DE112015001206T5

DE112015001206T5 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des optimalen Zylinderabschalt-Zündungsprofils

Info

Publication number: DE112015001206T5
Application number: DE112015001206.0T
Authority: DE
Inventors: Steve E. Carlson; Nitish J. Wagh; Randall S. Beikmann; Jinbiao LI; Xin Yuan; Mark A. Shost; Louis J. Serrano; Vijay Srinivasan; Eric J. Defenderfer; Li-Chun CHIEN
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC; Tula Technology Inc
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC; Tula Technology Inc
Priority date: 2014-03-13
Filing date: 2015-03-09
Publication date: 2016-12-22
Also published as: US10941722B2; CN106068373B; WO2015138342A1; CN106068373A; US20190170074A1; US20150260117A1; US10247121B2

Abstract

Nach einem Gesichtspunkt wird eine Zylinderabschalt-Motorsteuereinheit beschrieben. Die Zylinderabschalt-Motorsteuereinheit umfasst ein Zylinderabschaltmodul, das eingerichtet ist, um einen Zündungsanteil für den Betrieb und eine zugehörige Zylinderbelastung zur Lieferung einer gewünschten Motorausgangsleistung zu bestimmen. Die Zylinderabschalt-Motorsteuereinheit umfasst auch eine Zündungssteuereinheit, die eingerichtet ist, um Zündungen auf eine Weise, bei der Zylinder abgeschaltet werden, zu regeln, die den gewählten Zündungsanteil für den Betrieb liefert. Verschiedene Verfahren, Module, Nachschlagetabellen und Anordnungen im Zusammenhang mit der Wahl eines geeigneten Zündungsanteils für den Betrieb werden ebenfalls beschrieben.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht den Vorrang der am 13. März 2014 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/952,737 mit der Bezeichnung "Method and Apparatus for Determining Optimum Skip Fire Firing Profile", die hier für alle Zwecke zur Gänze aufgenommen ist.
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Systeme zum Betreiben eines Motors auf eine Weise, bei der Zylinder abgeschaltet werden. Genauer werden verschiedene mögliche Arbeitskammerausgangsleistungsgrade in Betracht gezogen, die bei der Bestimmung eines optimalen Zündungsprofils bei einer Zylinderabschaltung helfen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die meisten Fahrzeuge, die heute in Betrieb stehen, (und viele andere Vorrichtungen) werden durch Verbrennungsmotoren (internal combustion engines, IC-engines) betrieben. Verbrennungsmotoren weisen typischerweise mehrere Zylinder oder andere Arbeitskammern auf, in denen die Verbrennung stattfindet. Unter normalen Fahrtbedingungen muss sich das Drehmoment, das durch einen Verbrennungsmotor erzeugt wird, über einen weiten Bereich verändern, um die Betriebsanforderungen des Fahrers zu erfüllen. Im Lauf der Jahre wurde eine Anzahl von Verfahren zur Steuerung des Verbrennungsmotordrehmoments vorgeschlagen und benutzt. Einige solche Ansätze ziehen das Verändern der effektiven Verdrängung des Motors in Betracht. Motorsteuerungsansätze, die die effektive Verdrängung eines Motors verändern, können in zwei Arten von Steuerungen – mehrere feste Verdrängungen und die Zylinderabschaltung – eingeteilt werden. Bei der Steuerung, die mehrere feste Verdrängungen umfasst, wird unter geringen Belastungsbedingungen ein gewisser fester Satz von Zylindern deaktiviert; beispielsweise ein Achtzylindermotor, der unter bestimmten Bedingungen mit den gleichen vier Zylindern arbeiten kann. Im Gegensatz dazu arbeitet die Zylinderabschaltsteuerung so, dass ein beliebiger gegebener Zylinder manchmal übersprungen wird und manchmal gezündet wird. Im Allgemeinen wird die Zylinderabschalt-Motorsteuerung so begriffen, dass sie eine Anzahl von möglichen Vorteilen bietet, einschließlich des Potentials einer deutlich verbesserten Kraftstoffeinsparung bei vielen Anwendungen. Obwohl das Konzept der Zylinderabschalt-Motorsteuerung seit vielen Jahren besteht und seine Vorteile verstanden werden, hat die Zylinderabschalt-Motorsteuerung noch keinen bedeutenden wirtschaftlichen Erfolg erzielt.
Es ist wohlbekannt, dass in Betrieb stehende Motoren dazu neigen, die Quelle bedeutender Geräusche und bedeutender Schwingungen darzustellen, was auf dem einschlägigen Gebiet häufig als NVH (noise, vibration and harshness, Geräusch, Vibration und Rauheit) bezeichnet wird. Im Allgemeinen ist ein mit der Zylinderabschalt-Motorsteuerung verbundenes Stereotyp, dass ein Betrieb mit Zylinderabschaltung eines Motors den Motor gegenüber einem herkömmlich betriebenen Motor deutlich rauer, das heißt, mit vermehrtem NVH, zum Laufen bringen wird. Bei vielen Anwendungen wie etwa Kraftfahrzeuganwendungen stellt die Schwingungssteuerung eine der signifikantesten Herausforderungen dar, die die Zylinderabschalt-Motorsteuerung bietet. Tatsächlich wird angenommen, dass das Unvermögen, Bedenken im Hinblick auf NVH zufriedenstellend anzusprechen, eines der Haupthindernisse darstellt, die einen verbreiteten Einsatz von Arten der Motorsteuerung unter Zylinderabschaltung verhindert haben.
Die US-Patentschriften Nr. 7,954,474 ; 7,886,715 ; 7,849,835 ; 7,577,511 ; 8,099,224 ; 8,131,445 und 8,131,447 und die US-Patentanmeldungen Nr. 13/004,839; 13/004,844; und andere beschreiben eine Vielfalt von Motorsteuereinheiten, die den Betrieb einer breiten Vielfalt von Verbrennungsmotoren in einem Zylinderabschalt-Betriebsmodus praktisch gestalten. Jede dieser Patentschriften und Patentanmeldungen wird hier durch Nennung aufgenommen. Obwohl die beschriebenen Steuereinheiten gut arbeiten, bestehen fortgesetzte Bemühungen, um das Leistungsvermögen dieser und anderer Zylinderabschalt-Motorsteuereinheiten weiter zu verbessern, um die Probleme im Zusammenhang mit NVH bei Motoren, die unter Zylinderabschaltsteuerung arbeiten, weiter abzuschwächen. Die vorliegende Anmeldung beschreibt zusätzliche Zylinderabschaltsteuerungsmerkmale und Verbesserungen, die das Leistungsvermögen eines Motors bei einer Vielfalt von Anwendungen verbessern können.
KURZDARSTELLUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Anordnungen zum Betreiben eines Motors auf eine Weise, bei der Zylinder abgeschaltet werden. Nach einem Gesichtspunkt wird eine Zylinderabschalt-Motorsteuereinheit beschrieben. Die Zylinderabschalt-Motorsteuereinheit umfasst ein Zylinderabschaltprofilmodul und eine Zündungssteuereinheit. Das Zylinderabschaltprofilmodul ist eingerichtet, um einen Zündungsanteil für den Betrieb und eine zugehörige Zylinderbelastung zur Lieferung einer gewünschten Motorausgangsleistung zu bestimmen. Das Zylinderabschaltprofilmodul ist eingerichtet, um den Zündungsanteil für den Betrieb aus einem Satz von verfügbaren Zündungsanteilen zu wählen. Der Satz von verfügbaren Zündungsanteilen verändert sich als eine Funktion der Zylinderbelastung so, dass bei geringeren Zylinderbelastungen mehr Zündungsanteile verfügbar sind, als bei höheren Zylinderbelastungen. Die Zündungssteuereinheit ist eingerichtet, um Zündungen auf eine Weise, bei der Zylinder abgeschaltet werden, zu regeln, die den gewählten Zündungsanteil für den Betrieb liefert.
Nach einem anderen Gesichtspunkt wird eine Zylinderabschalt-Motorsteuereinheit beschrieben. Die Zylinderabschalt- Motorsteuereinheit umfasst eine Nachschlagetabelle, ein Zylinderabschaltprofilmodul und eine Zündungssteuereinheit. Die Nachschlagetabelle ist durch ein computerlesbares Medium ausgeführt und enthält Tabelleneinträge, die verschiedene höchstzulässige Zylinderbelastungen bei unterschiedlichen Motorgeschwindigkeiten, Getriebegängen und Zündungsanteilen angeben. Das Zylinderabschaltprofilmodul ist eingerichtet, um einen Zündungsanteil für den Betrieb zu bestimmen, der zur Lieferung einer verlangten Motorausgangsleistung geeignet ist. Das Zylinderabschaltprofilmodul benutzt die Nachschlagetabelle, um den Zündungsanteil für den Betrieb zu bestimmen. Die Zündungssteuereinheit ist eingerichtet, um Zündungen auf eine Weise, bei der Zylinder abgeschaltet werden, zu regeln, die den Zündungsanteil für den Betrieb liefert.
Nach noch einem anderen Gesichtspunkt wird ein Verfahren zur Wahl eines Zylinderabschalt-Zündungsprofils für den Betrieb beschrieben werden. Es wird eine gewünschte Motorausgangsleistung bestimmt. Aus einer Liste von zulässigen Zündungsanteilen werden mehrere Kandidaten-Zündungsanteile gewählt. Die Kandidaten-Zylinderbelastung für jeden der Kandidaten-Zündungsanteile wird so berechnet, dass die Kombination aus der Kandidaten-Zylinderbelastung und jedem zugehörigen Kandidaten-Zündungsanteil im Wesentlichen die gewünschte Motorausgangsleistung erbringt. Jede solche Kombination wird als Kandidaten-Zylinderabschalt-Zündungsprofil bezeichnet. Eines der Kandidaten-Zylinderabschalt-Zündungsprofile wird als das Zylinderabschalt-Zündungsprofil für den Betrieb gewählt. Der Verbrennungsmotor wird zumindest zum Teil auf Basis des gewählten Zylinderabschalt-Zündungsprofils für den Betrieb betrieben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung und ihre Vorteile können durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung, die in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen vorgenommen wird, am besten verstanden werden, wobei
1 eine beispielhafte Darstellung von NVH in Bezug auf die Motorgeschwindigkeit für eine gewählte Zündungsfrequenz bei verschiedenen Zylinderbelastungen und der sich ergebenden Zylinderbelastungsgrenze ist.
2 eine beispielhafte Darstellung der Zylinderbelastung ist, die bei verschiedenen Motorgeschwindigkeiten zu einer optimalen Kraftstoffeffizienz führt.
3 eine beispielhafte Nachschlagetabelle ist, die die Basiszündungsfrequenz für einen Bereich von Motordrehmomentanteilen und Motorgeschwindigkeiten zusammenstellt.
4 ein Blockdiagramm ist, das eine Motorsteuereinheit nach einer bestimmten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Wahl eines Zylinderabschalt-Zündungsprofils für den Betrieb nach einer bestimmten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
6 eine beispielhafte zweidimensionale Nachschlagetabelle ist, die die höchstzulässige Zylinderbelastung als Funktion des Zündungsanteils und der Motorgeschwindigkeit zusammenstellt.
7 eine beispielhafte eindimensionale Nachschlagetabelle ist, die zulässige Motorgeschwindigkeiten als Funktion der Zylinderabschalt-Zündungsprofile zusammenstellt.
8 eine beispielhafte Darstellung von NVH in Bezug auf die Motorgeschwindigkeit für eine gewählte Zündungsfrequenz bei einer höchsten Zylinderbelastung und der sich ergebenden Zylinderbelastungsgrenzen ist, die mit verschiedenen annehmbaren NVH-Niveaus verbunden sind.
9 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Wahl eines Zylinderabschalt-Zündungsprofils für den Betrieb nach einer bestimmten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
10 ein Diagramm ist, das eine Beziehung zwischen einem bestimmten Kraftstoffverhalten und der Zylinderbelastung nach einer bestimmten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angibt.
