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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität über die provisorische US-Patentanmeldung Nr. 61/682.553, eingereicht am 13. August 2012, mit dem Titel: „TCC SLIP FOR VIBRATION MITIGATION DURING SKIP FIRE OPERATION“, die hierin durch Bezugnahme enthalten ist.
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Zylinderabschaltsteuerung (skip fire control) interner Verbrennungsmotoren. Insbesondere wird der Schlupf einer Antriebsstrangkomponente wie zum Beispiel einer Drehmomentwandlerkupplung genutzt, um zum Mindern von Schwingungen während eines Zylinderabschaltbetriebs (skip fire operation) eines Motors beizutragen.
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HINTERGRUND
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Die meisten Fahrzeuge, die heutzutage in Betrieb sind (sowie zahlreiche andere Vorrichtungen), werden von internen Verbrennungsmotoren (internal combustion (IC) engines) angetrieben. Interne Verbrennungsmotoren weisen üblicherweise eine Mehrzahl von Zylindern oder anderen Arbeitskammern auf, in denen eine Verbrennung erfolgt. Unter normalen Fahrbedingungen muss das von einem internen Verbrennungsmotor erzeugte Drehmoment in einem großen Bereich variieren, um die Betriebsanforderungen des Fahrers zu erfüllen. Im Lauf der Jahre wurde eine Anzahl von Verfahren zum Steuern eines Drehmoments eines internen Verbrennungsmotors vorgeschlagen und eingesetzt. Bei einigen derartigen Ansätzen wird ein Variieren des effektiven Hubraums des Motors in Betracht gezogen. Ein derartiger Ansatz wird häufig als „Zylinderabschalt“-Motorsteuerung („skip fire“ engine control) bezeichnet. Bei einer Zylinderabschalt-Motorsteuerung wird in Betracht gezogen, während ausgewählter Zündmöglichkeiten das Zünden bestimmter Zylinder selektiv zu überspringen. Daher kann zum Beispiel ein bestimmter Zylinder bei einer Zündmöglichkeit gezündet und anschließend bei der nächsten Zündmöglichkeit übersprungen werden und dann bei der nächsten selektiv übersprungen oder gezündet werden. Dem steht ein herkömmlicher Motorbetrieb mit variablem Hubraum gegenüber, bei dem ein festgelegter Satz der Zylinder während bestimmter Niederlast-Betriebsbedingungen deaktiviert wird. Im Allgemeinen besteht die Auffassung, dass eine Zylinderabschalt-Motorsteuerung eine Anzahl möglicher Vorteile bietet, darunter bei zahlreichen Anwendungen das Potenzial für eine beträchtlich verbesserte Kraftstoffsparsamkeit.
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Ein mit Zylinderabschalt-Motorsteuerung im Zusammenhang stehender Stereotyp besagt, dass ein Zylinderabschaltbetrieb eines Motors dazu führt, dass der Motor wesentlich unruhiger läuft als bei einem herkömmlichen Betrieb. Bei zahlreichen Anwendungen wie zum Beispiel Automobilanwendungen ist Schwingungsmanagement eine der bedeutendsten Herausforderungen, die sich bei einer Zylinderabschalt-Motorsteuerung stellen. Die vorliegende Erfindung beschreibt Techniken, bei denen ein Schlupf einer Drehmomentwandlerkupplung (und/oder der Schlupf einer anderen Antriebsstrangkomponente) genutzt wird, um Schwingungen während eines Zylinderabschaltbetriebs eines Motors zu mindern.
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KURZDARSTELLUNG
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Es werden verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zum Mindern von Antriebsstrangschwingungen während eines Zylinderabschaltbetriebs eines Motors beschrieben. Bei einem Aspekt beruht der Schlupf einer Antriebsstrangkomponente (wie zum Beispiel einer Drehmomentwandlerkupplung) zumindest zum Teil auf einer Zylinderabschalteigenschaft (wie beispielsweise einem Zündanteil, einer ausgewählten Zündfolge/einem ausgewählten Zündmuster usw.) während eines Zylinderabschaltbetriebs eines Motors. Die Modulation des Schlupfes der Antriebsstrangkomponente kann außerdem als eine Funktion von einem oder mehreren Motorbetriebsparametern, wie zum Beispiel einer Motordrehzahl und/oder einem Parameter, der indikativ für die Leistung gezündeter Zylinder ist (wie beispielsweise eine Luftmassenladung), und/oder anderer Betriebseigenschaften des Fahrzeugs variiert werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die Erfindung und ihre Vorteile sind am besten durch Bezugnahme auf die folgende, in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen gelesene Beschreibung zu verstehen, wobei in den Zeichnungen Folgendes dargestellt ist:
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1 ist eine schematische Darstellung einer Steuersystemarchitektur einer Drehmomentwandlerkupplung, die zur Verwendung zum Steuern eines Schlupfes einer Drehmomentwandlerkupplung in Verbindung mit einer Zylinderabschalt-Motorsteuerung geeignet ist.
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2 ist ein Blockschaltbild eines Zylinderabschalt-Motorsteuergeräts, das dafür eingerichtet ist, einen Schlupf einer Drehmomentwandlerkupplung und eine Auswahl eines Zündanteils miteinander zu verbinden.
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3 zeigt experimentelle Daten, die für zwei verschiedene Zündanteile die Motordrehzahl gegen die Zeit veranschaulichen.
