens aus der Auf-und-Ab-Bewegung zu reduzieren. Den Erfindern der vorliegenden Erfindung ist keine solche Gestaltung bekannt, die gewerblichen Erfolg erreicht hat. Jedoch wird vermutet, dass der begrenzte Markt für solche Motoren deren Entwicklung in Produktionsmotoren bisher verhindert. Da die mit einer Kolbenfreigabe verbundenen Zugewinne an Kraftstoffeffizienz recht signifikant sind, die für Motoren, welche die beschriebenen Zündungsauslassungs- und Variabler-Hubraum-Steuerungsansätze enthalten, potenziell verfügbar sind, kann dies die Entwicklung von Motoren mit Kolbenfreigabe durchaus gewerblich möglich machen.
Angesichts des Voranstehenden dürfte ersichtlich sein, dass die vorliegenden Ausführungsformen als illustrativ und nicht einschränkend zu betrachten sind und die Erfindung nicht auf die hier angegebenen Details zu begrenzen ist, sondern innerhalb des Umfangs der beigefügten Patentansprüche modifizierbar ist.

Claims

Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung, umfassend: eine Zündungsbruchteil-Bestimmungseinheit, die dazu angeordnet ist, einen Betriebs-Zündungsbruchteil und zugeordnete Motoreinstellungen zum Liefern einer gewünschten Motorleistung zu bestimmen, wobei die Zündungsbruchteil-Bestimmungseinheit dazu angeordnet ist, den Zündungsbruchteil aus einer Menge verfügbarer Zündungsbruchteile auszuwählen, wobei die Menge verfügbarer Zündungsbruchteile in der Weise als Funktion der Motordrehzahl variiert, dass bei höheren Motordrehzahlen mehr Zündungsbruchteile als bei niedrigeren Motordrehzahlen verfügbar sind; und eine Zündungssteuereinrichtung, die dazu angeordnet ist, Zündungen auf eine Zündungsauslassungs-Weise zu dirigieren, die den ausgewählten Betriebs-Zündungsbruchteil liefert.
Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung, umfassend: eine Zündungsbruchteil-Bestimmungseinheit, die dazu angeordnet ist, einen Zündungsbruchteil zu bestimmen, der zum Liefern einer gewünschten Motorleistung geeignet ist, wobei die Zündungsbruchteil-Bestimmungseinheit dazu angeordnet ist, einen Betriebs-Zündungsbruchteil zu bestimmen, der eine zugeordnete sich wiederholende Zündzykluslänge hat, die sich bei der gegenwärtigen Motordrehzahl wenigstens eine vorgesehene Anzahl von Malen pro Sekunde wiederholt; und eine Zündungssteuereinrichtung, die dazu angeordnet ist, Zündungen auf eine Zündungsauslassungs-Weise zu dirigieren, die den ausgewählten Betriebs-Zündungsbruchteil liefert.
Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung, umfassend: eine Angeforderter-Zündungsbruchteil-Berechnungseinrichtung, die dazu angeordnet ist, einen angeforderten Zündungsbruchteil zu bestimmen, der zum Liefern einer gewünschten Motorleistung unter ausgewählten Motor-Betriebsbedingungen geeignet ist; eine Angepasster-Zündungsbruchteil-Bestimmungseinheit, die dazu angeordnet ist, einen Betriebs-Zündungsbruchteil zu bestimmen, der Vibrationen innerhalb eines definierten Frequenzbereiches relativ zu dem angeforderten Zündungsbruchteil reduziert; und eine Zündungssteuereinrichtung, die dazu angeordnet ist, Zündungen auf eine Zündungsauslassungs-Weise zu dirigieren, die den ausgewählten Betriebs-Zündungsbruchteil liefert.
Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung, umfassend: eine Zündungsbruchteil-Bestimmungseinheit, die dazu angeordnet ist, einen Betriebs-Zündungsauslassungs-Zündungsbruchteil zu bestimmen, der zum Liefern einer gewünschten Motorleistung geeignet ist; eine Zündungssteuereinrichtung, die dazu angeordnet ist, Zündungen auf eine Zündungsauslassungs-Weise zu dirigieren, die den bestimmten Betriebs-Zündungsbruchteil bereitstellt; und wobei die Zündungsbruchteil-Bestimmungseinheit dazu angeordnet ist, nur Zündungsbruchteile auszuwählen, die nicht zum Ergebnis haben, dass die Zündungssteuereinrichtung Zündungen in Zündmustern dirigiert, die Frequenzkomponenten unterhalb einer vorgesehenen Frequenzschwelle haben.
Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung, umfassend: eine Zündungsbruchteil-Bestimmungseinheit, die dazu angeordnet ist, ein Eingangssignal zu empfangen, das eine gewünschte Motorleistung anzeigt, und einen Betriebs-Zündungsbruchteil zu bestimmen, der zum Liefern der gewünschten Motorleistung geeignet ist, wobei die Zündungsbruchteil-Bestimmungseinheit dazu angeordnet ist, eine maximale Zündzykluslänge zu bestimmen, die bei einer gegenwärtigen Motordrehzahl verwendet werden kann, während sichergestellt wird, dass ein Zündzyklus sich bei der gegenwärtigen Motordrehzahl mit einer Rate bei oder oberhalb einer vorgesehenen Minimalfrequenz wiederholt, und der bestimmte Betriebs-Zündungsbruchteil einem Zündmusterzugeordnet ist, das eine sich wiederholende Zykluslänge hat, welche die bestimmte maximale Zündzykluslänge nicht übersteigt, wodurch die Anzahl möglicher Zündungsbruchteile als Funktion der Motordrehzahl variiert; und eine Zündungssteuereinrichtung, die dazu angeordnet ist, Zündungen auf eine Zündungsauslassungs-Weise zu dirigieren, die den Betriebs-Zündungsbruchteil liefert.
Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung ferner dazu angeordnet ist, die Anpassung wenigstens eines ausgewählten Motorsteuerparameters in der Weise zu bewirken, dass der Motor die gewünschte Leistung bei dem Betriebs-Zündungsbruchteil ausgibt.
Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung, umfassend: eine Zündungsbruchteil-Bestimmungseinheit, die dazu angeordnet ist, einen angewiesenen Betriebs-Zündungsbruchteil zu bestimmen; eine Zündungssteuereinrichtung, die dazu angeordnet ist, Zündungen auf eine Zündungsauslassungs-Weise zu dirigieren, die den Betriebs-Zündungsbruchteil liefert, wobei die Zündungssteuereinrichtung dazu angeordnet ist, einen Anteil einer Zündung zu verfolgen, der angefordert, aber durch die Zündungssteuereinrichtung noch nicht dirigiert wurde, um dadurch dazu beizutragen, Übergänge zwischen unterschiedlichen angewiesenen Zündungsbruchteilen zu verwalten; und ein Filter, das dazu angeordnet ist, Änderungen angewiesener Zündungsbruchteile über mehrere Zündgelegenheiten zu verteilen.
Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung gemäß Anspruch 7, ferner umfassend: einen Motorparameter-Anpassungsblock, der dazu angeordnet ist, die Anpassung wenigstens eines ausgewählten Motorsteuerparameters in ausreichender Weise zu bewirken, so dass der Motor bei dem angewiesenen Betriebs-Zündungsbruchteil eine gewünschte Leistung ausgibt, und ein zweites Filter, das eine Filterantwort hat, die dazu angeordnet ist, im Wesentlichen einer Antwort des wenigstens einen ausgewählten Motorsteuerparameters zu entsprechen, wobei das zweite Filter dazu angeordnet ist, zu bewirken, dass Änderungen des angewiesenen Zündungsbruchteils Änderungen des wenigstens einen ausgewählten Motorsteuerparameters entsprechen.
Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung, umfassend: eine Zündungsbruchteil-Bestimmungseinheit, die dazu angeordnet ist, ein Eingangssignal zu empfangen, das eine gewünschte Motorleistung anzeigt, und einen angewiesenen Zündungsbruchteil auszugeben, der dazu angeordnet ist, die gewünschte Motorleistung zu liefern; eine Zündungssteuereinrichtung, die dazu angeordnet ist, Zündungen auf eine Zündungsauslassungs-Weise zu dirigieren, die den bestimmten Zündungsbruchteil liefert, wobei die Zündungssteuereinrichtung dazu angeordnet ist, einen Anteil einer Zündung zu verfolgen, der angefordert, aber durch die Zündungssteuereinrichtung noch nicht dirigiert wurde, um dadurch dazu beizutragen, Übergänge zwischen unterschiedlichen angewiesenen Zündungsbruchteilen zu verwalten; einen Antriebsstrangparameter-Anpassungsblock, der dazu angeordnet ist, die Anpassung wenigstens eines ausgewählten Antriebsstrang-Steuerparameters in ausreichender Weise zu bewirken, so dass der Motor die gewünschte Leistung bei dem angewiesenen Zündungsbruchteil ausgibt, und ein Filter, das eine Filterantwort hat, die dazu angeordnet ist, im Wesentlichen einer Antwort des wenigstens einen ausgewählten Antriebsstrang-Steuerparameters zu entsprechen, wobei das Filter dazu angeordnet ist, zu bewirken, dass Änderungen des angewiesenen Zündungsbruchteils Änderungen des wenigstens einen ausgewählten Antriebsstrang-Steuerparameters entsprechen.
Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zündungssteuereinrichtung dazu angeordnet ist, den Anteil einer Zündung zu verfolgen, der angewiesen, aber noch nicht dirigiert wurde, um dadurch dazu beizutragen, Übergänge zwischen unterschiedlichen Zündungsbruchteilen zu verwalten.
Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zündungssteuereinrichtung dazu angeordnet ist, die Zündungen zu verteilen, während der ausgewählte Zündungsbruchteil geliefert wird, und durch Änderungen des ausgewählten Zündungsbruchteils.
Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zündungssteuereinrichtung einen Akkumulator aufweist, der einen relativen Anteil einer Zündung verfolgt, der angefordert, aber durch die Zündungssteuereinrichtung noch nicht dirigiert wurde, wodurch der Akkumulator dazu beiträgt, Übergänge zwischen unterschiedlichen Zündungsbruchteilen zu glätten.
Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zündungssteuereinrichtung einen Sigma-Delta-Wandler erster Ordnung aufweist oder im Wesentlichen äquivalent dazu funktioniert.
Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch die Zündungsbruchteil-Bestimmungseinheit bei der Bestimmung des Zündungsbruchteils Hysterese angewandt wird, um dazu beizutragen, die Wahrscheinlichkeit schneller Hin-und-Her-Fluktuationen zwischen Betriebs-Zündungsbruchteilen zu reduzieren.
Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner eine Einfügeeinrichtung umfassend, die dazu angeordnet ist, die Zündungssteuereinrichtung gelegentlich zu instruieren, zusätzliche Zündungen einzufügen, um dazu beizutragen, ein Durchbrechen eines dem ausgewählten Betriebs-Zündungsbruchteil zugeordneten zyklischen Musters zu ermöglichen.
Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner eine Dither-Einfügeeinrichtung umfassend, die dazu angeordnet ist, zu dem ausgewählten Zündungsbruchteil Dither hinzuzufügen, um dazu beizutragen, ein Durchbrechen eines dem ausgewählten Betriebs-Zündungsbruchteil zugeordneten zyklischen Musters zu ermöglichen.
Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zündungsbruchteil-Bestimmungseinheit ein Angewiesener-Zündungsbruchteil-Signal ausgibt, das den ausgewählten Betriebs-Zündungsbruchteil für die Zündungssteuereinrichtung anzeigt, wobei die Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung ferner ein Filter umfasst, das dazu angeordnet ist, Änderungen des angewiesenen Zündungsbruchteils über mehrere Zündgelegenheiten zu verteilen.
Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung gemäß einem der Ansprüche 7–9 und 17, wobei das Filter ein Tiefpassfilter ist.
Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung gemäß einem der Ansprüche 7–9 und 17–18, ferner eine Filterumgehung umfassend, die ein Umgehen des Filters in Antwort auf wenigstens eine vorbestimmte Art einer Änderung des angewiesenen Betriebs-Zündungsbruchteils erlaubt.
Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung gemäß einem der Ansprüche 7–9 und 17–19, wobei das Filter aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Unendliche-Impulsantwort-(IIR-)-Filter und einem Endliche-Impulsantwort-(FIR-)-Filter besteht.
Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung gemäß einem der Ansprüche 7–9 und 17–20, wobei ein für das Filter verwendeter Takt ein variabler Takt auf Basis der Motordrehzahl ist.
Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung gemäß einem der Ansprüche 7–9 und 17–21, wobei das Filter eine Antwort hat, die im Wesentlichen Variationen des absoluten Krümmerdrucks entspricht.
Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zündungsbruchteil-Bestimmungseinheit eine Verweistabelle aufweist, die Zündungsbruchteile identifiziert, die zur Verwendung als der ausgewählte Zündungsbruchteil geeignet sind, und wobei ein Index für die Verweistabelle wenigstens ein Element ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus angeforderter Leistung, angefordertem Zündungsbruchteil und Motordrehzahl besteht.
Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung gemäß Anspruch 23, wobei die Verweistabelle eine mehrdimensionale Verweistabelle ist und ein erster Index zu der Verweistabelle eines von angeforderter Leistung und angefordertem Zündungsbruchteil ist und ein zweiter Index für die Verweistabelle die Motordrehzahl ist.
Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung gemäß Anspruch 23 oder 24 oder wobei ein zusätzlicher Index zu der Verweistabelle der Getriebegang ist.
Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zündungsbruchteil-Bestimmungseinheit aufweist: einen Angeforderter-Zündungsbruchteil-Bestimmungsblock, der dazu angeordnet ist, das Eingangssignal zu empfangen, das eine gewünschte Motorleistung anzeigt, und einen angeforderten Zündungsbruchteil zu bestimmen, der zum Liefern der gewünschten Motorleistung unter ausgewählten Motorbetriebsbedingungen geeignet ist, wobei der angeforderter-Zündungsbruchteil-Bestimmungsblock ein Gewünschter-Zündungsbruchteil-Signal ausgibt, das einen gewünschten Zündungsbruchteil anzeigt; und einen Angepasster-Zündungsbruchteil-Bestimmungsblock, der dazu angeordnet ist, das Angeforderter-Zündungsbruchteil-Signal zu empfangen und einen modifizierten Zündungsbruchteil zur Verwendung als der Betriebs-Zündungsbruchteil zu identifizieren, wenn der angeforderte Zündungsbruchteil keine zugeordnete sich wiederholende Zündzykluslänge hat, die sich bei der gegenwärtigen Motordrehzahl wenigstens eine vorgesehene Anzahl von Malen pro Sekunde wiederholt.
Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung gemäß Anspruch 26, wobei der Angepasster-Zündungsbruchteil-Bestimmungsblock ferner dazu angeordnet ist, die Anpassung wenigstens eines ausgewählten Motorsteuerparameters in ausreichender Weise zu bewirken, so dass der Motor die gewünschte Leistung bei dem angepassten Zündungsbruchteil ausgibt.
Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung gemäß Anspruch 26 oder 27, wobei die Angepasster-Zündungsbruchteil-Bestimmungseinheit ferner dazu angeordnet ist, einen Zündungsbruchteil auszuwählen, der eine zugeordnete sich wiederholende Zündmusterlänge hat, die sich bei der gegenwärtigen Motordrehzahl wenigstens eine vorgesehene Anzahl von Malen pro Sekunde wiederholt.
Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zündungsbruchteil-Bestimmungseinheit aufweist: eine Angeforderter-Zündungsbruchteil-Bestimmungseinheit, die dazu angeordnet ist, ein Eingangssignal zu empfangen, das eine gewünschte Motorleistung anzeigt, und einen angeforderten Zündungsbruchteil zu bestimmen, der zum Liefern der gewünschten Motorleistung unter ausgewählten Motorbetriebsbedingungen geeignet ist, wobei die Zündungsbruchteil-Bestimmungseinheit ein Gewünschter-Zündungsbruchteil-Signal ausgibt, das einen gewünschten Zündungsbruchteil anzeigt; und eine Vibrationssteuereinheit, die bestimmt, ob der gewünschte Zündungsbruchteil die Erzeugung einer Zündsequenz bewirken würde, die unerwünschte Frequenzkomponenten aufweist, wobei, wenn die Vibrationssteuereinheit bestimmt, dass das Angeforderter-Zündungsbruchteil-Signal die Erzeugung einer Zündsequenz bewirken würde, die unerwünschte Frequenzkomponenten hat, die Vibrationssteuereinheit einen modifizierten Betriebs-Zündungsbruchteil bestimmt, der wesentlich weniger von den unerwünschten Frequenzkomponenten als die angeforderten Zündungsbruchteile bewirken würde, und die Anpassung ausgewählter Motorsteuerparameter in ausreichender Weise bewirkt, so dass der Motor die gewünschte Leistung bei dem modifizierten Betriebs-Zündungsbruchteil ausgibt.
Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zündungsbruchteil-Bestimmungseinheit ferner dazu angeordnet ist: eine maximale Zündzykluslänge zu bestimmen, die bei einer gegenwärtigen Motordrehzahl verwendet werden kann, während sichergestellt wird, dass ein Zündzyklus bei der gegenwärtigen Motordrehzahl wenigstens eine vorgesehene Minimalfrequenz wiederholt, und der bestimmte Betriebs-Zündungsbruchteil einem Zündmuster zugeordnet ist, das eine sich wiederholende Zykluslänge hat, welche die bestimmte maximale Zündzykluslänge nicht übersteigt; und wodurch die Anzahl möglicher Zündungsbruchteile als Funktion der Motordrehzahl variiert.
Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zündungsbruchteil-Bestimmungseinheit dazu angeordnet ist, einen Betriebs-Zündungsbruchteil auszuwählen, der Vibrationen in einem Frequenzbereich reduziert, der im Wesentlichen einem Frequenzbereich entspricht, gegenüber dem Insassen eines Fahrzeugs am empfindlichsten sind.
Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zündungsbruchteil-Bestimmungseinheit ferner dazu angeordnet ist, die Verwendung von Betriebs-Zündungsbruchteilen zu verhindern, die unerwünschtes akustisches Geräusch erzeugen würden.
Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung, umfassend eine Zündungsbruchteil-Bestimmungseinheit, die dazu angeordnet ist, einen Betriebs-Zündungsbruchteil zu bestimmen, der zum Liefern einer angeforderten Motorleistung geeignet ist, wobei eine Abbildung zwischen einem von (a) der angeforderten Leistung oder (b) einem angeforderten Zündungsbruchteil auf den Betriebs-Zündungsbruchteil nichtlinear ist und nicht auf eine vordefinierte Menge verfügbarer Zündungsbruchteile beschränkt ist, und wobei die Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung dazu angeordnet ist, Zündungen auf eine Zündungsauslassungs-Weise zu dirigieren, die den Betriebs-Zündungsbruchteil liefert.
Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung, umfassend: eine Angeforderter-Zündungsbruchteil-Berechnungseinrichtung, die dazu angeordnet ist, einen angeforderten Zündungsbruchteil zu bestimmen, der zum Liefern einer gewünschten Motorleistung unter ausgewählten Motorbetriebsbedingungen geeignet ist; und eine Angepasster-Zündungsbruchteil-Bestimmungseinheit, die dazu angeordnet ist, einen Betriebs-Zündungsbruchteil zumindest teilweise auf Basis des angeforderten Zündungsbruchteils zu bestimmen, wobei eine Abbildung zwischen dem angeforderten Zündungsbruchteil und dem Betriebs-Zündungsbruchteil nichtlinear ist und der Betriebs-Zündungsbruchteil nicht auf eine vordefinierte Menge verfügbarer Zündungsbruchteile beschränkt ist; und eine Zündungssteuereinrichtung, die dazu angeordnet ist, Zündungen auf eine Zündungsauslassungs-Weise zu dirigieren, die den Betriebs-Zündungsbruchteil liefert.
Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung gemäß Anspruch 33 oder 34, wobei die Abbildung zwischen der angeforderten Leistung oder dem angeforderten Zündungsbruchteil und dem Betriebs-Zündungsbruchteil eine stückweise lineare Abbildung ist.
Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung gemäß Anspruch 35, wobei der Betriebs-Zündungsbruchteil dazu angeordnet ist, eine Vielzahl von Betriebspunkten zu definieren, und wobei die Neigung der stückweisen linearen Abbildung in Regionen, die zu Betriebspunkten benachbart sind, wesentlich geringer ist als in Regionen, die zu Mittelpunkten zwischen Betriebspunkten benachbart sind.
Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung gemäß Anspruch 36, wobei eine Neigung der stückweisen linearen Abbildung in Regionen, die zu Betriebspunkten benachbart sind, geringer als 1/3 ist und eine Neigung der stückweisen linearen Abbildung in Regionen, die zu Mittelpunkten zwischen Betriebspunkten benachbart sind, größer als 3 ist.
Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung gemäß Anspruch 37, wobei die Neigung der stückweisen linearen Abbildung in Regionen, die zu Betriebspunkten benachbart sind, nicht größer als 0,1 ist und die Neigung der stückweisen linearen Abbildung in Regionen, die zu Mittelpunkten zwischen Betriebspunkten benachbart sind, wenigstens 10 ist.
Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung gemäß Anspruch 33, wobei der angepasste Zündungsbruchteil dazu angeordnet ist, eine Vielzahl von Betriebspunkten zu definieren, und wobei angeforderte Zündungsbruchteile, die zwischen einem Paar Betriebspunkte liegen, gemäß einer vordefinierten Funktion auf einen Betriebs-Zündungsbruchteil abgebildet werden.
Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung, umfassend eine Vibrationssteuereinheit, die ein Signal empfängt, das einen angeforderten Zündungsbruchteil anzeigt, der einer gewünschten Motorleistung zugeordnet ist, und bestimmt, ob der angeforderte Zündungsbruchteil unerwünschte Frequenzkomponenten aufweist, wobei, wenn die Vibrationssteuereinheit bestimmt, dass das Angeforderter-Zündungsbruchteil-Signal unerwünschte Frequenzkomponenten hat, die Vibrationssteuereinheit einen modifizierten gewünschten Zündungsbruchteil bestimmt und ausgewählte Motorsteuerparameter in ausreichender Weise anpasst, so dass der Motor die gewünschte Leistung bei dem modifizierten Zündungsbruchteil ausgibt.
Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung gemäß Anspruch 40, wobei die Vibrationssteuereinheit ferner dazu angeordnet ist, die Verwendung ausgewählter Zündungsbruchteile zu verhindern, die unerwünschtes akustisches Geräusch erzeugen würden.
Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung, umfassend: eine Angeforderter-Zündungsbruchteil-Bestimmungseinheit, die dazu angeordnet ist, ein Eingangssignal zu empfangen, das eine gewünschte Motorleistung anzeigt, und einen Zündungsbruchteil zu bestimmen, der zum Liefern der gewünschten Motorleistung unter ausgewählten Betriebsbedingungen geeignet ist, wobei die Zündungsbruchteil-Bestimmungseinheit ein Angeforderter-Zündungsbruchteil-Signal ausgibt, das einen gewünschten Zündungsbruchteil anzeigt; eine Vibrationssteuereinheit, die bestimmt, ob der gewünschte Zündungsbruchteil die Erzeugung einer Zündsequenz bewirken würde, die unerwünschte Frequenzkomponenten aufweist, wobei, wenn die Vibrationssteuereinheit bestimmt, dass das Angeforderter-Zündungsbruchteil-Signal die Erzeugung einer Zündsequenz bewirken würde, die unerwünschte Frequenzkomponenten hat, die Vibrationssteuereinheit einen modifizierten Zündungsbruchteil bestimmt, der wesentlich weniger von den unerwünschten Frequenzkomponenten bewirken würde als die angeforderten Zündungsbruchteile, und die Anpassung ausgewählter Motorsteuerparameter in ausreichender Weise bewirkt, so dass der Motor die gewünschte Leistung bei dem modifizierten Zündungsbruchteil ausgibt; und einen Zündungssteuereinrichtung, die dazu angeordnet ist, Zündungen auf eine Zündungsauslassungs-Weise zu dirigieren, die den modifizierten Zündungsbruchteil liefert.
Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung gemäß Anspruch 42, wobei die Vibrationssteuereinheit ferner dazu angeordnet ist, die Verwendung ausgewählter Zündungsbruchteile zu verhindern, die unerwünschtes akustisches Geräusch erzeugen würden.
Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zündungssteuereinrichtung eine adaptive prädiktive Steuereinrichtung aufweist.
Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zündungssteuereinrichtung einen Sigma-Delta-Wandler aufweist.
Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zündungssteuereinrichtung einen Sigma-Delta-Wandler erster Ordnung aufweist oder im Wesentlichen äquivalent dazu funktioniert.
Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der ausgewählte Zündungsbruchteil auf Zündgelegenheit-für-Zündgelegenheit-Basis bestimmt und für die Zündungssteuereinrichtung identifiziert wird.
Motor, der eine Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
Fahrzeug, das einen Motor gemäß Anspruch 48 aufweist.
Verfahren zum Bestimmen eines Zündungsbruchteils zur Verwendung durch eine Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung, die dazu angeordnet ist, Motor-Arbeitskammerzündungen auf eine Zündungsauslassungs-Weise zu dirigieren, um eine gewünschte Motorleistung zu liefern; Bereitstellen einer Vielzahl verfügbarer Zündungsbruchteile, die zur Verwendung unter ausgewählten Betriebsbedingungen geeignet sind, wobei die Anzahl verfügbarer Zündungsbruchteile als Funktion der Motordrehzahl variiert; und Auswählen eines Betriebs-Zündungsbruchteils wenigstens teilweise auf Basis der gewünschten Motorleistung und einer gegenwärtigen Motordrehzahl.
Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Verbrennungsmotors, der wenigstens eine Arbeitskammer hat, wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen eines Betriebs-Zündungsbruchteils und zugeordneter Motoreinstellungen, die zum Liefern einer gewünschten Motorleistung geeignet sind, wobei der bestimmte Betriebs-Zündungsbruchteil eine zugeordnete sich wiederholende Zündzykluslänge hat, die sich bei der gegenwärtigen Motordrehzahl wenigstens eine vorgesehene Anzahl von Malen pro Sekunde wiederholt; und Dirigieren von Zündungen der wenigstens einen Arbeitskammer auf eine Zündungsauslassungs-Weise, die den bestimmten Zündungsbruchteil liefert.
Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Verbrennungsmotors, der wenigstens eine Arbeitskammer hat, wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen eines angeforderten Zündungsbruchteils, der zum Liefern einer gewünschten Motorleistung unter ausgewählten Motorbetriebsbedingungen geeignet ist; und Bestimmen eines Betriebs-Zündungsbruchteils, der Vibrationen innerhalb eines definierten Frequenzbereiches relativ zu dem angeforderten Zündungsbruchteil reduziert; und Dirigieren von Zündungen auf eine Zündungsauslassungs-Weise, die den Betriebs-Zündungsbruchteil liefert.
Verfahren zum Bestimmen eines Zündungsbruchteils zur Verwendung durch eine Zündungsauslassungs-Motorsteuereinrichtung, die dazu angeordnet ist, Motor-Arbeitskammerzündungen auf eine Zündungsauslassungs-Weise zu dirigieren, um eine gewünschte Motorleistung zu liefern, wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen einer maximalen Zündzykluslänge, die bei einer gegenwärtigen Motordrehzahl verwendet werden kann, während sichergestellt wird, dass ein Zündzyklus sich bei der gegenwärtigen Motordrehzahl wenigstens mit einer vorgesehenen Minimalfrequenz wiederholt; und Auswählen eines Betriebs-Zündungsbruchteils, der einem Zündmuster zugeordnet ist, das eine sich wiederholende Zykluslänge hat, welche die bestimmte maximale Zündzykluslänge nicht übersteigt, wodurch die Anzahl möglicher Zündungsbruchteile als Funktion der Motordrehzahl variiert.
Verfahren gemäß Anspruch 52, wobei der gewünschte Frequenzbereich dazu angeordnet ist, im Wesentlichen einem Bereich zu entsprechen, gegenüber dem Insassen eines Fahrzeugs am empfindlichsten sind.
Verfahren gemäß Anspruch 50–54, wobei die Auswahl des Betriebs-Zündungsbruchteils wenigstens auch teilweise auf einem gegenwärtigen Betriebs-Getriebegang basiert.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 50–55, wobei ein Sigma-Delta-Wandler verwendet wird, um spezifische Arbeitskammerzündungen anzuzeigen, die geeignet sind, um den bestimmten Zündungsbruchteil zu liefern.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 50–56, wobei Änderungen des Betriebs-Zündungsbruchteils über mehrere Zündgelegenheiten verteilt sind.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 50–57, ferner umfassend, zusätzlich zu dem bestimmten Betriebs-Zündungsbruchteil gelegentlich zusätzliche einzelne Zündungen zu dirigieren, um ein Durchbrechen eines zyklischen Musters zu ermöglichen, das der sich wiederholenden Zündzykluslänge zugeordnet ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 50–58, ferner umfassend, zu dem angewiesenen Betriebs-Zündungsbruchteil Dither hinzuzufügen, um ein Durchbrechen eines zyklischen Musters zu ermöglichen, das der sich wiederholenden Zündzykluslänge zugeordnet ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 50–59, wobei die Bestimmung des Zündungsbruchteils aufweist: Bestimmen eines angeforderten Zündungsbruchteils, der zum Liefern der gewünschten Motorleistung unter ausgewählten Motorbetriebsbedingungen geeignet ist; Bestimmen eines modifizierten Betriebs-Zündungsbruchteils, wenn der angeforderte Zündungsbruchteil keine zugeordnete sich wiederholende Zündzykluslänge hat, die sich bei der