In den Zeichnungen werden manchmal gleiche Bezugszeichen verwendet, um gleiche bauliche Elemente zu bezeichnen. Es sollte sich auch verstehen, dass die Darstellungen in den Figuren diagrammatisch und nicht maßstabgetreu sind.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Betreiben eines Verbrennungsmotors auf eine Weise, bei der Zylinder abgeschaltet werden. Genauer berücksichtigen verschiedene Ausführungen der vorliegenden Erfindung die Arbeitskammerausgangsleistung, um die Bestimmung einer geeigneten Zylinderabschalt-Zündungsfrequenz, eines Zündungsanteils, eines Zündungsmusters oder einer Zündungsabfolge zu unterstützen.
Ein Verbrennungsmotor kann als Antriebsquelle für ein Kraftfahrzeug verwendet werden. Bei Fahrzeuganwendungen wird das Drehmoment, das durch den Motor erzeugt wird, zu einem oder mehreren der Räder des Fahrzeugs übertragen. Typischerweise wird ein Antriebsstrang, der ein Getriebe mit einem verstellbaren Übersetzungsverhältnis umfasst, verwendet, um das von dem Motor erzeugte Drehmoment zu übertragen. Eine Anpassung des Getriebes ändert das Verhältnis zwischen der Motorumdrehungsgeschwindigkeit und der Radumdrehungsgeschwindigkeit. Während des Betriebs eines Kraftfahrzeugs verlangt ein Fahrer im Fahrzeuginnenraum typischerweise eine breite Vielfalt von Motordrehmomentniveaus und Motorgeschwindigkeiten, um sich verändernden Fahrtbedingungen nachzukommen. Die meisten Fahrzeuge, die heute in Betrieb stehen, betreiben alle Motorarbeitskammern oder Zylinder mit im Wesentlichen gleichen Belastungsgraden, um diesen sich verändernden Drehmomentanforderungen nachzukommen. Das heißt, die Belastung auf jeden Zylinder in dem Motor ist ungefähr konstant, aber die Zylinderbelastung nimmt zu und ab, um die Drehmomentanforderung durch den Fahrer zu erfüllen. Bei kerzengezündeten Saugmotoren wird der Arbeitskammerbelastungsgrad hauptsächlich durch die Verwendung einer Drosselung des Luftstroms in den Motor reguliert. Der Betrieb auf diese Weise ist ineffizient, da die Arbeitskammern häufig weit von den Bedingungen der höchsten Kraftstoffeffizienz entfernt arbeiten und die Drosselung zu Pumpverlusten führt. Die Kraftstoffeffizienz kann durch Betreiben des Motors auf eine Weise, bei der Zylinder abgeschaltet werden, wobei einige Arbeitskammern näher an der optimalen Kraftstoffeffizienz arbeiten und die restlichen Arbeitskammern deaktiviert sind, deutlich verbessert werden.
Im Allgemeinen fasst die Zylinderabschalt-Motorsteuerung das selektive Überspringen der Zündung bestimmter Zylinder während gewählter Zündungsgelegenheiten ins Auge. Daher kann zum Beispiel ein bestimmter Zylinder während einer Zündungsgelegenheit gezündet werden und dann während der nächsten Zündungsgelegenheit übersprungen werden und dann während der nächsten selektiv übersprungen oder gezündet werden. Dies steht im Gegensatz zu dem herkömmlichen Motorbetrieb mit veränderlicher Verdrängung, bei dem ein fester Satz der Zylinder während bestimmter Niedrigbelastungsbetriebsbedingungen deaktiviert ist.
Eine Herausforderung bei der Zylinderabschalt-Motorsteuerung ist das Verringern von unerwünschtem Geräusch, unerwünschter Schwingung und unerwünschter Rauheit (NVH) auf ein annehmbares Niveau. Das Geräusch und die Schwingung, die durch den Motor erzeugt werden, können über eine Vielfalt von Pfaden zu Insassen in dem Fahrzeuginnenraum übertragen werden. Einige dieser Pfade, zum Beispiel der Antriebsstrang, können die Amplitude der verschiedenen Frequenzkomponenten, die in der Motorgeräusch- und -schwingungssignatur vorhanden sind, abändern. Insbesondere neigen niedrigere Getriebeübersetzungsverhältnisse dazu, Schwingungen zu verstärken, da das Getriebe das Drehmoment und die Drehmomentveränderung an den Rädern erhöht. Das Geräusch und die Schwingung können auch verschiedene Fahrzeugresonanzen anregen, die sich dann in den Fahrzeuginnenraum einkoppeln können.
Einige Geräusch- und Schwingungsfrequenzen können für Fahrzeuginsassen besonders störend sein. Insbesondere neigen sich wiederholende Niederfrequenzmuster (z.B. Frequenzkomponenten in dem Bereich von 0,2 bis 8 Hz) dazu, unerwünschte Schwingungen zu erzeugen, die von Fahrzeuginsassen wahrgenommen werden. Die Harmonischen höherer Ordnung dieser Muster können in der Fahrgastzelle ein Geräusch verursachen. Insbesondere kann eine Frequenz um 40 Hz, die sogenannte "Knallfrequenz", in dem Fahrzeuginnenraum schwingen. Eine wirtschaftlich umsetzbare Zylinderabschalt-Motorsteuerung erfordert einen Betrieb bei annehmbarem NVH-Niveau, während dem Fahrer gleichzeitig eine gewünschte oder verlangte Motordrehmomentausgangsleistung geliefert wird und bedeutende Kraftstoffeffizienzgewinne erzielt werden.
Die NVH-Eigenschaften verändern sich mit der Motorgeschwindigkeit, der Zündungsfrequenz und dem Getriebegang. Man betrachte zum Beispiel eine Motorsteuereinheit, die eine bestimmte Zündungsfrequenz wählt, welche einen Prozentsatz von Zündungen angibt, der nötig ist, damit bei einer bestimmten Motorgeschwindigkeit und einem bestimmten Gang ein gewünschtes Drehmoment geliefert wird. Auf Basis der Zündungsfrequenz erzeugt die Motorsteuereinheit ein sich wiederholendes Zündungsmuster, um die Arbeitskammern des Motors auf eine Weise, bei der Zylinder abgeschaltet werden, zu betreiben. Wie für Fachleute wohlbekannt ist, kann ein Motor, der bei gewissen Zündungsmustern sanft läuft, bei einer gegebenen Motorgeschwindigkeit mit anderen Zündungsmustern unerwünschte Geräusch- oder Schwingungswirkungen erzeugen. Ebenso kann ein gegebenes Zündungsmuster bei einer Motorgeschwindigkeit annehmbares NVH bereitstellen, doch kann das gleiche Muster bei anderen Motorgeschwindigkeiten unannehmbares NVH erzeugen. Motorinduzierte Geräusche und Schwingungen werden auch durch die Zylinderbelastung oder die Arbeitskammerausgangsleistung beeinflusst. Wenn einem Zylinder weniger Luft und Kraftstoff geliefert wird, wird die Zündung des Zylinders weniger Ausgangsleistung wie auch weniger Geräusche und Schwingungen erzeugen. Als Ergebnis können bei einer Verringerung der Zylinderausgangsleistung einige Zündungsfrequenzen und -abfolgen, die aufgrund ihrer schlechten NVH-Eigenschaften nicht verwendbar waren, dann verwendbar werden.
Dieses Konzept ist in 1, worin eine beispielhafte Darstellung von NVH in Bezug auf die Motorgeschwindigkeit für eine gewählte Zündungsfrequenz und verschiedene Zylinderbelastungen bei einem festen Getriebeübersetzungsverhältnis gezeigt ist, graphisch dargestellt. 1 zeigt einen Satz von drei Kurven 151, 152 und 153, die unterschiedlichen Werten der Zylinderbelastung entsprechen. Die Kurve 151 entspricht der höchsten Zylinderbelastung, während die Kurven 152 und 153 fortlaufend niedrigeren Zylinderbelastungswerten entsprechen. Die Zylinderbelastung kann durch den Zylinderdrehmomentanteil (cylinder torque fraction, CTF) definiert sein, der eine Angabe einer Arbeitskammerausgangsleistung in Bezug auf einen Referenzwert angibt. Zum Beispiel können die CTF-Werte auf das größtmögliche Ausgangsdrehmoment bezogen sein, das durch eine Arbeitskammer mit weit offener Drossel bei einem Bezugsumgebungsdruck und einer -temperatur, d.h., 100 kPa und 0 °C, und dem passenden Ventil- und Zündtiming erzeugt wird. Natürlich können andere Bereiche und Referenzwerte benutzt werden. In dieser Anmeldung ist der CTF im Allgemeinen ein Wert zwischen 0 und 1,0, obwohl er unter manchen Umständen, wie etwa niedrigen Umgebungstemperaturen und/oder einem Betrieb unter Meeresniveau oder bei aufgeladenen Motoren, d.h., Motoren mit einem Kompressor oder einem Turbolader, größer als 1 sein kann. Wie in 1 gezeigt erzeugen niedrigere Grade der Zylinderbelastung niedrigeres NVH, doch ist die Form der NVH-Kurve für jede beliebige feste Zündungsfrequenz und jedes beliebige feste Getriebeübersetzungsverhältnis im Wesentlichen konstant. Im Allgemeinen ist NVH bei niedrigen Motorgeschwindigkeiten höher, da niedrige Motorgeschwindigkeiten dazu neigen, Schwingungen in dem Frequenzbereich von 0,2 bis 8 Hz zu erzeugen, was für Fahrzeuginsassen besonders unangenehm ist. Neben hohem NVH bei niedrigen Motorgeschwindigkeiten können zudem bei hohen Motorgeschwindigkeiten eine oder mehr Resonanzen 150 in der NVH-Signatur vorhanden sein. Diese Spitzen können der Anregung der Innenraum-Knallfrequenz oder anderen Resonanzen in dem Fahrzeug entsprechen.
Außerdem ist in 1 eine annehmbare NVH-Grenze 160 gezeigt. Es ist gezeigt, dass diese Grenze für alle Motorgeschwindigkeiten und Fahrtbedingungen einen einzelnen konstanten Wert aufweist; doch wie nachstehend beschrieben muss dies nicht der Fall sein. Bei diesem Beispiel stellt der Betriebsbereich unter der NVH-Grenze 160 von einer NVH-Perspektive her einen Bereich annehmbarer Betriebspunkte dar, während Bereiche über der NVH-Grenze ausgeschlossene Betriebspunkte sind. 1 zeigt auch die Zylinderbelastungsgrenze 171 als Funktion der Motorgeschwindigkeit. Die Kurve 171 kann durch Vergleichen von NVH, das bei jeder Zylinderbelastung und Motorgeschwindigkeit erzeugt wird, mit der annehmbaren NVH-Grenze leicht erzeugt werden. Eine Untersuchung des Diagramms zeigt, dass bei Motorgeschwindigkeiten über ungefähr 1000 U/min CTF-Werte von 1, Kurve 151, gestattet sind, ausgenommen das Band um die Resonanz 150, in dem Motorgeschwindigkeiten in dem Bereich von ungefähr 1950 bis 2350 U/min untersagt sind. Für den niedrigeren CTF-Wert der Kurve 152 wird ein Betrieb bei Motorgeschwindigkeiten über ungefähr 900 U/min gestattet, ausgenommen das Band zwischen ungefähr 2050 bis 2250 U/min. Für den niedrigsten gezeigten CTF, Kurve 153, wird ein Betrieb bei allen Motorgeschwindigkeiten über ungefähr 700 U/min gestattet. Obwohl die Kurve 153 die Resonanz 150 zeigt, liegt das höchste NVH bei der Resonanzfrequenz immer noch unter der zulässigen Grenze. Im Allgemeinen können für jede Zündungsfrequenz und jedes Getriebeübersetzungsverhältnis Ergebnisse, die den in 1 gezeigten ähnlich sind, erhalten werden. Die Kurven können bei verschiedenen Motorgeschwindigkeiten mit unterschiedlichen NVH-Werten mehrere Resonanzen zeigen, doch werden alle Zündungsfrequenzen und Getriebeübersetzungsverhältnisse qualitativ ähnliche Kurven zeigen. Es ist zu beachten, dass die Familie der erhaltenen Kurven in einem herkömmlich gesteuerten Motor, d.h., ohne Zylinderabschaltung, dem Fall einer Zündungsfrequenz, die gleich 1 ist, entspricht.