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In den Zeichnungen werden gleiche Bezugszeichen manchmal zum Bezeichnen gleicher struktureller Elemente verwendet. Es sollte auch beachtet werden, dass die Darstellungen in den Figuren schematisch und nicht maßstabsgetreu sind.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Bei einem Zylinderabschaltbetrieb ist eines der Hauptprobleme, auf die eingegangen werden muss, die durch das unregelmäßige Zünden von Zylindern erzeugte Schwingung. Bei der vorliegenden Erfindung wird allgemein in Betracht gezogen, einen Schlupf eines Antriebsstrangs zu nutzen, um zum Mindern unerwünschter Schwingungen beizutragen, die andernfalls während eines Zylinderabschaltbetriebs eines internen Verbrennungsmotors angeregt werden können.
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Wie den mit Automobildesign Vertrauten gut bekannt ist, verfügen Fahrzeuge mit Automatikgetrieben häufig über einen Drehmomentwandler mit einer Drehmomentwandlerkupplung (TCC). Die Drehmomentwandlerkupplung ermöglicht, dass Antriebsstrangkomponenten stromab der TCC (z.B. das Getriebe) mit einer anderen Rotationsgeschwindigkeit laufen als die Eingangswelle der TCC, die üblicherweise mit der Motordrehzahl (d.h. mit der UPM des Motors) rotiert. Der von der TCC zugelassene Schlupfbetrag wird üblicherweise durch Anpassen eines pulsbreitenmodulierten Signals geregelt, das Magnetventile steuert, die den Druck der Hydraulikleitung erhöhen oder vermindern, was wiederum mechanisch beeinflusst, um wie viel die Drehmomentwandlerkupplung im Verhältnis zu der Drehzahl der Eingangswelle schlupft. Auf Wunsch kann die TCC in einem oder beinahe in einem Sperrzustand betrieben werden, der wenig oder keinen Verlust an Wirkungsgrad zwischen Eingang und Ausgang der TCC (d.h. Eingangs-UPM ≈ Ausgangs-UPM) zulässt. Bei bestimmten Betriebsmodi wie zum Beispiel einem Fahren im stationären Zustand ist die TCC üblicherweise auf einen Sperrzustand oder einen Zustand mit geringem Schlupf eingestellt.
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Der von der TCC zugelassene Schlupfbetrag (d.h. die Differenz zwischen der Eingangs-UPM1 und der Ausgangs-UPM2) wird hier manchmal als die Schlupf-UPM bezeichnet. Während Übergängen kann der von der TCC zugelassene Schlupfbetrag (z.B. die Schlupf-UPM der TCC) erhöht werden, wodurch der Motor wirksam teilweise von dem Rest des Antriebsstrangs und Fahrzeugs getrennt wird. Durch diesen geänderten Drehmomentübertragungsweg werden der TCC dargebotene Drehmomentimpulse gedämpft, was, indem es zum Verringern von Schwingungen beiträgt, dazu beitragen kann, den Betrieb des Fahrzeugs ruhiger zu machen.
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Es gibt mehrere Möglichkeiten, einen Schlupf eines Drehmomentwandlers zu nutzen, um während eines Zylinderabschaltbetriebs eines Motors zu einem Mindern von Schwingungen beizutragen. Ein erster Ansatz wird in Verbindung mit dem in 2 beschriebenen Zylinderabschalt-Steuergerät beschrieben, das einen Zündanteilrechner 90 aufweist, der den zu irgendeiner Zeit zu verwendenden Zylinderabschalt-Zündanteil ermittelt. (Der Zündanteil ist effektiv der Prozentanteil der möglichen Zylinderzündungen, die im Lauf der Zeit wirklich erfolgen). Ein ähnlicher Ansatz kann außerdem bei jedem Zylinderabschalt-Steuergerät verwendet werden, das vorgegebene Zündmuster verwendet oder das Schlupf auf Grundlage einer Zündentscheidung und/oder eines Zündverlaufs (z.B. der aktuellen Zündentscheidung, einer Folge von Zündentscheidungen usw.) ermittelt.
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In der Praxis besteht die Tendenz, dass das Ausmaß einer während eines Zylinderabschaltbetriebs eines Motors erzeugten Schwingung mit dem an irgendeinem Zeitpunkt verwendeten Zündmuster oder dem zu irgendeinem Zeitpunkt verwendeten Zündanteil variiert. (Der Zündanteil ist tatsächlich der Prozentanteil der möglichen Zylinderzündungen, die wirklich erfolgen). Einige Zündmuster und einige Zündanteile tendieren dazu, ein gutes Schwingungsverhalten aufzuweisen, während andere zu einem weniger wünschenswerten Schwingungsverhalten tendieren. Selbstverständlich gibt es eine Anzahl anderer Betriebsfaktoren, die sich auf die Schwingungseigenschaften auswirken können, darunter Motordrehzahl, Getriebegang usw. Im Allgemeinen kann das Schwingungsverhalten eines beliebigen bestimmten Fahrzeugs so gekennzeichnet sein, dass die mit einem beliebigen Satz Zylinderabschalt-Betriebsbedingungen in Zusammenhang stehenden Schwingungen ziemlich gut vorhergesagt werden können.