gegenwärtigen Motordrehzahl wenigstens die vorgesehene Anzahl von Malen pro Sekunde wiederholt, wobei der modifizierte Betriebs-Zündungsbruchteil wenigstens teilweise auf dem angeforderten Zündungsbruchteil basiert und keine zugeordnete sich wiederholende Zündzykluslänge hat, die sich bei der gegenwärtigen Motordrehzahl wenigstens die vorgesehene Anzahl von Malen pro Sekunde wiederholt; und Anpassen wenigstens eines ausgewählten Motorsteuerparameters in ausreichender Weise, so dass der Motor die gewünschte Leistung bei dem Betriebs-Zündungsbruchteil ausgibt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 50–60, wobei die Bestimmung des Zündungsbruchteils aufweist: Bestimmen eines angeforderten Zündungsbruchteils, der zum Liefern der gewünschten Motorleistung unter ausgewählten Motorbetriebsbedingungen geeignet ist; Bestimmen dessen, ob der gewünschte Zündungsbruchteil die Erzeugung einer Zündsequenz bewirken würde, die unerwünschte Frequenzkomponenten aufweist, und wenn bestimmt wird, dass das Angeforderter-Zündungsbruchteil-Signal die Erzeugung einer Zündsequenz bewirken würde, die unerwünschte Frequenzkomponenten hat, Bestimmen eines modifizierten Betriebs-Zündungsbruchteils, der wesentlich weniger von den unerwünschten Frequenzkomponenten bewirken würde als die angeforderten Zündungsbruchteile; und Anpassen wenigstens eines ausgewählten Motorsteuerparameters in ausreichender Weise, so dass der Motor die gewünschte Leistung bei dem Betriebs-Zündungsbruchteil ausgibt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 50–61, wobei der Zündungsbruchteil wenigstens teilweise auf Basis einer Bezugnahme auf eine Verweistabelle bestimmt wird, die Zündungsbruchteile identifiziert, die zur Verwendung als der bestimmte Zündungsbruchteil geeignet sind, und wobei ein Index für die Verweistabelle wenigstens eines von angeforderter Leistung, angefordertem Zündungsbruchteil und Motordrehzahl ist.
Verfahren gemäß Anspruch 62, wobei die Verweistabelle eine mehrdimensionale Verweistabelle ist und ein erster Index zu der Verweistabelle eines von angeforderter Leistung und angefordertem Zündungsbruchteil ist und ein zweiter Index für die Verweistabelle die Motordrehzahl ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 50–63, wobei Zündungsbruchteile, die akustische Resonanzen innerhalb einer zugeordneten Fahrzeugkabine oder Abgasanlage erzeugen, ausgeschlossen werden.
Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Verbrennungsmotors, der wenigstens eine Arbeitskammer hat, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen eines Signals, das eine gewünschte Motorleistung anzeigt; Bestimmen eines Betriebs-Zündungsbruchteils und zugeordneter Motoreinstellungen, die zum Liefern der gewünschten Motorleistung geeignet sind, wobei der Betriebs-Zündungsbruchteil nicht auf eine vordefinierte Menge verfügbarer Zündungsbruchteile beschränkt ist und eine Abbildung zwischen der gewünschten Motorleistung und dem Zündungsbruchteil nichtlinear ist; und Dirigieren von Arbeitskammerzündungen auf eine Zündungsauslassungs-Weise, die den Betriebs-Zündungsbruchteil liefert.
Verfahren zur Zündungsauslassungs-Motorsteuerung, umfassend: Bestimmen eines angeforderten Zündungsbruchteils; Bestimmen einer Motordrehzahl; Bestimmen einer gewünschten Grenzfrequenz; Berechnen eines maximal möglichen Zyklische-Zündgelegenheit-Wertes auf Basis der Motordrehzahl und der gewünschten Grenzfrequenz; und Zwischenspeichern des maximal möglichen Zyklische-Zündgelegenheit-Wertes, bis die Motordrehzahl oder der angeforderte Zündungsbruchteil sich um einen spezifizierten Hysteresewert ändert, wobei der spezifizierte Hysteresewert auf der Motordrehzahl und dem angeforderten Zündungsbruchteil basiert.
Verfahren gemäß Anspruch 66, wobei der Hysteresewert eine Funktion des Produktes aus der Grenzfrequenz, dividiert durch die Anzahl der Zylinder, ist.