Die Zylinderbelastung kann durch eine Einstellung verschiedener Motorparameter wie etwa des Krümmerabsolutdrucks (manifold absolute pressure, MAP), des Ansaug- und des Ausstoßventiltimings, der Abgasrückführung, und des Zündzeitpunkts verändert werden. Der MAP wird typischerweise unter Verwendung einer Drossel, um die Größe der Öffnung in den Ansaugkrümmer zu begrenzen, eingestellt. Bei Motoren mit einer Nockenwelle wird das Ventiltiming unter Verwendung eines Nockenwellenverstellers eingestellt. Der Luftdruck und die Umgebungstemperatur beeinflussen die Zylinderbelastung ebenfalls. Bei aufgeladenen Motoren kann die Zylinderbelastung durch Einstellen des Ladedrucks verändert werden. Im Allgemeinen verändert sich die Zylinderbelastung, die die effizienteste Kraftstoffverwendung bereitstellt, als Funktion der Motorgeschwindigkeit. Die höchste Kraftstoffeffizienz wird typischerweise mit dem MAP bei oder nahe an dem Luftdruck erhalten. Die Zünd- und Nockenwellenverstellereinstellungen, die die höchste Kraftstoffeffizienz erbringen, hängen von der Motorgestaltung ab. Für jede Motorgeschwindigkeit kann jene Zünd- und Nockenwellenverstellereinstellung bestimmt werden, die die höchste Kraftstoffeffizienz erbringt. Die sich ergebende optimale Zylinderbelastung, die die höchste Kraftstoffeffizienz (CTF_opt) erbringt, kann bestimmt werden. 2 zeigt ein beispielhaftes Diagramm des CTF_opt 180 in Bezug auf die Motorgeschwindigkeit. Im Allgemeinen ist die CTF_opt bei niedriger Motorgeschwindigkeit niedrig, und steigt mit dem Anstieg der Motorgeschwindigkeit an und pendelt sich ein. Bei hohen Motorgeschwindigkeiten (in 2 nicht gezeigt) neigt die CTF_opt zur Abnahme. Es ist zu beachten, dass sich die CTF_opt abhängig von Umgebungsbedingungen wie etwa der Umgebungstemperatur, der Feuchtigkeit und dem Atmosphärendruck verändern kann. Sensoren, die sich an dem Fahrzeug befinden, können diese Werte detektieren und die CTF_opt auf Basis der Umgebungsbedingungen regulieren. Die Kraftstoffqualität, die durch die Oktanzahl oder ein anderes vergleichbares Maß gemessen wird, kann den CTF_opt-Wert ebenfalls beeinflussen.
Die vorliegende Anmeldung beschreibt verschiedene Motorsteuereinheitsausführungen, die die obigen Aspekte berücksichtigen, um einen kraftstoffeffizienten Betrieb mit annehmbaren NVH-Eigenschaften bereitzustellen. Bei einigen Ausführungsformen benutzt eine Motorsteuereinheit zum Beispiel einen Faktor, der die von dem Motor oder der Arbeitskammer verlangte Ausgangsleistung angibt (z.B. den Zylinderdrehmomentanteil, die Masseluftladung (mass air charge, MAC), die Luft pro Zylinder, das Bremsmoment, die Zylinderbelastung, den mittleren effektiven Nettodruck oder jeden beliebigen anderen Parameter, der mit der Ausgangsleistung des Motors oder der Arbeitskammer in Zusammenhang steht), um die Bestimmung einer Zündungsfrequenz, eines Zündungsanteils, eines -musters, einer -abfolge oder einer anderen Zündungseigenschaft zu unterstützen. Einige Ausführungen umfassen eine Motorsteuereinheit, die eine Zündungsfrequenz nicht auf Basis der Annahme, dass jedem gezündeten Zylinder eine bestimmte feste oder höchste Menge an Luft geliefert werden muss, bestimmt. Stattdessen berücksichtigt die Motorsteuereinheit bei der Bestimmung eines Zündungsanteils oder einer anderen Zündungseigenschaft die Möglichkeit unterschiedlicher Luftladungs- oder Arbeitskammerausgangsleistungsniveaus. Im Allgemeinen ist die Motorsteuereinheit dazu eingerichtet, in Abhängigkeit von gegenwärtigen oder erwarteten Betriebsparametern oder Motoreinstellungen bestimmte Zündungsfrequenzen, Zündungsanteile, Zündungsmuster oder Zündungsabfolgen zu vermeiden oder zu wählen.
Eine Motorsteuereinheit kann eine Nachschlagetabelle, einen Steueralgorithmus oder einen anderen Mechanismus, der unterschiedliche Fahrzeugbetriebsparameter oder -bedingungen berücksichtigt, verwenden, wenn die annehmbare NVH-Grenze bestimmt wird. Die Motorsteuereinheit kann eine Nachschlagetabelle verwenden, um einen passenden Zündungsanteil zum Betreiben des Motors unter gegebenen gegenwärtigen und/oder erwarteten Betriebsparametern zu bestimmen. Diese und andere Ausführungsformen werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben werden.
Ein allgemeines Ziel jeder Zylinderabschalt-Motorsteuereinheit oder jedes Zylinderabschalt-Motorsteuerverfahrens ist, dass die verlangte Motorausgangsleistung geliefert wird, während der Kraftstoffverbrauch minimiert wird und ein annehmbares NVH-Leistungsverhalten bereitgestellt wird. Dies ist aufgrund des weiten Bereichs von Betriebsbedingungen, denen man beim Fahrzeugbetrieb begegnet, ein herausforderndes Problem. Eine verlangte Motorausgangsleistung kann als Drehmomentanforderung bei einer Motorbetriebsgeschwindigkeit ausgedrückt werden. Es sollte sich verstehen, dass die Menge des gelieferten Motordrehmoments durch das Produkt der Zündungsfrequenz und der Zylinderbelastung dargestellt werden kann. Somit kann bei einer Erhöhung der Zündungsfrequenz (firing frequency, FF) die Zylinderbelastung (CTF) verringert werden, um das gleiche Motordrehmoment zu erzeugen, und umgekehrt. Mit anderen Worten ist Motordrehmomentanteil (engine torque fraction, ETF) = CTF·FF (Gleichung 1), wobei der ETF ein Wert ist, der das normalisierte netto- oder angegebene Motordrehmoment darstellt. In dieser Gleichung sind alle Werte dimensionslos, was ihre Verwendung mit allen Arten von Motoren und in allen Arten von Fahrzeugen gestattet. Das heißt, um das gleiche Motordrehmoment zu liefern, kann eine Vielfalt von unterschiedlichen Kombinationen von Zündungsfrequenzen und CTFs verwendet werden. Die Gleichung 1 enthält keine Auswirkungen der Motorreibung. Eine ähnliche Analyse könnte unter Einschluss der Reibung vorgenommen werden. In diesem Fall wäre der berechnete Parameter der Bremsmomentanteil. Als Basis eines Steueralgorithmus kann entweder der Motornettodrehmomentanteil, der Motorbremsmomentanteil, der angegebene Drehmomentanteil des Motors oder irgendein ähnliches Maß verwendet werden. Zur Klarheit kann sich der Ausdruck "Motordrehmomentanteil" auf ein beliebiges dieser Maße der Motorausgangsleistung beziehen und wird in der anschließenden Besprechung von Motorsteuereinheiten und Motorsteuerverfahren verwendet werden.
3 zeigt eine beispielhafte Tabelle 340, die die kraftstoffeffizienteste Betriebszündungsfrequenz, die als Basiszündungsfrequenz (FF_base) bezeichnet ist, für einen Bereich von Motordrehmomentanteilen (ETFs) und Motorgeschwindigkeiten zusammenstellt. Die Zündungsfrequenz ist als das Verhältnis der Zylinderzündungen in Bezug auf die Zündungsgelegenheiten, d.h., den Betrieb mit allen Zylindern, definiert. Jede Spalte 350 in 3 entspricht einer Motorgeschwindigkeit, und jede Zeile 360 entspricht einem Motordrehmomentanteil. Jeder Tabelleneintrag 370 stellt die Basiszündungsfrequenz FF_base dar, bei der es sich um die Zündungsfrequenz handelt, die den kraftstoffeffizientesten Betrieb bei der bestimmten Motorgeschwindigkeit und Drehmomentanforderung bereitstellt. Die Basiszündungsfrequenz kann unter Verwendung von Gleichung 1 in Verbindung mit dem Wissen um (CTF_opt) bei verschiedenen Motorgeschwindigkeiten (siehe 2) leicht berechnet werden. Im Verhalten der Basiszündungsfrequenz sind zwei allgemeine Trends ersichtlich. Erstens steigt bei einer festen Motorgeschwindigkeit die Basiszündungsfrequenz mit dem Ansteigen der Motordrehmomentanforderung an, damit der verlangten Belastung entsprochen wird. Zweitens nimmt für einen festen ETF die Basiszündungsfrequenz mit dem Ansteigen der Motorgeschwindigkeit ab. Dies spiegelt den in 2 gezeigten Umstand wider, dass die Zylinderbelastung, die die optimale Kraftstoffeffizienz bereitstellt, mit dem Ansteigen der Motorgeschwindigkeit zum Ansteigen neigt. Diese Trends werden im Allgemeinen bei allen Verbrennungsmotoren vorhanden sein; doch die genauen Werte der Basiszündungsfrequenz werden abhängig von Einzelheiten der Motorgestaltung variieren. Einträge ohne einen Wert können das verlangte Drehmoment bei (CTF_opt) nicht liefern, da die Zündungsfrequenz nicht höher als 1 sein kann. Um diese Drehmomentniveaus zu liefern, werden die Zylinder mit CTF-Werten betrieben werden müssen, die größer als CTF_opt sind. Doch selbst in diesen Situationen ist der Betrieb mit Zylinderabschaltung im Allgemeinen effizienter als die herkömmliche Motorsteuerung, da der Betrieb mit Zylinderabschaltung gestattet, dass die Zylinderbelastung dem CTF_opt näher entspricht. Obwohl es im Allgemeinen vorteilhaft ist, dass die FF_base-Werte in 3 den kraftstoffeffizientesten Zündungsanteil zur Lieferung des verlangten Motordrehmoments darstellen, können andere Kriterien verwendet werden, um FF_base zu definieren.
Unter Bezugnahme auf 4 wird ein Motor 100 nach einer bestimmten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Der Motor 100 besteht aus einer Motorsteuereinheit 130 und den Arbeitskammern des Motors 112. Die Motorsteuereinheit 130 erhält ein Eingangssignal 114, das die gewünschte Motorausgangsleistung darstellt, und verschiedene Fahrzeugbetriebsparameter wie etwa eine Motorgeschwindigkeit 132 und einen Getriebegang 134. Das Eingangssignal 114 kann als Anforderung einer gewünschten Motorausgangsleistung oder eines -drehmoments behandelt werden. Das Signal 114 kann von einem Gaspedalpositionssensor (accelerator pedal position, APP) oder anderen geeigneten Quellen wie etwa einer Tempomat-Steuereinheit, einem Drehmomentrechner usw. erhalten oder abgeleitet werden. Ein optionaler Vorprozessor kann das Gaspedalsignal modifizieren, bevor es der Motorsteuereinheit 130 geliefert wird. Es sollte sich jedoch verstehen, dass der Gaspedalpositionssensor bei anderen Ausführungen direkt mit der Motorsteuereinheit 130 kommunizieren kann. Die Motorsteuereinheit 130 kann einen Basiszündungsfrequenzrechner 102, ein Betriebs-Zylinderabschaltprofilmodul 136, ein Antriebsstrangparametereinstellmodul 108, ein Zündungstimingbestimmungsmodul 106, und eine Zündungssteuereinheit 110 umfassen. Die Motorsteuereinheit 130 ist dazu eingerichtet, Arbeitskammern des Motors 112 auf eine Weise, bei der Zylinder abgeschaltet werden, zu betreiben.
Der Basiszündungsfrequenzrechner 102 erhält das Eingangssignal 114 (und falls vorhanden, andere geeignete Quellen) und die Motorgeschwindigkeit 132 und ist dazu eingerichtet, eine Basiszündungsfrequenz 111 zu bestimmen, die passend sein würde, um die gewünschte Ausgangsleistung zu liefern. Die Basiszündungsfrequenz 111 ist die Zündungsfrequenz, die das verlangte Drehmoment mit der kraftstoffeffizientesten Zündungsfrequenz und Zylinderbelastung liefert, wie in Bezug auf 3 beschrieben ist.