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Der Zessionar der vorliegenden Anmeldung hat eine Anzahl von Zylinderabschalt-Steuergeräten beschrieben, die ein Ermitteln und anschließendes Zuführen eines gewünschten Zündanteils in Betracht ziehen. Beispiele für derartige Steuergeräte werden in den US-Patentanmeldungen Nr. 13/654.244, 13/654.248, 13/744.134 und 61/682.065 beschrieben, die hierin alle durch Bezugnahme enthalten sind. Wenn der Zündanteil bekannt ist, kann der Schlupf der Drehmomentwandlerkupplung als eine Funktion des Zündanteils gesteuert werden, um gegebenenfalls zum Dämpfen von Schwingungen beizutragen. Wenn zum Beispiel ein Zündanteil mit einem bekanntermaßen guten Schwingungsverhalten verwendet wird, kann der Drehmomentwandler in einen Zustand mit geringem TCC-Schlupf gebracht werden (der beinahe eine Überbrückung oder, wenn dies praktikabel ist, eine Überbrückung sein kann). Wenn ein Zündanteil mit bekanntermaßen weniger günstigem Schwingungsverhalten verwendet wird, kann der TCC-Schlupf auf geeignete Weise erhöht werden, um zum Dämpfen der durch unregelmäßige Zündungen erzeugten Drehmomentimpulse beizutragen. Der TCC-Schlupfbetrag, der für einen gegebenen Zündanteil oder ein gegebenes Zündmuster geeignet ist, variiert als eine Funktion des Maßes an Schwingung, das andernfalls bei der Verwendung dieses Zündanteils/Zündmusters zu erwarten wäre. Das heißt, der TCC-Schlupf kann erhöht werden, wenn ein Vorhandensein höherer Motorschwingungen erwartet wird, und verringert werden, wenn Zündanteile verwendet werden, bei denen niedrigere Niveaus von Motorschwingung erwartet werden. Daher kann für jeden spezifischen Zündanteil ein zugehöriger TCC-Schlupf ausgewählt werden. Die geeigneten TCC-Schlupfwerte können empirisch, analytisch oder mithilfe eines beliebigen anderen geeigneten Verfahrens ermittelt werden und können in Verweistabellen gespeichert, dynamisch berechnet oder dem Steuergerät mithilfe einer beliebigen anderen geeigneten Technik zur Verfügung gestellt werden. Beispielsweise werden TCC-Schlupfwerte im Bereich von 10 bis 60 UPM für einige vorhandene Fahrzeuge für geeignet gehalten, die in einem Zylinderabschalt-Betriebsmodus betrieben werden.
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Wie vorstehend vorgetragen, variiert die für einen Insassen eines Fahrzeugs wahrnehmbare Schwingung außer mit dem Zündanteil mit einer Anzahl von Betriebsbedingen. Zu einigen der hervorstechenderen Faktoren zählen Motordrehzahl, Fahrzeuggeschwindigkeit (Raddrehzahl), Drehmomentabgabe pro Zündung (die durch Variablen wie beispielsweise Luftladung im Zylinder (cylinder air charge, MAC) oder Saugrohrdruck (intake manifold pressure, MAP), Getriebegang usw. beeinflusst werden kann. Zum Beispiel läuft ein bestimmter Zündanteil, der bei einer hohen UPM in einem hohen Gang relativ ruhig läuft, möglicherweise bei einer niedrigen UPM in einem niedrigen Gang, wenn die Drehmomentabgabe pro Zündung hoch ist, nicht so ruhig. Daher kann das TCC-Schlupf-Steuergerät so eingerichtet sein, dass es neben dem Zündanteil andere Faktoren in Betracht zieht, wenn es den geeigneten TCC-Schlupfwert auswählt. Dies lässt sich auf verschiedene Weise erreichen, wie zum Beispiel durch die Verwendung mehrdimensionaler Verweistabellen, bei denen mehrere Betriebseigenschaften als Indizes verwendet werden. Es sollte beachtet werden, dass die Indizes für derartige Tabellen sehr unterschiedlich sein können, um die Anforderungen jeder beliebigen bestimmten Anwendung zu erfüllen. Zum Beispiel sind Zündanteil, Motordrehzahl, Fahrzeuggeschwindigkeit, Drehmomentabgabe pro Zylinderzündung und Getriebegang alles Parameter, die als Indizes für derartige Tabellen verwendet werden können. Diese Indizes können in jeder beliebigen Kombination und/oder auch in Verbindung mit anderen für geeignet gehaltenen Indizes verwendet werden. Bei anderen Ausführungsformen kann ein prädiktives Modell von Motorerregung und Reaktion von Antriebsstrang/Fahrzeug verwendet werden, um ein geeignetes Niveau von TCC-Dämpfung/Schlupf zu ermitteln.
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1 veranschaulicht eine Architektur eines Steuersystems einer Drehmomentwandlerkupplung, die zum Realisieren des beschriebenen Ansatzes geeignet ist. Bei der veranschaulichten Ausführungsform weist ein Drehmomentwandler 50 eine Drehmomentwandlerkupplung 52 auf. Die Drehmomentkapazität der Kupplung, die, zusammen mit dem an die Kupplung angelegten tatsächlichen Motordrehmoment und der Rotationsgeschwindigkeit der Getriebeeingangswelle den Schlupfbetrag an der Kupplung 52 bestimmt, variiert als eine Funktion eines auf die Kupplung aufgebrachten hydraulischen Drucks. Eine Hydraulikdruckleitung (nicht gezeigt) speist die Drehmomentwandlerkupplung 52, und ein erstes Magnetventil 54 dient als ein Ventil in der Hydraulikdruckleitung. Daher kann das Öffnen und Schließen des Magnetventils 54 verwendet werden, um Zunahmen eines hydraulischen Drucks in dem Drehmomentwandler und damit den Schlupfbetrag zu regeln, der in der Drehmomentwandlerkupplung auftritt. Ein zweites Magnetventil (nicht gezeigt) steuert einen Verschluss, durch den Druck aus der Drehmomentwandlerkupplung abgelassen wird, und wird somit verwendet, um Druckverringerungen in der Drehmomentwandlerkupplung zu steuern. Das Öffnen und Schließen der Magnetventile und damit der hydraulische Druck in dem Drehmomentwandler 52 werden von einem Magnettreibermodul 56 gesteuert. Das Magnettreibermodul 56 reagiert auf Befehle von einem TCC-Steuerblock 58 einer Getriebesteuereinheit und einem Zylinderabschalt-Steuergerät 70.
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Obwohl in 1 das Steuersystem für eine Drehmomentwandlerkupplung gezeigt wird, sollte beachtet werden, dass ähnliche Steuersysteme für jede Antriebsstrangkomponente mit steuerbarem variablem Schlupf vorgesehen werden können. Dazu könnten beispielsweise ein Differential, ein Doppelkupplungsgetriebe oder jedes andere Getriebe zählen, das ein Schlupfen einer internen Kupplung ermöglicht, oder alle anderen Antriebsstrangkomponenten, bei denen Schlupf ermöglicht wird.
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Als Nächstes wird auf
2 Bezug genommen: Es wird ein Zylinderabschalt-Steuergerät beschrieben, das zum Managen von TCC-Schlupf geeignet ist.
2 ist ein Blockschaltbild, das schematisch ein Zylinderabschalt-Steuergerät veranschaulicht, das so eingerichtet ist, dass es ein TCC-Schlupfmanagement gemäß einer beschriebenen Ausführungsform vereinfacht. Das Zylinderabschalt-Steuergerät
70 weist einen Drehmomentrechner
80, eine Zündanteil-Ermittlungseinheit
90 (manchmal als ein Zündanteilrechner bezeichnet) und eine Zündzeitpunkt-Ermittlungseinheit
94 auf. Der Drehmomentrechner
80 ist so eingerichtet, dass er auf Grundlage einer Anzahl von Eingaben das gewünschte Motordrehmoment zu einer beliebigen gegebenen Zeit ermittelt. Der Drehmomentrechner gibt ein angefordertes Drehmoment
81 an den Zündanteilrechner
90 aus. Der Zündanteilrechner
90 ist so eingerichtet, dass er einen Zündanteil ermittelt, der zum Zuführen des gewünschten Drehmoments auf Grundlage der aktuellen Betriebsbedingungen geeignet ist, und informiert die Zündzeitpunkt-Ermittlungseinheit
94 über den Zündanteil
92, der zum Zuführen des gewünschten Drehmoments geeignet ist. Die Zündzeitpunkt-Ermittlungseinheit
94 ist dafür zuständig, eine Zündfolge zu ermitteln, die den gewünschten Zündanteil liefert. Die Zündfolge kann mithilfe eines beliebigen geeigneten Ansatzes ermittelt werden. Bei einigen Realisierungen kann die Zündung dynamisch auf Grundlage jeder einzelnen Zündmöglichkeit ermittelt werden, wie in einigen der nachfolgend einbezogenen Patente beschrieben. Bei anderen können Mustergeneratoren oder vordefinierte Muster verwendet werden, um ein Liefern des gewünschten Zündanteils zu erleichtern. Zum Beispiel wird in den eigenen (co-assigned)
US-Patenten Nr. 7.577.511 ,
7.849.835 ,
7.886.715 ,
7.954.474 ,
8.099.224 ,
8.131.445 ,
8.131.447 , die hierin durch Bezugnahme enthalten sind, sowie anderen eigenen (co-assigned) Patentanmeldungen eine Anzahl von Zylinderabschalt-Steuergeräten beschrieben, die zum Ermitteln einer geeigneten Zündfolge auf Grundlage von potentiell zeitlich variierenden angeforderten Zündanteilen und/oder angeforderten Motorleistungen gut geeignet sind.
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Der Zündanteil 92 kann auch einer Schlupfermittlungseinheit 97 zugeführt werden, die für ein Ermitteln des Schlupfes zuständig ist, der auf Grundlage des aktuellen Zündanteils und beliebiger anderer Betriebsparameter, die als relevant für eine Ermittlung des TCC-Schlupfes angesehen werden, geeignet ist. Zu derartigen Betriebsparametern können Motordrehzahl 87, Luftmassenladung (MAC), Getriebegang, Zylinderladung, Zündzeitpunkt, Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, Ventilsteuerung usw. zählen. In 2 soll eine Eingabe 89 andere derartige Betriebseigenschaften darstellen, die von der Einheit 97 bei ihrer Ermittlung des geeigneten Schlupfes verwendet werden können.
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Der geeignete TCC-Schlupf für verschiedene Zündanteile kann aus Verweistabellen 99 abgerufen, algorithmisch berechnet oder auf eine beliebige andere geeignete Weise ermittelt werden. Die Schlupfermittlungseinheit 97 gibt dann ein Signal 98 an ein TCC-Schlupf-Steuergerät (z.B. das in 1 gezeigte Magnettreibermodul 56) aus, das die Drehmomentwandlerkupplung auf geeignete Weise steuert, um den gewünschten TCC-Schlupf bereitzustellen. Bei anderen Ausführungsformen können die Zündanteil-Ermittlungseinheit, das ECU oder verschiedene andere Komponenten verwendet werden, um das geeignete Niveau von TCC-Schlupf zu ermitteln (z.B. kann die Schlupfermittlungseinheit 97 in derartige Komponenten einbezogen sein).