Die Basiszündungsfrequenz 111 wird in das Betriebs-Zylinderabschaltprofilmodul 136 eingegeben. Das Zylinderabschaltprofil für den Betrieb wird zumindest zum Teil auf Basis der Motorgeschwindigkeit 132 und des Getriebegangs 134, die beide Eingänge in das Betriebs-Zylinderabschaltprofilmodul 136 sind, bestimmt. Das Eingangssignal 114 kann auch als Eingang in das Betriebs-Zylinderabschaltprofilmodul 136 dienen. Das Betriebs-Zylinderabschaltprofilmodul 136 bestimmt ein Zylinderabschaltprofil für den Betrieb. Das Zylinderabschaltprofil für den Betrieb beinhaltet sowohl einen Zündungsanteil für den Betrieb (FF_op) als auch einen Faktor, der die Arbeitskammerausgangsleistung wie etwa den Zylinderdrehmomentanteil (CTF) angibt. Anstelle des Zylinderdrehmomentanteils können andere Indikatoren für die Zylinderbelastung verwendet werden, wie etwa das Bremsmoment, die Zylinderbelastung, der mittlere effektive Nettodruck, die Luft pro Zylinder (APC), die Masseluftladung (MAC) oder jeder beliebige andere Parameter, der mit der Ausgangsleistung der Arbeitskammer in Zusammenhang steht. Bei verschiedenen Ausführungsformen beruht die Bestimmung des Zylinderabschaltprofils für den Betrieb auf verschiedenen Betriebsparametern einschließlich, aber ohne Beschränkung darauf, der Motorgeschwindigkeit, des Getriebegangs, der Straßenbedingungen, der Fahrereinstellungen, der Gaspedalposition und der Rate der Veränderung der Gaspedalposition.
Das Betriebs-Zylinderabschaltprofilmodul 136 berücksichtigt mehrere mögliche Arbeitskammerausgangsleistungsgrade, wenn ein passender Zündungsanteil bestimmt wird. Es gibt eine breite Vielfalt von Weisen, auf die das Betriebs-Zylinderabschaltprofilmodul 136 verschiedene mögliche Arbeitskammerausgangsleistungsgrade berücksichtigen kann. Bei einigen Ausführungsformen beispielsweise nimmt das Betriebs-Zylinderabschaltprofilmodul 136 auf eine oder mehrere Nachschlagetabellen Bezug. Die Nachschlagetabellen können Einträge enthalten, die zulässige Motorgeschwindigkeiten, Zylinderbelastungen und/oder andere Motorparameter für besondere Zündungsanteile oder -frequenzen angeben (wie z.B. in 6 und 7 veranschaulicht ist). Unter Verwendung der Nachschlagetabellen werden ein oder mehrere mögliche Zylinderabschalt-Zündungsprofile bewertet. Jedes Zylinderabschalt-Zündungsprofil erzeugt über irgendeine Kombination der Zündungsfrequenz und des Zylinderdrehmomentanteils ein gewünschtes Motordrehmoment. Einige dieser Zylinderabschalt- Zündungsprofile werden über bestimmte Motorgeschwindigkeitsbereiche und Gangeinstellungen unannehmbares NVH erzeugen und werden aus der Erwägung als das Zylinderabschaltprofil für den Betrieb ausgeschlossen werden. Das Betriebs-Zylinderabschaltmodul 136 kann aus den verbleibenden Zylinderabschaltprofilen vorteilhaft jenes Zylinderabschaltprofil als das Zylinderabschaltprofil für den Betrieb wählen, das die beste Kraftstoffeffizienz aufweist. Alternativ kann das Betriebs-Zylinderabschaltmodul 136 alternative Kriterien verwenden, um die Bestimmung des Zylinderabschaltprofils für den Betrieb vorzunehmen.
Bei der veranschaulichten Ausführungsform, die in 4 gezeigt ist, ist ein Antriebsstrangparametereinstellmodul 108 bereitgestellt, das mit dem Betriebs-Zylinderabschaltprofilmodul 136 zusammenwirkt. Das Antriebsstrangparametereinstellmodul 108 weist die Motorarbeitskammern 112 an, gewählte Antriebsstrangparameter passend festzulegen, um sicherzustellen, dass die tatsächliche Motorausgangsleistung bei dem Zündungsanteil für den Betrieb im Wesentlichen der verlangten Motorausgangsleistung gleicht. Wenn das Betriebs-Zylinderabschaltprofilmodul 136 zum Beispiel bestimmt, dass ein höherer Zündungsanteil verwendet werden kann, aber die Verwendung eines niedrigeren Arbeitskammerausgangsleistungsgrads oder einer niedrigeren Luftladung erfordern würde, würde das Antriebsstrangparametereinstellmodul die Sicherstellung, dass eine passende, geringere Menge an Luft zu den gezündeten Arbeitskammern geliefert wird, unterstützen. Das Antriebsstrangparametereinstellmodul 108 kann dafür verantwortlich sein, jede beliebige passende Motoreinstellung (z.B. die Masseluftladung, das Zündungstiming, das Nockentiming, die Ventilsteuerung, die Abgasrückführung, die Drossel usw.) einzustellen, um die Sicherstellung, dass die tatsächliche Motorausgangsleistung der verlangten Motorausgangsleistung entspricht, zu unterstützen.
Das Zündungstimingbestimmungsmodul 106 erhält den Zündungsanteil für den Betrieb 117 von dem Betriebs-Zylinderabschaltprofilmodul 136 und ist dazu eingerichtet, eine Abfolge von Zündungsbefehlen auszugeben, die den Motor dazu bringen, den durch einen Zündungsanteil für den Betrieb 117 verlangten Prozentsatz an Zündungen zu liefern. Die Abfolge von Zündungsbefehlen (manchmal als Antriebsimpulssignal 116 bezeichnet), die durch das Zündungstimingbestimmungsmodul 106 ausgegeben wird, wird zu der Zündungssteuereinheit 110 weitergeleitet, die durch Zündungssignale 119, welche an die Motorarbeitskammern 112 gerichtet sind, die tatsächlichen Zündungen veranlasst.
Es sollte sich verstehen, dass die Motorsteuereinheit 130 nicht auf die bestimmte Anordnung, die in 4 gezeigt ist, beschränkt ist. Es können ein oder mehr der veranschaulichten Module zusammengefasst sein. Alternativ können die Merkmale eines bestimmten Moduls stattdessen auf mehrere Module verteilt sein. Die Motorsteuereinheit kann auch zusätzliche Merkmale, Module oder Tätigkeiten umfassen, die auf anderen Patentanmeldungen beruhen, einschließlich der US-Patentschriften Nr. 7,954,474 ; 7,886,715 ; 7,849,835 ; 7,577,511 ; 8,099,224 ; 8,131,445 ; 8,131,447 ; und 8,616,181 ; der US-Patentanmeldungen Nr. 13/774,134; 13/963,686; 13/953,615; 13/953,615; 13/886,107; 13/963,759; 13/963,819; 13/961,701; 13/963,744; 13/843,567; 13/794,157; 13/842,234; 13/654,244; 13/654,248 und 13/654,244; und der vorläufigen US-Patentanmeldungen Nr. 61/080,192; 61/104,222; und 61/640,646, die alle hier durch Verweis für alle Zwecke zur Gänze aufgenommen sind. Jedes beliebige der Merkmale, Module und Tätigkeiten, die in den obigen Patentdokumenten beschrieben sind, kann der veranschaulichten Motorsteuereinheit 130 hinzugefügt werden. Bei verschiedenen alternativen Ausführungen können diese funktionellen Blöcke unter Verwendung eines Mikroprozessors, einer ECU oder einer anderen Rechenvorrichtung, unter Verwendung analoger oder digitaler Komponenten, unter Verwendung von programmierbarer Logik, unter Verwendung von Kombinationen des Obigen und/oder auf jede beliebige andere geeignete Weise algorithmisch bewerkstelligt werden.
Unter nun erfolgender Bezugnahme auf 5 wird ein Verfahren zur Bestimmung eines Zylinderabschaltprofils für den Betrieb 200 nach einer bestimmten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Das Zylinderabschaltprofil für den Betrieb besteht aus einem Zündungsanteil für den Betrieb und einem Zylinderdrehmomentanteil oder irgendeinem gleichwertigen Maß der Zylinderausgangsleistung. Bei verschiedenen Ausführungsformen führen das Betriebs-Zylinderabschaltprofilmodul 136 und/oder die Motorsteuereinheit 130 die Schritte von 5 durch.
Bei Schritt 202 wird auf Basis des Eingangssignals 114 (von 4) und der gegenwärtigen Motorbetriebsgeschwindigkeit eine Drehmomentanforderung bestimmt. Das Eingangssignal 114 wird von (jedem) beliebigen Sensor(en) oder Betriebsparameter(n) einschließlich, zum Beispiel, eines Gaspedalpositionssensors erlangt.
Bei Schritt 204 bestimmt der Basiszündungsfrequenzrechner 102 eine Basiszündungsfrequenz und einen Basiszylinderdrehmomentanteil. Die Basiszündungsfrequenz und der Basiszylinderdrehmomentanteil sind die Kombination, die die optimale Kraftstoffeffizienz erbringt, während das verlangte Drehmoment geliefert wird. Das Betriebs-Zylinderabschaltprofilmodul 136 wählt dann einen Kandidaten-Zündungsanteil aus einem Satz von verfügbaren Zündungsanteilen (Schritt 206). Der Kandidaten- Zündungsanteil kann der Zündungsanteil sein, der der Basiszündungsfrequenz am nächsten liegt. Das Betriebs-Zylinderabschaltprofilmodul 136 bestimmt dann unter Verwendung der Gleichung 1 aus der Drehmomentanforderung und dem Kandidaten-Zündungsanteil einen Kandidaten-Zylinderdrehmomentanteil (Schritt 208).
Das Betriebs-Zylinderabschaltprofilmodul 136 befragt dann eine Zündungsprofiltabelle, um zu bestimmen, ob der Kandidaten-Zündungsanteil und der Zylinderdrehmomentanteil gestattet sind (Schritt 210). Eingaben für diese Entscheidung sind die gegenwärtige Motorgeschwindigkeit und der Getriebegang (Schritt 209). Wenn der Kandidaten-Drehmomentanteil für diesen Kandidaten-Zündungsanteil gestattet ist, geht der Prozess zu Schritt 212 über, wo der Kandidaten-Zündungsanteil und die Kandidaten-Zylinderdrehmomentanforderung als der Zündungsanteil für den Betrieb und der Zylinderdrehmomentanteil für den Betrieb, d.h., das Zylinderabschalt-Zündungsprofil für den Betrieb, gewählt werden. Der Prozess geht dann zu Schritt 214 über, wo der Motor unter Verwendung des Zylinderabschalt-Zündungsprofils für den Betrieb betrieben wird.
Wenn bei Schritt 210 bestimmt wird, dass der Kandidaten- Zylinderdrehmomentanteil unannehmbar ist, geht der Prozess zu Schritt 211 über, wo ein neuer Kandidaten-Zündungsanteil gewählt wird. Der Prozess geht dann erneut zu Schritt 208 über, wo der mit dem neuen Kandidaten-Zündungsanteil verbundene Zylinderdrehmomentanteil berechnet wird. Dann wird eine Bestimmung vorgenommen, ob dieses neue Zylinderabschaltprofil annehmbar ist (Schritt 210). Diese Schleife setzt sich fort, bis ein annehmbarer Kandidaten-Zündungsanteil gewählt ist. Sobald dies erfolgt, durchläuft der Prozess wie vorher beschrieben die Schritte 212 und 214.