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Bei zahlreichen Zylinderabschalt-Steuergeräten werden vordefinierte Zündmuster verwendet, anstatt ausdrücklich einen gewünschten Zündanteil zu bezeichnen. Die vorstehend mit Bezug auf die Verwendung unterschiedlicher Zündanteile beschriebene TCC-Schlupfsteuerung ist gleichermaßen anwendbar auf Zylinderabschalt-Steuergeräte, bei denen vordefinierte Zündmuster verwendet werden (die üblicherweise jeweils inhärent einem bezeichneten Zündanteil entsprechen), oder andere Mechanismen, um die zeitliche Abstimmung der Zündungen zu ermitteln. Zum Beispiel kann jedes verfügbare Zylinderabschalt-Zündmuster einem entsprechenden TCC-Schlupfwert zugeordnet sein. Wie vorstehend beschrieben, können die geeigneten TCC-Schlupfwerte empirisch, analytisch oder mithilfe eines beliebigen anderen geeigneten Verfahrens ermittelt werden und können in Verweistabellen gespeichert, dynamisch berechnet oder dem Steuergerät mithilfe einer beliebigen anderen Technik zur Verfügung gestellt werden. Außerdem kann, wie vorstehend dargelegt, der für ein beliebiges bestimmtes Zündmuster ermittelte Schlupf auch als eine Funktion von einer oder mehreren Betriebseigenschaften variieren, wie beispielsweise Motordrehzahl, Fahrzeuggeschwindigkeit, Getriebegang und/oder Drehmomentabgabe pro Zylinderzündung (oder einem Parameter, der dafür indikativ ist, wie zum Beispiel eine Luftmassenladung (MAC), ein MAP, eine Kraftstoffladung usw.).
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Zündanteile und Zündmuster sind zwei Zylinderabschalteigenschaften, die als Eingaben für die Schlupfermittlung verwendet werden können. Es sollte jedoch beachtet werden, dass andere Eigenschaften eines Zylinderabschaltbetriebs wie zum Beispiel ein Zündverlauf, eine spezielle verwendete oder zu irgendeiner bestimmten Zeit zu verwendende Zündfolge oder sogar eine bestimmte Zündentscheidung anstelle von oder zusätzlich zu dem Zündanteil oder Zündmuster verwendet werden können. Zum Beispiel könnte sich die Schlupfermittlungseinheit 97 den Verlauf der letzten X Zündungen ansehen, eine erwartete bevorstehende Zündfolge (z.B. die nächsten X Zündungen), eine aktuelle Sequenz, die vergangene und/oder zukünftige Zündungen kann (z.B. die Zündungen in dem vorhergehenden, aktuellen und/oder nächsten Motorzyklus oder irgendeine andere Anzahl von Zündmöglichkeiten). Bei einem weiteren Beispiel kann der Schlupf auf Grundlage eines Erkennens bestimmter Sequenzen usw. ermittelt werden.
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Als Nächstes wird ein zweiter Ansatz zur Steuerung eines TCC-Schlupfes beschrieben. Bei dieser Ausführungsform wird eine schnellere Modulation des TCC-Schlupfes in Betracht gezogen als bei dem vorstehend beschriebenen Ansatz auf Grundlage des Zündanteils/Zündmusters. Bei dieser Ausführungsform wird der Schlupf sehr häufig gesteuert, wie zum Beispiel entsprechend der Häufigkeit der Zündmöglichkeiten des Motors. Um den Beweggrund für diesen Ansatz zu verstehen, ist es hilfreich, die Auswirkungen in Betracht zu ziehen, die Drehmomentimpulse auf den Komfort von Passagieren haben. Im Allgemeinen ist, je größer die Stärke eines Drehmomentimpulses ist, das Risiko desto größer, dass ein derartiger Impuls zu einer unerwünschten Schwingung oder unerwünschten Härte beiträgt, die ein Fahrzeuginsasse wahrnehmen kann. Daher wäre es konzeptionell wünschenswert, den TCC-Schlupf zu erhöhen, wenn Drehmomentimpulse größerer Stärke erwartet werden, um zum Dämpfen von Schwingungen beizutragen. Gleichzeitig wäre es wünschenswert, um Kraftstoffsparsamkeit zu verbessern, den Schlupf zu verringern oder möglicherweise die Drehmomentwandlerkupplung zu überbrücken, wenn nur kleine Drehmomentimpulse vorhanden sind.
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Beim Zylinderabschaltbetrieb gibt es beträchtliche Unterschiede in der Art und Stärke von Drehmomentimpulsen, die an unterschiedlichen Punkten in einer Zylinderabschalt-Zündfolge auftreten können. Zum Beispiel ist, wenn die Bedingungen aller Zündungen in etwa gleich sind, der mit einer Zündung eines Zylinders, die auf einen oder mehrere Aussetzer folgt, in Zusammenhang stehende Drehmomentimpuls stärker als der Drehmomentimpuls, der mit einer Zündung in Zusammenhang steht, bei der derselbe Zylinder in dem vorhergehenden Motorzyklus gezündet wurde. Der mit einem übersprungenen Arbeitszyklus in Zusammenhang stehende Drehmomentimpuls ist im Allgemeinen viel kleiner als der mit irgendeiner Zündung in Zusammenhang stehende Drehmomentimpuls. Daher wird in der Praxis der mit irgendeiner bestimmten Zylinderzündung in Zusammenhang stehende Drehmomentimpuls durch eine Anzahl von Faktoren beeinflusst, darunter der Betrag der durch die Zündung erzeugten Arbeit und der Zünden/Überspringen-Verlauf bei den verschiedenen vorhergehenden Zylinderzündmöglichkeiten.
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3 zeigt experimentelle Daten, die für zwei verschiedene Zündanteile die Motordrehzahl gegen die Zeit veranschaulichen. Wie in der Zeichnung leicht zu sehen ist, können unterschiedliche Zündanteile im Hinblick auf eine Änderung einer Motordrehzahl sehr unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Bei dem veranschaulichten Experiment beträgt der erste Zündanteil in etwa 1/2, und die Amplitude der Änderungen der Motordrehzahl ist relativ niedrig. Der zweite Zündanteil beträgt in etwa 0,57, was Änderungen des Motordrehmoments mit einer viel höheren Amplitude aufweist, was indikativ für höhere Drehmomentimpulse ist. Obwohl es sich bei der Transferfunktion zwischen Motordrehmomentimpulsen und Kabinenschwingungen um eine komplexe Funktion handelt, korrelieren im Allgemeinen höhere Drehmomentimpulse mit einem höheren Niveau von durch einen Passagier wahrnehmbaren, vom Motor verursachten Schwingungen. Dementsprechend legen diese Daten nahe, dass mehr TCC-Schlupf wünschenswert wäre, wenn der Zündanteil 0,57 verwendet wird, und dass weniger TCC-Schlupf angemessen wäre, wenn der Zündanteil 1/2 verwendet wird.
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An dem Zeitpunkt, an dem irgendeine Zündentscheidung getroffen wird, kennt das Zylinderabschalt-Steuergerät den jüngsten Zündverlauf (und das erwartete Ausmaß einer beliebigen befohlenen Zündung kann ermittelt werden). Dieses Wissen kann vorteilhaft verwendet werden, um den TCC-Schlupf aktiv auf eine Weise zu modulieren, die dazu beiträgt, große Drehmomentimpulse auf einer Zylinderereignis-Basis (d.h. auf Grundlage jeder einzelnen Zündmöglichkeit) zu dämpfen. Bei einem einfachen Beispiel kann ein TCC-Steuergerät so gestaltet sein, dass es befiehlt: (1) einen ersten (höheren) TCC-Schlupfwert jedes Mal, wenn eine Zündung befohlen wird, die auf einen Aussetzer folgt; (2) einen zweiten (Zwischen-)TCC-Schlupfwert jedes Mal, wenn eine Zündung befohlen wird, die auf eine andere Zündung folgt, und (3) einen dritten (niedrigeren) TCC-Schlupfwert jedes Mal, wenn ein Aussetzer befohlen wird. Eine wirksame Realisierung dieses Schlupfsteuerungsansatzes mit großer Bandbreite kann geeignete Änderungen an der Software der Hydrauliksysteme und/oder Subsysteme der TCC erfordern, um ihr Ansprechzeitverhalten zu verbessern. Alternativ können nicht hydraulische Kupplungsbetätigungssysteme zum Betätigen der TCC verwendet werden. Zum Beispiel wird in der
US-Patentveröffentlichung Nr. 20120211323 eine alternative Kupplungsbetätigungstechnologie beschrieben.
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Wenn ein relativ einfacher Ansatz wie beispielsweise ein Ansehen des Zündverlaufs der unmittelbar vorhergehenden Zündmöglichkeiten verwendet wird, wird angenommen, dass es normalerweise nicht erforderlich wäre, beim Ermitteln des geeigneten TCC-Schlupfes mehr als die 10 vorherigen Zündmöglichkeiten in Betracht zu ziehen, obwohl längere Verläufe, falls gewünscht, in Betracht gezogen werden können, und in Bezug auf die meisten Anwendungen wird der Verlauf der vorherigen 1 bis 7 Zündungen für ausreichend gehalten. Bei noch anderen Ausführungsformen können andere Faktoren, darunter das bei einer befohlenen Zündung erzeugte Nettodrehmoment, das Nettodrehmoment der Kurbelwelle, die Motordrehzahl, der Getriebegang, die MAC, die Nockenphase, der Zündzeitpunkt usw. beim Ermitteln der geeigneten TCC-Schlupfwerte verwendet werden.
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Bei weiter entwickelten TCC-Schlupfsteuerungsschemata kann ein längeres Fenster vorheriger Zündentscheidungen verwendet werden, um den geeigneten TCC-Schlupfwert für irgendeine bestimmte Zündung zu ermitteln. Zum Beispiel kann es bei einigen Realisierungen wünschenswert sein, Frequenzkomponenten von besonderer Bedeutung in dem ausgewählten Zündanteil zu erkennen und anschließend einen TCC-Schlupf (oder einen Schlupf einer anderen Antriebsstrangkomponente) zum Mindern derartiger Frequenzkomponenten zu verwenden. Beispielsweise werden Frequenzkomponenten im Bereich von 0,5 bis 10 Hz von Fahrzeuginsassen tendenziell am meisten bemerkt. Zahlreiche mögliche Zündanteil/Motordrehzahl-Kombinationen weisen Frequenzkomponenten in diesem Bereich auf, die vorhergesagt werden können. Mit dem Wissen um die Frequenzkomponenten, die von Bedeutung sind, kann TCC-Schlupf auf geeignete Weise moduliert werden, um die Schwingungen zu mindern, die andernfalls während eines Zylinderabschaltbetriebs auftreten würden. Selbstverständlich kann eine andere Verarbeitung einer Zündfolge, eines Zündmusters oder Zündanteils gegebenenfalls vorgenommen werden, um Zylinderabschalteigenschaften zu erkennen, die beim Modulieren des Schlupfes einer TCC oder einer anderen Antriebsstrangkomponente von Nutzen sind.