Bei Schritt 210 von 5 kann eine Nachschlagetabelle verwendet werden, um zu bestimmen, ob der Kandidaten-Zylinderdrehmomentanteil für den Kandidaten-Zündungsanteil gestattet ist. 6 ist eine Muster-Nachschlagetabelle 300. Jede Zeile in der Nachschlagetabelle 300 entspricht einem bestimmten Zündungsanteil oder einer bestimmten Zündungsfrequenz. Bei diesem Beispiel gibt jede Zeile einen höchstzulässigen Zylinderdrehmomentanteil für einen entsprechenden Zündungsanteil an. Für jeden beliebigen gegebenen Zündungsanteil kann der höchstzulässige CTF auf Basis der Motorgeschwindigkeit und/oder anderer Parameter unterschiedlich sein. Die Zeilen können in aufsteigender Reihenfolge von dem geringsten Zündungsanteil für den Betrieb, 1/9, zu dem höchsten Zündungsanteil, 1, angeordnet sein. In der Tabelle 300 sind alle Zündungsanteile mit einem Nenner von 9 oder weniger gestattet. Es sollte sich verstehen, dass in einigen Fällen niedrigere und höhere Höchstwerte für den Nenner des Zündungsanteils verwendet werden können. Mit jeder Zeile ist ein maximaler CTF-Wert, der mit jeder Motorbetriebsgeschwindigkeit verbunden ist, in Verbindung gebracht. In einigen Fällen kann es möglich sein, für jeden Zündungsanteil eine einzelne CTF-Grenze bereitzustellen, ohne auf die Motorgeschwindigkeit Bezug zu nehmen.
Als Unterstützung für das Verständnis der Verwendung der in 6 gezeigten Nachschlagetabelle 300 soll ein bestimmtes Beispiel einer Drehmomentanforderung von 0,10 und einer Motorgeschwindigkeit von 1000 U/min (dies entspricht dem Eintrag 370 in 3) betrachtet werden. Aus 3 ist die Basiszündungsfrequenz 0,211. Eine Befragung der Nachschlagetabelle 300 zeigt, dass der Zündungsanteil, der der Basiszündungsfrequenz am nächsten liegt, 1/5 oder 0,200 ist. Dies wird als der Kandidaten-Zündungsanteil gewählt (Schritt 206). Aus der Gleichung 1 kann der erforderliche Zylinderdrehmomentanteil als 0,1/0,200 oder 0,5 bestimmt werden. Dann kann die Nachschlagetabelle 300 befragt werden, um zu bestimmen, ob ein CTF von 0,5 annehmbar ist. In diesem Fall ist der Wert in der Tabelle 372 für die CTF-Grenze 0,06, weshalb ein CTF von 0,5 unannehmbar ist und wie in Schritt 211 angegeben ein neuer Kandidaten-Zündungsanteil gewählt werden muss. Dies kann auf mehrere Weisen erfolgen. Ein Verfahren ist, den Kandidaten-Zündungsanteil auf den benachbarten höheren Wert zu erhöhen, was einer Bewegung um eine Zeile nach unten in der Tabelle 300 gleichwertig ist, und den Prozess zu wiederholen. In diesem Fall wäre der neue Kandidaten-Zündungsanteil 2/9, und wäre der entsprechende Kandidaten-CTF 0,1/(2/9) oder 0,45 (Schritt 208). Eine Befragung der Tabelle 300 (Schritt 210) gibt an, dass der passende maximale CTF-Wert 373 0,03 ist, so dass der Kandidaten-Zylinderdrehmomentanteil von 0,45 erneut unannehmbar ist. Der Kandidaten-Zündungsanteil kann erneut erhöht werden (Schritt 211), wobei der neue Zündungsanteil 1/3 beträgt. Der entsprechende Kandidaten-CTF ist 0,1/(1/3) oder 0,3. Eine Befragung der Tabelle 300 (Schritt 210) gibt an, dass der passende maximale CTF-Wert 374 0,51 ist, so dass der Kandidaten-Zylinderdrehmomentanteil von 0,3 annehmbar ist. Dann können der Kandidaten-Zündungsanteil und der Kandidaten-Zylinderdrehmomentanteil als der Zündungsanteil und der Zylinderdrehmomentanteil für den Betrieb gewählt werden (Schritt 212). Der Motor kann mit diesem Zündungsanteil und Zylinderdrehmomentanteil betrieben werden (Schritt 214).
In Tabelle 300 können andere Suchverfahren verwendet werden, um ein annehmbares Zylinderabschalt-Zündungsprofil zu bestimmen. Anstelle einer Erhöhung des Zündungsanteils auf den nächsthöheren zulässigen Zündungsanteil, wenn der Kandidaten-Zündungsanteil unannehmbar ist, könnte sich beispielsweise der Algorithmus zu jenem Zündungsanteil bewegen, der der Basiszündungsfrequenz am nächsten liegt. Dies kann ein kleinerer Zündungsanteil als der ursprüngliche Kandidaten-Zündungsanteil sein. Außerdem könnte der Algorithmus anstelle einer Wahl des Zündungsanteils, der der Basiszündungsfrequenz am nächsten liegt, als anfänglichen Kandidaten-Zündungsanteil den nächstgelegenen Zündungsanteil mit einem Wert, der höher als die Basiszündungsfrequenz ist, wählen. Die Suche nach einem annehmbaren Zylinderabschalt-Zündungsprofil muss nicht mit der Wahl des Kandidaten-Zündungsanteils, der der Basiszündungsfrequenz am nächsten liegt, beginnen. Es können andere Suchverfahren verwendet werden, die zum Ziel haben, ein annehmbares Zylinderabschalt-Zündungsprofil mit Betriebsbedingungen, die bei jenen, welche eine optimale Kraftstoffeffizienz verursachen, oder dicht daran liegen, zu finden.
Im Allgemeinen werden annehmbare Zylinderabschalt-Zündungsprofile durch Bewegen zu höheren Zündungsanteilen gefunden werden, da der zugehörige Zylinderdrehmomentanteil niedriger sein wird. In dem Extremfall bewegt sich der Zündungsanteil zu 1 und arbeitet der Motor mit allen Zylindern, so wie ein herkömmlich gesteuerter Motor. Ein wichtiger Vorteil verschiedener Ausführungen der vorliegenden Erfindung ist die Fähigkeit, den Motor bei annehmbarem NVH bei Zündungsanteilen bei oder dicht an der Basiszündungsfrequenz zu betreiben, was zu einer verbesserten Kraftstoffeinsparung führt.
Ein Vorteil verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist, dass sie bei der Bestimmung eines annehmbaren Zündungsanteils die Zylinderbelastung und die Kraftstoffeffizienz berücksichtigen. Das heißt, sie nehmen nicht notwendigerweise an, dass zündende Zylinder bei ihrer optimalen Leistungsfähigkeit oder dicht daran betrieben werden müssen. In einigen Fällen kann eine unerwünschte Frequenz dennoch annehmbar sein, wenn ihre Amplitude ausreichend niedrig ist. Verschiedene Ausführungsformen erkennen, dass NVH bei einem Betrieb mit verringerten Zylinderbelastungen niedriger ist, als wenn der Betrieb bei der Zylinderbelastung, die der optimalen Kraftstoffeffizienz entspricht, erfolgt. Dies gestattet den Zugang zu Zündungsanteilen, die näher an der Basiszündungsfrequenz liegen, und erbringt daher eine verbesserte Kraftstoffeffizienz.
Es gibt eine Vielfalt von Verfahren, wodurch die in der Tabelle 300 (6) dargestellten Informationen gezeigt und abgefragt werden kann. Die Tabelle 300 ist eine zweidimensionale Tabelle, wobei die Einträge dem höchstzulässigen CTF bei jedem beliebigen gegebenen Zündungsanteil und jeder beliebigen Motorgeschwindigkeit für einen gegebenen Getriebegang entsprechen. Die Informationen können alternativ als eindimensionale Tabelle ausgedrückt werden, wobei jede Zeile der Tabelle einen Zündungsanteil und einen höchsten CTF anführt. Dies bedeutet, dass die Liste der Daten, die den höchsten CTF und Bereiche der Motorbetriebsgeschwindigkeit umfassen, für die Zwecke dieser Beschreibung als einzelner Eintrag betrachtet werden kann. Jedem Eintrag sind annehmbare Motorbetriebsgeschwindigkeiten zugeordnet. Für jedes Getriebeübersetzungsverhältnis können unterschiedliche Tabellen aufgebaut werden. Es sollte sich verstehen, dass die Tabellen bei einem Fahrzeug mit einem stufenlosen Automatikgetriebe, d.h., das keine festen Übersetzungsverhältnisse aufweist, für unterschiedliche Bereiche von Getriebegeschwindigkeitsverhältnissen aufgebaut werden können. 7 zeigt einen Teil einer solchen Tabelle 700. Jede Zeile 740 entspricht einem Zündungsanteil und einem höchstzulässigen Zylinderdrehmomentanteil. Die Zeilen können wie in 7 gezeigt zuerst auf Basis des Zündungsanteils und dann des Zylinderdrehmomentanteils angeordnet sein, obwohl auch andere Anordnungen verwendet werden können. Jede Zeile gibt die zulässigen Motorbetriebsgeschwindigkeiten, die mit einem bestimmten höchstzulässigen CTF verbunden sind, und einen Zündungsanteil an. In der Tabelle 700 sind die zulässigen Motorgeschwindigkeiten durch eine Reihe von zulässigen Bereichen dargestellt. Für die Werte, die in der Tabelle 700 gezeigt sind, werden bis zu drei Bereiche verwendet, obwohl in einigen Fällen mehr Bereiche oder weniger Bereiche verwendet werden können. Alternativ können andere Verfahren zur Darstellung der zulässigen Motorgeschwindigkeiten gezeigt werden. Im Allgemeinen nimmt mit der Abnahme des CTF-Niveaus der zulässige Bereich der Motorgeschwindigkeiten zu, da die Energie, die mit jeder Zündung verbunden ist, verringert wird. Umgekehrt verengt sich der zulässige Geschwindigkeitsbereich, wenn bei einem festen Zündungsanteil der CTF erhöht wird. Dies steht mit dem physikalischen Modell, das in 1 gezeigt ist, in Einklang. In der Tabelle 700 ist irgendein Motorgeschwindigkeitsbereich für alle angeführten Zündungsanteile annehmbar; doch in einigen Situationen kann ein Zündungsanteil keine zulässigen Motorgeschwindigkeiten aufweisen. Zum Beispiel können einige Zündungsanteile ausgeschlossen sein, wenn der Betrieb bei einem bestimmten Getriebegang erfolgt.
Die Wahl eines Zylinderabschalt-Zündungsprofils für den Betrieb und/oder eines entsprechenden Zündungsanteils kann auf eine breite Vielfalt von Weisen durchgeführt werden. Bei verschiedenen Ausführungen wird zum Beispiel eine lineare Suche oder ein linearer Algorithmus verwendet, um durch eine Nachschlagetabelle zu navigieren, um ein passendes Profil zu bestimmen. In der Nachschlagetabelle 700 von 7 kann zum Beispiel der folgende Algorithmus verwendet werden, um ein passendes Zylinderabschalt-Zündungsprofil/einen passenden Zündungsanteil zu finden:

1) Beginne in der oberen Zeile der Tabelle.
2) Gehe zu der nächsten Zeile, bis der Zündungsanteil größer als die Basiszündungsfrequenz ist.
3) Betrachte die Spalte "CTF-Grenze" in dieser Zeile. Wenn der Wert in der Zeile "CTF-Grenze" kleiner als der Kandidaten-CTF ist, gehe zu Schritt 4. Wiederhole andernfalls Schritt 2.
4) Wenn die gegenwärtige Motorgeschwindigkeit außerhalb der zulässigen Betriebsbereiche in Tabelle 700 liegt, gehe zu der nächsten Zeile und wiederhole Schritt 3. Halte andernfalls hier an. Der Kandidaten-Zündungsanteil und der entsprechende Zylinderdrehmomentanteil ergeben ein annehmbares NVH-Leistungsverhalten, während die Kraftstoffeffizienz maximiert wird. Diese Bedingungen stellen das Zylinderabschalt-Zündungsprofil für den Betrieb dar. Es ist zu beachten, dass die Zeile, die einem Zündungsanteil von 1 entspricht, unter jedweden Bedingungen annehmbar ist, weshalb die Suche stets erfolgreich endet.

Bei verschiedenen Ausführungsformen werden die Zeilen der Tabelle in der Reihenfolge der niedrigen zu den hohen Zündungsanteilen analysiert. Das heißt, wenn die gegenwärtigen Betriebsbedingungen kein annehmbares NVH-Leistungsverhalten bereitstellen, geht das Betriebs-Zylinderabschaltprofilmodul 136 dann zu der Zeile für den nächsthöheren Zündungsanteil über. Es wird erneut eine Bestimmung vorgenommen, ob die gegenwärtigen Betriebsparameter die Kriterien von annehmbarem NVH erfüllen, und der Prozess dauert an, bis ein geeigneter Zündungsanteil gefunden ist und/oder alle verfügbaren Profile in Betracht gezogen wurden, was den Motorbetrieb zu einem Zündungsanteil von 1 zurückführen würde. Als Ergebnis wählt das Betriebs-Zylinderabschaltprofilmodul 136 bei einigen Ausführungen das Zylinderabschalt-Zündungsprofil für den Betrieb mit dem niedrigsten Zündungsanteil, das die folgenden Kriterien erfüllt: 1) das Profil ist zur Lieferung des gewünschten Drehmoments geeignet; und 2) die gegenwärtigen oder angenommenen Betriebsparameter stellen ein annehmbares NVH-Leistungsverhalten für den gewählten Zündungsanteil bereit.
Sobald das Betriebs-Zylinderabschaltprofilmodul 136 ein geeignetes Zylinderabschalt-Zündungsprofil für den Betrieb gewählt hat, erzeugt das Zündungstimingbestimmungsmodul (aus 4) auf Basis des gewählten Profils eine Zündungsabfolge (Schritt 210 von 5). Bei einigen Ausführungsformen beispielsweise entspricht jedes Profil einem verfügbaren Zündungsanteil. Dieser Zündungsanteil für den Betrieb 117 wird dann durch das Zündungstimingbestimmungsmodul 106 erhalten. Das Zündungstimingbestimmungsmodul erzeugt auf Basis des Zündungsanteils für den Betrieb 117 eine Zündungsabfolge 116, die zu der Zündungssteuereinheit 110 gesendet wird. Die Zündungssteuereinheit 110 wiederum weist die Arbeitskammern des Motors 112 an, auf Basis der Zündungsabfolge 119 auf eine Weise, bei der Zylinder abgeschaltet werden, zu arbeiten.
Neben der Darstellung der annehmbaren Zylinderabschalt-Zündungsprofile in einer eindimensionalen Tabelle wie der Tabelle 700 und einer zweidimensionalen Tabelle wie der Tabelle 300 können die annehmbaren Profile auch in einer dreidimensionalen Tabelle, die die Motorgeschwindigkeit, den Getriebegang und den Zündungsanteil als Variablen und den höchsten CTF als den Tabelleneintrag anführt, zusammengestellt werden. Diese Tabelle enthält Informationen darüber, welche Zylinderbelastungen für jeden Zündungsanteil, jede Getriebegangeinstellung, und jede Motorgeschwindigkeit zulässig sind. Ähnliche Tabellen können unter Verwendung unterschiedlicher Variablen aufgebaut werden, können aber im Wesentlichen die gleiche Information, d.h., annehmbare Zylinderabschalt-Zündungsprofile für unterschiedliche Fahrzeugbetriebsbedingungen, bereitstellen.
Es sollte sich verstehen, dass die Nachschlagetabellen in den Figuren nur zu Erläuterungszwecken dienen, und dass das Konzept des Bestimmens annehmbarer Zylinderabschalt-Zündungsprofile auf eine breite Vielfalt von Weisen ausgeführt werden kann. Das Format und der Aufbau der Daten, die Anzahl der Einträge, die Eingaben in die Nachschlagetabelle, die Anzahl der Nachschlagetabellen und die Werte in der Nachschlagetabelle können natürlich so abgeändert werden, dass sie auf die Bedürfnisse unterschiedlicher Anwendungen zugeschnitten sind. Im Allgemeinen können die Daten aus den oben genannten Tabellen in jedem beliebigen Mechanismus, jeder beliebigen Datenstruktur, Software, Hardware, jedem beliebigen Algorithmus oder jeder beliebigen Nachschlagetabelle, der bzw. die Verwendungsbeschränkungen für besondere Arten von Tätigkeiten im Zusammenhang mit der Zündung, Eigenschaften oder Zündungsanteile angibt oder darstellt, gespeichert sein oder diese umfassen.
Insbesondere kann bei einigen Ausführungsformen ein Zylinderabschaltprofil für den Betrieb bestimmt werden, ohne zuerst eine Basiszündungsfrequenz zu bestimmen. In diesem Fall kann durch das Betriebs-Zylinderabschaltprofilmodul 136 eine Anzahl von Kandidaten-Zylinderabschaltprofilen, die das verlangte Drehmoment liefern, in Betracht gezogen werden. Das Betriebs-Zylinderabschaltprofilmodul 136 kann dann auf Basis mehrerer Kriterien, die NVH und die Kraftstoffeffizienz enthalten, aber nicht darauf beschränkt sind, aus diesen Kandidaten-Zylinderabschaltprofilen wählen.
Bei zusätzlichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können mehrere Niveaus von annehmbarem NVH verwendet werden. Die Wahl des passenden NVH-Niveaus kann von vielen Bedingungen wie etwa einem Fahrzeugbetriebsparameter, der Straßenrauheit, dem Geräuschpegel im Innenraum und/oder Benutzervorlieben abhängen. 8 stellt diese Ausführungsform graphisch dar. 8 ist 1 ähnlich, wobei die waagerechte Achse die Motorgeschwindigkeit ist, die linke senkrechte Achse das NVH-Niveau ist, und die rechte senkrechte Achse die höchstzulässige Zylinderbelastung ist. Wie in 1 entspricht die Kurve 151 der Höchstzylinderbelastung, d.h., CTF = 1. Die Kurve 151 weist bei einer Motorgeschwindigkeit von ungefähr 2200 U/min eine Resonanz 150 auf. In diesem Fall gibt es drei annehmbare Niveaus für NVH, die den Kurven 160, 161 und 162 entsprechen. Die Kurve 161 entspricht den restriktivsten NVH-Kriterien. Die Kurve 162 entspricht den am wenigsten restriktiven NVH-Kriterien. Die Kurve 160 entspricht mittleren NVH-Kriterien. Mit den verschiedenen annehmbaren NVH-Niveaus verbunden sind die entsprechenden Höchstzylinderbelastungsgrenzen. Für die am wenigsten restriktiven NVH-Kriterien, Kurve 162, ist die sich ergebende Höchstzylinderbelastungskurve 172. In diesem Fall wird dem Motor gestattet, bei allen Motorgeschwindigkeiten mit Ausnahme niedriger Geschwindigkeiten unter ungefähr 750 U/min mit der Höchstzylinderbelastung zu arbeiten. Für die restriktivsten NVH-Kriterien, Kurve 161, ist die entsprechende Höchstzylinderbelastungskurve 171. In diesem Fall gibt es zwei Bereiche von Motorgeschwindigkeiten, in denen ein Betrieb bei dem höchsten CTF gestattet ist. Der erste Bereich liegt zwischen ungefähr 1150 und 1750 U/min, und der zweite Bereich liegt über 2500 U/min. Bei dem mittleren NVH-Niveau der Kurve 160 ist die sich ergebende Höchstzylinderbelastungsgrenzenkurve 170. Dies ist der gleiche Fall wie jener, der in Bezug auf 1 beschrieben wurde. Obwohl 8 das annehmbare NVH-Niveau in allen Fällen als von der Motorgeschwindigkeit unabhängig zeigt, ist dies nicht notwendigerweise der Fall. Zum Beispiel können bei höheren Motorgeschwindigkeiten höhere NVH-Niveaus annehmbar sein.
Unter nun erfolgender Bezugnahme auf 9 wird ein Verfahren 500 zur Bestimmung eines Zylinderabschalt-Zündungsprofils nach der Ausführungsform, die in Bezug auf 8 besprochen wurde, beschrieben werden. Das Verfahren 500 umfasst das Verwenden eines oder mehrerer Betriebsparameter, um zu bestimmen, was ein annehmbares NVH-Niveau bildet. Dieses Niveau kann abhängig von den Betriebsparametern variieren, und daher können auch die annehmbaren Zylinderabschalt-Zündungsprofile variieren.
In einigen Situationen ist es erwünscht, mehr oder weniger restriktive NVH-Kriterien zu verwenden. Der Grad der Einschränkung kann von der Rate und der Richtung der Positionsveränderung des Gaspedals abhängen. Weniger restriktive NVH-Kriterien können angewendet werden, wenn ein Tip-In des Pedals vorliegt, und restriktivere Kriterien können angewendet werden, wenn ein Tip-Out des Pedals vorliegt. Ein aggressives Tip-In zeigt an, dass der Fahrer rasch ein zunehmendes Drehmoment von dem Motor verlangt, und unter diesen Bedingungen können annehmbare NVH-Kriterien gelockert werden. Der Grad der Einschränkung kann auch von einer breiten Vielfalt von detektierten Bedingungen, z.B. der Detektion einer Schaltung zwischen Gängen, der Fahrzeuggeschwindigkeit, den Straßenbedingungen, oder einer Bestimmung, dass sich der Motor im Leerlauf befindet, abhängen oder davon beeinflusst werden. Zudem können die Kriterien von anderen Faktoren als jenen, die mit dem Motorantriebsstrang verbunden sind, wie etwa der Rauheit der Straße oder dem Geräuschpegel im Fahrzeuginnenraum abhängen. In einigen Fällen kann das Niveau von annehmbarem NVH durch den Fahrer des Fahrzeugs wählbar sein. Der Fahrer kann einen Kompromiss zwischen dem annehmbaren NVH-Niveau und der Kraftstoffeinsparung eingehen.
Das veranschaulichte Verfahren 500 stellt eine beispielhafte Ausführung des obigen Ansatzes bereit. Das veranschaulichte Verfahren ist jenem, das im Zusammenhang mit 5 beschrieben wurde, ähnlich, außer dass eine Betriebsparametereingabe hinzugefügt ist, die eine Verwendung verschiedener Nachschlagetabellen oder Steueralgorithmen zur Bestimmung annehmbarer Zylinderabschalt-Zündungsprofile verursacht.
Die Eingaben bei diesem Verfahren beinhalten eine Drehmomentanforderung durch den Fahrer oder eine Entsprechung 551, eine Motorgeschwindigkeit 552, einen Getriebegang 553 und einen fahrzeug- oder benutzerbestimmten Betriebsparameter 554.
Bei Schritt 502 wird auf Basis der Drehmomentanforderung 551 und der gegenwärtigen Motorbetriebsgeschwindigkeit 552 eine Drehmomentanforderung bestimmt.
Bei Schritt 504 werden eine Basiszündungsfrequenz und ein Basiszylinderdrehmomentanteil bestimmt. Die Basiszündungsfrequenz und der Basiszylinderdrehmomentanteil sind die Kombination, die die optimale Kraftstoffeffizienz erbringt, während das verlangte Drehmoment geliefert wird.
Bei Schritt 506 wird ein Kandidaten-Zündungsanteil aus einem Satz von verfügbaren Zündungsanteilen gewählt. Die verfügbaren Zündungsanteile können von der Getriebegangeinstellung 553 und dem Fahrzeugbetriebsparameter 554 abhängen. Der Fahrzeugbetriebsparameter 554 kann jeder beliebige Parameter sein, der die Bestimmung, ob weniger restriktive oder restriktivere NVH-Kriterien verwendet werden sollten, unterstützt (z.B. die Rate und die Richtung der Positionsveränderung des Gaspedals usw.).
Bei Schritt 508 wird ein Kandidaten-Zylinderdrehmomentanteil bestimmt, der dazu führen würde, dass der Motor bei dem Kandidaten-Zündungsanteil das gewünschte Drehmoment erzeugt. Das Betriebs-Zylinderabschaltprofilmodul 136 (4) bestimmt dann aus der Drehmomentanforderung und dem Kandidaten-Zündungsanteil unter Verwendung der Gleichung 1 einen Kandidaten-Zylinderdrehmomentanteil. Bei Schritt 510 wird eine Zündungsprofiltabelle befragt, um zu bestimmen, ob der Kandidaten-Zündungsanteil und der -Zylinderdrehmomentanteil zulässig sind. Die Werte (z.B. höchste CTF-Werte usw.) in der Tabelle, deren Format und Verwendung jenen von Tabelle 300 von 6 und Tabelle 700 von 7 ähnlich sein können, können sich abhängig von dem Betriebsparameter 554 unterscheiden. Eingaben in die Bestimmung bei Schritt 510 sind die gegenwärtige Motorgeschwindigkeit 552, der Getriebegang 553 und der Fahrzeugparameter 554. Wenn der Kandidaten-Drehmomentanteil zulässig ist, geht der Prozess zu Schritt 512 über, wo der Kandidaten-Zündungsanteil und die Kandidaten-Zylinderdrehmomentanforderung als der Zündungsanteil für den Betrieb und der Zylinderdrehmomentanteil für den Betrieb, d.h., das Zylinderabschalt-Zündungsprofil für den Betrieb, gewählt werden. Der Prozess geht dann zu Schritt 514 über, wo der Motor unter Verwendung des Zylinderabschalt-Zündungsprofils für den Betrieb betrieben wird.