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Bei anderen Ausführungsformen dieses Ansatzes mit hoher Bandbreite können prädiktive Modelle von Motorerregung und Reaktion von Antriebsstrang/Fahrzeug verwendet werden, um das geeignete Niveau für TCC-Schlupfwerte zu ermitteln. Bei derartigen Modellen kann es nützlich sein, ein Modell des erwarteten Kurbelwellendrehmoments beim Ermitteln des gewünschten TCC-Schlupfes zu verwenden. Um den Beweggrund für ein Verfolgen des Nettodrehmoments der Kurbelwelle besser zu verstehen, sollte beachtet werden, dass das von einer Kurbelwelle bereitgestellte Nettodrehmoment eine Funktion des zusammengesetzten Drehmoments aller Zylinder ist. Jeder Takt jedes Zylinders hat eine Auswirkung auf das Nettodrehmoment der Kurbelwelle. Üblicherweise verursacht bei einem gezündeten Arbeitszyklus der Ansaugtakt ein negatives Drehmoment (Pumpverlust), dessen Größe auf verschiedenen Faktoren beruht, darunter Saugrohrdruck und Ventilsteuerung. Der Verdichtungstakt verursacht ein höheres negatives Drehmoment, da die Ansaugluft verdichtet wird. Der Verbrennungs/Arbeitstakt erzeugt ein starkes positives Drehmoment, und der Auspufftakt verfügt über sein eigenes Drehmomentprofil.
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Ein übersprungener Arbeitszyklus weist ein sehr anderes Profil auf. Wenn zum Beispiel der Zylinder bei übersprungenen Arbeitszyklen effektiv deaktiviert wird (d.h., die Ventile werden nicht geöffnet), dienen die deaktivierten Takte bei verschiedenen Arten von Gasfangstrategien effektiv als „Federn“. Wenn das Einlassventil nach einem normalen Auslassereignis nicht geöffnet wird, absorbiert der deaktivierte „Ansaug-“Takt mehr Drehmoment (da tatsächlich keine neue Luft in den Zylinder eingeführt wurde, sodass der Kolben effektiv gegen ein größeres Vakuum zieht). Der deaktivierte Verdichtungstakt kann tatsächlich ein positives Drehmoment verleihen, das im Allgemeinen nahe bei dem Gegenteil des während des „Ansaug-“Takts absorbierten Drehmoments liegt. Der deaktivierte Arbeitstakt weist wiederum ein negatives Drehmoment auf, das im Allgemeinen ähnlich dem während des deaktivierten „Ansaug-“Takts verliehenen Drehmoment ist – was sich sehr von dem während eines „Verbrennungs/Arbeits-“Takts mit Zündung angelegten unterscheidet. Der „Auspuff-“Takt kann dann wiederum als ein positives Drehmoment dienen, wenn das Auslassventil geschlossen bleibt. In noch anderen Situationen können die Zylinder deaktiviert werden, während sich entweder eine Luftladung oder eine Abgasladung in dem Zylinder befindet. (Eine Luftladung kann auftreten, wenn das Einlassventil auf eine normale Weise geöffnet ist, aber keine Verbrennung auftritt, und das Auslassventil geschlossen gehalten wird. Eine Abgasladung kann auftreten, wenn das Auslass- und Einlassventil nach einem Verbrennungsereignis geschlossen gehalten werden.) Unter diesen Umständen sieht man während eines Arbeitszyklus sehr unterschiedliche Drehmomentprofile von einem Kolben verdichtete Luft oder Abgase können einen stärkeren „Feder-“Effekt verleihen. Es sollte daher beachtet werden, dass das während irgendeiner bestimmten Zündung beobachtete Nettodrehmoment der Kurbelwelle beträchtlich durch das beeinflusst werden kann, was mit den benachbarten Zylindern geschieht. Das zusammengesetzte Drehmoment kann das Schwingungsanregungs- und Ansprechverhalten und damit den zu irgendeiner gegebenen Zeit geeigneten Schlupf beeinflussen.
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Bei einer Zylinderabschaltsteuerung wird die Entscheidung im Hinblick darauf, ob ein bestimmter Zylinder gezündet werden soll, üblicherweise getroffen, bevor Kraftstoff eingespritzt wird. Daher gibt es typischerweise eine zeitliche Verzögerung zwischen der Zündentscheidung und der Realisierung irgendwelcher mit dieser Zündentscheidung in Zusammenhang stehender Drehmomentimpulse. Diese zeitliche Verzögerung kann vorteilhaft genutzt werden, um (i) den TCC-Schlupfwert zu ermitteln, der für diese bestimmte Zündmöglichkeit gewünscht wird, und (b) den Druck der TCC-Leitung auf das Niveau anzupassen, das auf Grundlage der Zündentscheidung geeignet ist. Bei der in 1 veranschaulichten Ausführungsform kann die Zündzeitpunktermittlungseinheit 94 so eingerichtet sein, dass sie die Schlupfermittlungseinheit 97 über die Zündbefehle informiert, sodass die Schlupfermittlungseinheit den Zündverlauf verfolgen kann. Wenn andere Motoreinstellungen wie beispielsweise UPM, MAC, Nockenphase usw. von der Schlupfermittlungseinheit verwendet werden, können die geeigneten Informationen von der Zündanteilermittlungseinheit 90, dem ECU (nicht gezeigt) oder einer beliebigen anderen verfügbaren Quelle bereitgestellt werden.