Wenn in Schritt 510 bestimmt wird, dass das Kandidaten- Zylinderdrehmomentprofil unannehmbar ist, geht der Prozess zu Schritt 511 über, wo ein neuer Kandidaten-Zündungsanteil gewählt wird. Der Prozess geht dann erneut zu Schritt 508 über, wo der Zylinderdrehmomentanteil, der mit dem neuen Kandidaten- Zündungsanteil verbunden ist, berechnet wird. Dann wird eine Bestimmung vorgenommen, ob dieses neue Zylinderabschaltprofil annehmbar ist (Schritt 510). Diese Schleife setzt sich fort, bis ein annehmbarer Kandidaten-Zündungsanteil gewählt ist. Sobald dies erfolgt, durchläuft der Prozess wie vorher beschrieben die Schritte 512 und 514.
Unter nun erfolgender Bezugnahme auf 10 wird ein Diagramm 1000, das eine Beziehung zwischen der Zylinderbelastung und dem Kraftstoffverbrauch nach einer bestimmten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Die senkrechte Achse des Diagramms 1000 entspricht dem spezifischen Kraftstoffverbrauch. Die Kraftstoffeffizienz ist umso höher, je niedriger der spezifische Kraftstoffverbrauch ist. Die waagerechte Achse des Diagramms 1000 entspricht der Zylinderbelastung. Das optimal kraftstoffeffiziente CTF-Niveau ist durch einen Punkt auf der Kurve 1002, der als CTF_opt bezeichnet ist, angegeben. Die Kurve 1002 nimmt eine bestimmte Motorgeschwindigkeit an und kann sich verändern, wenn sich die Motorgeschwindigkeit ändert. Andere Faktoren wie die Kraftstoffqualität, der Atmosphärendruck, die Umgebungstemperatur und andere externe Faktoren können die Kurve 1002 beeinflussen.
Einige Ausführungen der vorliegenden Erfindung umfassen das Speichern von Daten, die durch das Diagramm 1000 angegeben werden, in einer Datenstruktur in einer Motorsteuereinheit 130. Diese Daten hinsichtlich der Zylinderbelastung/des Kraftstoffverbrauchs können in jeder beliebigen geeigneten Datenstruktur einschließlich, aber ohne Beschränkung darauf, einer Nachschlagetabelle gespeichert werden. Die Daten hinsichtlich der Zylinderbelastung/des Kraftstoffverbrauchs können für einen weiten Bereich von Motorgeschwindigkeiten bereitgestellt werden. Die Daten hinsichtlich der Zylinderbelastung/des Kraftstoffverbrauchs unterstützen die Angabe der Kraftstoffverwendung oder -effizienz bei einer gegebenen bestimmten Motorgeschwindigkeit, Zylinderbelastung und/oder einem anderen Motorparameter. Die Motorsteuereinheit 130 kann die Informationen hinsichtlich der Kraftstoffeffizienz, die in der Nachschlagetabelle gespeichert sind, verwenden, um das kraftstoffeffizienteste Zylinderabschalt-Zündungsprofil für den Betrieb zu bestimmen.
Die Daten können auf eine breite Vielfalt von Weisen verwendet werden. Bei einigen Ausführungsformen werden zum Beispiel mehrere Kandidaten-Zündungsanteile gewählt. Für jeden der Kandidaten-Zündungsanteile wird eine Kandidaten-Zylinderbelastung so berechnet, dass jede Kombination aus der Zylinderbelastung und dem Zündungsanteil eine gewünschte Motorausgangsleistung ergibt. Dann werden die oben genannten Daten hinsichtlich der Zylinderbelastung/des Kraftstoffverbrauchs verwendet, um zu bestimmen, welche dieser Kombinationen die kraftstoffeffizienteste ist. Die kraftstoffeffizienteste Kombination oder das kraftstoffeffizienteste Zylinderabschalt-Zündungsprofil wird dann beim Betrieb des Motors verwendet. Bei einigen Ausführungsformen wird der auf diese Weise gewählte Zündungsanteil zum Beispiel als der Basiszündungsanteil verwendet, wie bei Schritt 204 von 5 beschrieben ist.
Sämtliche beschriebenen Komponenten können dazu eingerichtet sein, ihre Bestimmungen/Berechnungen sehr rasch zu aktualisieren. Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen werden diese Bestimmungen/Berechnungen auf Basis jeder einzelnen Zündungsgelegenheit aktualisiert, was jedoch keine Bedingung darstellt. Bei einigen Ausführungsformen wird zum Beispiel die Wahl eines Zylinderabschalt-Zündungsprofils für den Betrieb (z.B. Schritt 212 von 5 oder Schritt 512 von 9) auf Basis jeder einzelnen Zündungsgelegenheit durchgeführt. Ein Vorteil der Steuerung der verschiedenen Komponenten auf Basis jeder einzelnen Zündungsgelegenheit ist, dass dadurch dafür gesorgt wird, dass der Motor sehr auf veränderte Eingaben und/oder Bedingungen anspricht. Obwohl der Betrieb auf Basis jeder einzelnen Zündungsgelegenheit sehr effektiv ist, sollte sich verstehen, dass die verschiedenen Komponenten langsamer aktualisiert werden können, während dennoch eine gute Steuerung bereitgestellt wird (z.B. können die Zündungsanteilbestimmungen mit jeder Umdrehung der Kurbelwelle, jeder zweiten oder späteren Zündungsgelegenheit usw. durchgeführt werden).
Neben den Überlegungen im Zusammenhang mit NVH können andere Überlegungen die Wahl eines annehmbaren Zylinderabschalt-Zündungsprofils für den Betrieb beeinflussen. Zum Beispiel kann es in einigen Fällen erwünscht sein, den Ansaugkrümmerdruck für einen Zeitraum zu verringern, um für verschiedene Fahrzeugkomponenten wie etwa die Servobremsen ein Vakuum zu liefern. In diesem Fall würde ein Betrieb mit dem Zylinderabschalt-Zündungsprofil, das für eine optimale Kraftstoffeffizienz sorgt, verboten sein, da er kein signifikantes Krümmervolumen ziehen würde. Andere Nachschlagetabellen oder ein anderer Suchalgorithmus könnten verwendet werden, um das Zylinderabschalt-Zündungsprofil, das diese Ansaugkrümmerdruckbeschränkung erfüllt, während gleichzeitig die Kraftstoffeinsparung maximiert wird, zu bestimmen. Ebenso können im Fall eines anhaltenden Motorklopfens oder einer Fehlfunktion eines gegebenen Zylinders andere Zylinderabschalt-Zündungsprofile verwendet werden, die das Motorklopfen im Wesentlichen beseitigen oder die Verwendung des fehlfunktionierenden Zylinders vermeiden.
Es sollte sich verstehen, dass die zulässigen Zündungsanteile, die in Tabelle 600 und Tabelle 700 angeführt sind, für unterschiedliche Gänge, Fahrzeugparameter und Fahrtbedingungen unterschiedlich sein können. Zum Beispiel können weniger restriktive NVH-Beschränkungen mehr Zündungsanteile gestatten, als restriktivere NVH-Beschränkungen. Außerdem brauchen nicht alle Kombinationen aus einem Zähler und einem Nenner in einer Tabelle enthalten sein. Zum Beispiel kann in einigen Situationen 1/9 der einzige gestattete Zündungsanteil mit einem Nenner von 9 sein. Eine vernünftige Wahl der zulässigen Zündungsanteile kann zu einer gleichmäßigeren Verteilung des zulässigen Zündungsanteils führen.
Die Erfindung wurde hauptsächlich im Kontext des Betreibens von Viertakt-Saug-Kolbenverbrennungsmotoren, die zur Verwendung in Kraftfahrzeugen geeignet sind, beschrieben. Es sollte sich jedoch verstehen, dass sich die beschriebenen Anwendungen sehr gut zur Verwendung bei einer breiten Vielfalt von Verbrennungsmotoren eignen. Diese beinhalten Motoren für praktisch jede Art von Fahrzeug – einschließlich PKWs, LKWs, Booten, Flugzeugen, Motorrädern, Rollern usw.; und praktisch jede beliebige andere Anwendung, die mit dem Zünden von Arbeitskammern verbunden ist und einen Verbrennungsmotor verwendet. Die verschiedenen beschriebenen Ansätze arbeiten mit Motoren, die unter einer breiten Vielfalt von unterschiedlichen thermodynamischen Zyklen arbeiten – einschließlich praktisch jeder beliebigen Art von Zweitaktmotoren, Dieselmotoren, Ottomotoren, Dual-Motoren, Millermotoren, Atkinson-Motoren, Wankelmotoren und anderer Arten von Kreiskolbenmotoren, Semidieselmotoren (wie etwa Dual-Otto- und -Dieselmotoren), Hybridmotoren, Sternmotoren usw. Es wird auch angenommen, dass die beschriebenen Ansätze gut mit neu entwickelten Verbrennungsmotoren arbeiten werden, unabhängig davon, ob diese unter Benutzung gegenwärtig bekannter oder später entwickelter thermodynamischer Zyklen arbeiten. Aufgeladene Motoren wie etwa jene, die einen Kompressor oder einen Turbolader verwenden, können ebenfalls verwendet werden. In diesem Fall kann die Höchstzylinderbelastung der höchsten Zylinderluftladung, die durch Verstärken der Luftansaugung erhalten wird, entsprechen.
Es sollte sich auch verstehen, dass jede beliebige der hier beschriebenen Tätigkeiten in der Form eines ausführbaren Computercodes auf einem geeigneten computerlesbaren Medium gespeichert werden kann. Die Tätigkeiten werden durchgeführt, wenn ein Prozessor den Computercode ausführt. Solche Tätigkeiten beinhalten, jedoch ohne Beschränkung darauf, sämtliche Tätigkeiten, die durch den Zündungsanteilrechner 102, das Zündungstimingbestimmungsmodul 106, die Zündungssteuereinheit 110, das Antriebsstrangparametereinstellmodul 108, das Betriebs-Zylinderabschaltprofilmodul 136, die Motorsteuereinheit 130 oder jedes beliebige andere Modul, jede beliebige andere Komponente oder jede beliebige andere Steuereinheit, die in dieser Anmeldung beschrieben ist, durchgeführt werden.
Obwohl nur einige wenige Ausführungsformen der Erfindung ausführlich beschrieben wurden, sollte sich verstehen, dass die Erfindung in vielen anderen Formen ausgeführt werden kann, ohne von dem Geist oder Umfang der Erfindung abzuweichen. Es gibt mehrere Verweise auf den Ausdruck "Zündungsanteil". Es sollte sich verstehen, dass ein Zündungsanteil auf eine breite Vielfalt von Weisen vermittelt oder dargestellt werden kann. Zum Beispiel kann der Zündungsanteil die Form eines Zündungsmusters, einer -abfolge oder jeder beliebigen anderen Zündungseigenschaft annehmen, die den oben genannten Prozentsatz an Zündungen umfasst oder inhärent vermittelt. Es gibt auch mehrere Verweise auf den Ausdruck "Zylinder". Es sollte sich verstehen, dass der Ausdruck "Zylinder" so verstanden werden sollte, dass er allgemein jede beliebige geeignete Art von Arbeitskammer umfasst. Daher sollten die vorliegenden Ausführungsformen als erläuternd und nicht als beschränkend aufgefasst werden und darf die Erfindung nicht auf die hier angegebenen Einzelheiten beschränkt werden.