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Die beschriebene Verwendung der Leitungsdruck-Modulation mit hoher Bandbreite erleichtert eine gute Steuerung des TCC-Schlupfes relativ zu einem Ziel-TCC-Schlupf, durch den die starken Einflüsse von durch Zündung erzeugten Drehmomentimpulsen auf Fahrzeugschwingungen bei gleichzeitigem Bereitstellen guter Kraftstoffsparsamkeit gemindert werden.
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Obwohl Schlupfregelung hauptsächlich im Zusammenhang einer Regelung des Schlupfes einer Drehmomentwandlerkupplung beschrieben wurde, sollte beachtet werden, dass ähnliche Ergebnisse durch jeden Mechanismus (Kupplung oder sonstiger) erreicht werden können, der steuerbar das Schlupfen eines Segments des Antriebsstrangs zu einem weiteren Segment des Antriebsstrangs regeln kann. Zu diesen können das Differential, ein Doppelkupplungsgetriebe, ein Rutschkupplungsgetriebe oder eine andere Antriebsstrangkomponente zählen.
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Obwohl nur einige Ausführungsformen ausführlich beschrieben wurden, sollte beachtet werden, dass die Erfindung in zahlreichen anderen Formen realisiert werden kann, ohne von dem Erfindungsgedanken oder Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Obwohl zum Beispiel eine TCC-Schlupfsteuerung nur in Verbindung mit einigen bestimmten Zylinderabschalt-Motorsteuergeräten beschrieben wurde, sollte beachtet werden, dass die beschriebene Zündanteilsteuerung mit einer Vielzahl unterschiedlicher Zylinderabschalt-Steuergeräte verwendet werden kann und nicht auf eine Verwendung mit den beschriebenen Klassen von Zylinderabschalt-Steuergeräten und die in einigen der einbezogenen Patente beschriebenen beschränkt ist.
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In einigen Beispielen in den einbezogenen Patenten und Patentanmeldungen wird ein optimierter Zylinderabschaltansatz in Betracht gezogen, bei dem die gezündeten Arbeitskammern unter im Wesentlichen optimalen Bedingungen (thermodynamischen oder anderen) gezündet werden. Zum Beispiel kann die für jede der Zylinderzündungen in die Arbeitskammern eingeführte Luftmassenladung auf die Luftmassenladung eingestellt werden, die bei dem aktuellen Betriebszustand des Motors (z.B. Motordrehzahl, Umgebungsbedingungen usw.) im Wesentlichen den höchsten thermodynamischen Wirkungsgrad liefert. Der beschriebene Steuerungsansatz funktioniert sehr gut, wenn er in Verbindung mit dieser Art von optimiertem Zylinderabschalt-Motorbetrieb verwendet wird. Allerdings ist dies auf keinen Fall erforderlich. Vielmehr funktioniert der beschriebene Steuerungsansatz unabhängig von den Bedingungen, unter denen die Arbeitskammern gezündet werden, sehr gut. Darüber hinaus können, wie vorstehend dargelegt, die Bedingungen in den Arbeitskammern Faktoren bei der Ermittlung des geeigneten Schlupfes (Dämpfung) zu einer beliebigen gegebenen Zeit sein.
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In einigen der vorstehend erörterten spezifischen Beispiele werden hydraulisch betätigte Kupplungen beschrieben. Obwohl hydraulische Kupplungsbetätigung aktuell ein beliebter Ansatz ist, sollte beachtet werden, dass der beschriebene Ansatz auf einfache Weise unter Verwendung anderer Kupplungsbetätigungstechnologien angewendet werden kann, einschließlich, aber ohne darauf beschränkt zu sein, elektromagnetisch betätigte Kupplungstechnologien.
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Obwohl eine Modulation des Antriebsstrangschlupfes (z.B. Schlupf einer Drehmomentwandlerkupplung) hauptsächlich als eine Funktion einer Zylinderabschalteigenschaft und verschiedener Motorbetriebseigenschaften beschrieben wurde, sollte beachtet werden, dass bei anderen Ausführungsformen möglicherweise außerdem ein oder mehrere aus verschiedenen zusätzlichen Faktoren beim Ermitteln des gewünschten Schlupfes berücksichtigt werden. Beispielsweise kann der gewünschte Schlupf als eine Funktion des Getriebegangs und/oder des Betriebszustands des Getriebes variieren. Wenn ein Differential über verschiedene verfügbare Sperrniveaus verfügt, kann der TCC-Schlupf als eine Funktion des Sperrzustands des Differentials variiert werden. Bei noch einer weiteren Realisierung kann der Schlupf zusätzlich oder alternativ als eine Funktion einer gemessenen oder geschätzten Schwingung (zum Beispiel der Schwingung des Fahrzeugs in Längsrichtung), einer gemessenen oder geschätzten Akustik und/oder einer geschätzten oder gemessenen Fahrbahnstörung moduliert werden. Wenn Verweistabellen verwendet werden, können beliebige dieser Faktoren als Indizes für die Verweistabellen verwendet werden. Selbstverständlich kann bei anderen Ausführungsformen der geeignete Schlupf algorithmisch oder auf eine beliebige andere geeignete Weise ermittelt werden. Angesichts des Vorangehenden sollte ersichtlich sein, dass die vorliegenden Ausführungsformen als veranschaulichend und nicht als einschränkend betrachtet werden sollten, und dass die Erfindung nicht auf die hier dargelegten Einzelheiten beschränkt sein soll.