Claims

Zylinderabschalt-Motorsteuereinheit, umfassend: ein Zylinderabschaltprofilmodul, das dazu eingerichtet ist, einen Zündungsanteil für den Betrieb und eine zugehörige Zylinderbelastung zur Lieferung einer gewünschten Motorausgangsleistung zu bestimmen, wobei das Zylinderabschaltprofilmodul dazu eingerichtet ist, den Zündungsanteil für den Betrieb aus einem Satz von verfügbaren Zündungsanteilen zu wählen, wobei sich der Satz von verfügbaren Zündungsanteilen als Funktion der Zylinderbelastung so verändert, dass bei niedrigeren Zylinderbelastungen mehr Zündungsanteile verfügbar sind, als bei höheren Zylinderbelastungen; und eine Zündungssteuereinheit, die dazu eingerichtet ist, Zündungen auf eine Weise, bei der Zylinder abgeschaltet werden, zu regeln, die den gewählten Zündungsanteil für den Betrieb liefert.
Zylinderabschalt-Motorsteuereinheit nach Anspruch 1, wobei: die Wahl des Zündungsanteils für den Betrieb zum Teil auf der Bestimmung, welcher dieser Sätze von verfügbaren Zündungsanteilen kraftstoffeffizienter ist, beruht.
Zylinderabschalt-Motorsteuereinheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei: die Wahl des Zündungsanteils für den Betrieb das Verwenden einer Nachschlagetabelle umfasst, die unterschiedliche höchstzulässige Zylinderbelastungen bei unterschiedlichen Motorgeschwindigkeiten und Zündungsanteilen angibt.
Zylinderabschalt-Motorsteuereinheit nach einem der Ansprüche 1–3, wobei: jeder der verfügbaren Zündungsanteile mit einer höchstzulässigen Zylinderbelastung verbunden ist; zumindest einige der verfügbaren Zündungsanteile mit unterschiedlichen höchstzulässigen Zylinderbelastungen verbunden sind; und die Wahl des Zündungsanteils für den Betrieb zumindest zum Teil auf der höchstzulässigen Zylinderbelastung für zumindest einige der verfügbaren Zündungsanteile beruht.
Zylinderabschalt-Motorsteuereinheit nach Anspruch 4, wobei das Zylinderabschaltprofilmodul ferner dazu eingerichtet ist: eine Zylinderbelastung, die für die Lieferung der gewünschten Motorausgangsleistung nötig ist, zu berechnen; und zu bestimmen, ob die berechnete Zylinderbelastung die höchstzulässige Zylinderbelastung, die mit einem der verfügbaren Zündungsanteile verbunden ist, übersteigt.
Zylinderabschalt-Motorsteuereinheit nach einem der Ansprüche 1–5, wobei die Wahl des Zündungsanteils für den Betrieb zumindest zum Teil auf einem beruht, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus dem in Betrieb stehenden Gang, den Straßenbedingungen, der Gangschaltung, der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem Geräuschpegel im Innenraum, dem Bestehen eines Motorleerlaufs, der Gaspedalposition und der Rate der Veränderung einer Position eines Gaspedals besteht.
Zylinderabschalt-Motorsteuereinheit nach einem der Ansprüche 1–6, wobei die Wahl des Zündungsanteils für den Betrieb auf Basis jeder einzelnen Zündungsgelegenheit durchgeführt wird.
Zylinderabschalt-Motorsteuereinheit nach einem der Ansprüche 1–7, wobei die Wahl des Zündungsanteils für den Betrieb pro Motorzyklus zumindest einmal durchgeführt wird.
Zylinderabschalt-Motorsteuereinheit, umfassend: eine Nachschlagetabelle, die auf einem computerlesbaren Medium ausgeführt ist, wobei die Nachschlagetabelle Tabelleneinträge enthält, die unterschiedliche höchstzulässige Zylinderbelastungen bei unterschiedlichen Fahrzeugbetriebsparametern angeben; ein Zylinderabschaltprofilmodul, das dazu eingerichtet ist, einen Zündungsanteil für den Betrieb zu bestimmen, der zur Lieferung einer verlangten Motorausgangsleistung geeignet ist, wobei das Zylinderabschaltprofilmodul die Nachschlagetabelle benutzt, um den Zündungsanteil für den Betrieb zu bestimmen; und eine Zündungssteuerung, die dazu eingerichtet ist, Zündungen auf eine Weise, bei der Zylinder abgeschaltet werden, zu regeln, die den Zündungsanteil für den Betrieb liefert.
Zylinderabschalt-Motorsteuereinheit nach Anspruch 9, wobei: die Nachschlagetabelle einen oder mehrere Indizes enthält, wobei jeder Index aus der Gruppe gewählt ist, die aus der Motorgeschwindigkeit, dem Getriebegang und dem Zündungsanteil besteht.
Zylinderabschalt-Motorsteuereinheit nach Anspruch 9 oder 10, wobei: die Zündungsanteilbestimmung zumindest zum Teil auf einem Basiszündungsanteil beruht; die Zylinderabschalt-Motorsteuerung ferner einen Basiszündungsanteilrechner umfasst, der einen Basiszündungsanteil angibt, welcher für eine gegebene Motorgeschwindigkeit und Motorausgangsleistung im Wesentlichen optimal kraftstoffeffizient ist.
Zylinderabschalt-Motorsteuereinheit nach Anspruch 11, wobei: die Nachschlagetabelle einen Satz von verfügbaren Zündungsanteilen enthält; und das Zylinderabschaltprofilmodul ferner dazu eingerichtet ist, aus dem Satz von verfügbaren Zündungsanteilen in der Nachschlagetabelle einen Kandidaten-Zündungsanteil zu wählen, wobei der Kandidaten-Zündungsanteil ein Zündungsanteil in der Nachschlagetabelle ist, der näher als andere Zündungsanteile in der Nachschlagetabelle an dem Basiszündungsanteil liegt.
Zylinderabschalt-Motorsteuereinheit nach Anspruch 11 oder 12, wobei: der Kandidaten-Zündungsanteil in der Nachschlagetabelle mit einer höchstzulässigen Zylinderbelastung verbunden ist; und das Zylinderabschaltprofilmodul ferner dazu eingerichtet ist, eine Kandidaten-Zylinderbelastung zu bestimmen, die zusammen mit dem Kandidaten-Zündungsanteil in der Lage ist, die verlangte Motorausgangsleistung zu liefern; und zu bestimmen, ob die Kandidaten-Zylinderbelastung die höchstzulässige Zylinderbelastung übersteigt.
Zylinderabschalt-Motorsteuereinheit nach einem der Ansprüche 9–13, wobei: sich zumindest einige Werte in der Nachschlagetabelle auf Basis zumindest eines, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus den Straßenbedingungen, der Gangschaltung, der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem Geräuschpegel im Innenraum, dem Bestehen eines Motorleerlaufs, der Gaspedalposition und der Rate der Veränderung einer Position eines Gaspedals besteht, unterscheiden.
Zylinderabschalt-Motorsteuereinheit nach einem der Ansprüche 9–14, wobei: die Nachschlagetabelle eindimensional ist; und jeder Tabelleneintrag eine höchstzulässige Zylinderbelastung für einen Fahrzeugparameter angibt, wobei jeder Parameter aus der Gruppe gewählt ist, die aus der Motorgeschwindigkeit, dem Getriebegang und dem Zündungsanteil besteht.
Zylinderabschalt-Motorsteuereinheit nach einem der Ansprüche 9–15, wobei: die Nachschlagetabelle zweidimensional ist; und jeder Tabelleneintrag eine höchstzulässige Zylinderbelastung für einen Satz von zwei Fahrzeugparametern angibt, wobei jeder der beiden Parameter aus der Gruppe gewählt ist, die aus der Motorgeschwindigkeit, dem Getriebegang und dem Zündungsanteil besteht.
Zylinderabschalt-Motorsteuereinheit nach einem der Ansprüche 9–16, wobei: die Nachschlagetabelle dreidimensional ist; und jeder Tabelleneintrag eine höchstzulässige Zylinderbelastung für einen Zündungsanteil, einen Bereich von Motorgeschwindigkeiten und einen Getriebegang angibt.
Verfahren zur Wahl eines Zylinderabschalt-Zündungsprofils für den Betrieb, das zur Verwendung beim Betreiben eines Verbrennungsmotors auf eine Weise, bei der Zylinder abgeschaltet werden, um eine gewünschte Motorausgangsleistung zu erzeugen, geeignet ist, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bestimmen einer gewünschten Motorausgangsleistung; Wählen mehrerer Kandidaten-Zündungsanteile aus einer zulässigen Liste von Zündungsanteilen; derartiges Berechnen einer Kandidaten-Zylinderbelastung für jeden der mehreren Kandidaten-Zündungsanteile, dass die Kombination aus der Kandidaten-Zylinderbelastung und jedem zugehörigen Kandidaten-Zündungsanteil im Wesentlichen die gewünschte Motorausgangsleistung erbringt, wobei jede derartige Kombination ein Kandidaten-Zylinderabschalt-Zündungsprofil ist; Wählen eines der Kandidaten-Zylinderabschalt-Zündungsprofile als das Zylinderabschalt-Zündungsprofil für den Betrieb; und Betreiben des Verbrennungsmotors zumindest zum Teil auf Basis des Zylinderabschalt-Zündungsprofils für den Betrieb.
Verfahren nach Anspruch 18, ferner umfassend: Bestimmen, welches der Kandidaten-Zylinderabschalt-Zündungsprofile bei der Lieferung der Motorausgangsleistung am kraftstoffeffizientesten ist, wobei die Wahl des Zylinderabschalt-Zündungsprofils für den Betrieb auf der Bestimmung der Kraftstoffeffizienz beruht.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, wobei: die mehreren Kandidaten-Zündungsanteile einen ersten und einen zweiten Kandidaten-Zündungsanteil enthalten; eine erste Kandidaten-Zylinderbelastung so berechnet wird, dass eine Kombination aus dem ersten Kandidaten-Zündungsanteil und der ersten Kandidaten-Zylinderbelastung die gewünschte Motorausgangsleistung liefert und ein erstes Kandidaten-Zylinderabschalt-Zündungsprofil bildet; und bestimmt wird, ob das erste Kandidaten-Zylinderabschalt-Zündungsprofil zulässig ist, wobei die Zulässigkeit des ersten Kandidaten-Zylinderabschalt-Zündungsprofils zum Teil davon abhängt, ob die erste Kandidaten-Zylinderbelastung einen Schwellenwert übersteigt, wobei der Schwellenwert als Funktion der Motorgeschwindigkeit und des Getriebegangs variiert.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei der Schwellenwert ferner auf Basis eines Fahrzeugparameters, der aus der Gruppe gewählt ist, die aus dem in Betrieb stehenden Gang, den Straßenbedingungen, der Gangschaltung, der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem Geräuschpegel im Innenraum, dem Bestehen eines Motorleerlaufs, der Gaspedalposition und der Rate der Veränderung einer Position eines Gaspedals besteht, variiert.
Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, wobei: dann, wenn das erste Kandidaten-Zylinderabschalt-Zündungsprofil nicht zulässig ist, ein neuer Kandidaten-Zündungsanteil gewählt wird und wiederholt wird, bis ein zulässiges Zylinderabschalt-Zündungsprofil gefunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18–22, wobei die Wahl des einen der Kandidaten-Zylinderabschalt-Zündungsprofile das Verwenden einer Nachschlagetabelle umfasst, die unterschiedliche höchstzulässige Zylinderbelastungen bei unterschiedlichen Motorgeschwindigkeiten und Zündungsanteilen angibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18–23, wobei die Wahl des einen der Kandidaten-Zylinderabschalt-Zündungsprofile auf Basis jeder einzelnen Zündungsgelegenheit durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18–24, wobei die Wahl des einen der Kandidaten-Zylinderabschalt-Zündungsprofile pro Motorzyklus zumindest einmal durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18–25, ferner umfassend: Bestimmen, ob die berechnete Zylinderbelastung für jeden der mehreren Kandidaten-Zündungsanteile eine entsprechende vorherbestimmte höchstzulässige Zylinderbelastung übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 26, ferner umfassend: Nichtverwenden eines bestimmten Kandidaten-Zündungsanteils, um den Motor zu betreiben, wenn bestimmt wird, dass die Zylinderbelastung, die für den bestimmten Kandidaten-Zündungsanteil berechnet wurde, die entsprechende höchstzulässige Zylinderbelastung übersteigt.