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Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Steuern eines Verbrennungsmotors.
Insbesondere verbessert das System den Motorbetrieb während eines
Zustands der Verschlechterung oder Deaktivierung eines Motorsteuergeräts.
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Hintergrund
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Ein
System zum Steuern eines Motors während eines Zustands des Ausfalls
eines Ventilaktors wird in dem U.S. Patent Nr. 6,278,932 beschrieben. Die
Beschreibung des Systems stellt eine Möglichkeit zum Deaktivieren
einer Bank von Zylindern als Reaktion auf einen Ventilaktorausfall
vor. Zusätzlich wird
ein Aktorsteuergerät
für jede
Motorbank vorgesehen, und jedes Steuergerät ist zum Betätigen von Ventilen,
Kraftstoffeinspritzung und Zündung
bei Unterbrechung der Kommunikation zwischen dem Aktorsteuergerät und dem
Motorsteuergerät
ausgelegt.
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Das
oben erwähnte
Verfahren kann auch mehrere Nachteile haben. Das Verfahren kann
nämlich
bewirken, dass die Motorzylinder Kraftstoff-/Luftgemische bei ungleichmäßigen Abständen zwischen Verbrennungsvorgängen verbrennen,
da das System eine ganze Zylinderbank deaktiviert, wenn ein Ventilausfall
detektiert wird. D.h. während
des Verlaufs eines Motorzyklus (bei einem Viertaktmotor 720 Kurbelwellenwinkelgrad
Drehung) zündet
(verbrennt) zum Beispiel ein erster Zylinder, gefolgt von einem ersten
Kurbelwellenintervall, gefolgt von einen zweiten Verbrennungsvorgang,
gefolgt von einem zweiten Kurbelwellenintervall, gefolgt von einem
zweiten Zünden
des ersten Zylinders in einem zweiten Motorzyklus. Die Verbrennung
ist ungleichmäßig, da
sich der erste Kurbelwellenintervallabstand von dem zweiten Kurbelwellenintervallabstand
unterscheidet. Ein ungleichmäßiges Zylinderzünden kann
zu einer Zunahme von Motorgeräusch
und Vibration führen. Weiterhin
kann der fortgesetzte Betrieb des Motors in dieser Betriebsart aufgrund
der ungleichmäßigen Erzeugung
von Drehmoment und von Motorvibration zu einer weiteren Motorverschlechterung
führen.
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Ein
anderer Nachteil des vorstehend erwähnten Systems liegt darin,
dass es keine spezifische Möglichkeit
zum Betreiben des Motors zu geben scheint, wenn sich der Betrieb
eines der Aktorsteuergeräte
verschlechtert oder wenn er deaktiviert wird. Ein mögliches
Vorgehen zum Abschwächen
einer Verschlechterung eines Aktorsteuergeräts besteht darin, den gleichen
Ansatz wie bei Detektion eines Ventilaktorausfalls zu verwenden,
nämlich
eine komplette Zylinderbank zu deaktivieren. Das Deaktivieren einer
kompletten Zylinderbank als Reaktion auf eine Verschlechterung des
Steuergeräts
kann aber zu den vorstehend beschriebenen Problemen führen und
ist daher eine unerwünschte
Folge.
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Der
vorliegende Erfinder hat die oben erwähnten Nachteile erkannt und
hat ein System entwickelt, das den Motorbetrieb während Verschlechterung
oder Deaktivierung eines Motorsteuergeräts verbessert, das wesentliche
Verbesserungen bietet.
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Kurzdarlegung
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Eine
Ausführung
der vorliegenden Erfindung umfasst ein System zum Steuern von Zylindern
eines Verbrennungsmotors, wobei das System umfasst: ein erstes Steuergerät zum Steuern
von Verbrennung in Zylindern einer ersten Gruppe von Zylindern, wobei
die erste Gruppe von Zylindern Kraftstoff-/Luftgemische bei im Wesentlichen
gleichmäßig beabstandeten
Kurbelwellenwinkelintervallen zwischen Verbrennungsvorgängen verbrennen
kann; und ein zweites Steuergerät
zum Steuern von Verbrennung in Zylindern einer zweiten Gruppe von
Zylinder, wobei die zweite Gruppe von Zylindern Kraftstoff-/Luftgemische
bei im Wesentlichen gleichmäßig beabstandeten
Kurbelwellenwinkelintervallen zwischen Verbrennungsvorgängen verbrennen
kann, wobei das zweite Steuergerät
eine andere Gruppe von Zylindern als das erste Steuergerät steuert.
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Der
vorliegende Erfinder hat mit anderen Worten erkannt, dass der Betrieb
eines Motors durch Steuern von Gruppen von Zylindern, die Kraftstoff-/Luftgemische
bei gleichmäßigen Intervallen verbrennen
können,
verbessert werden kann. Ein Vierzylindermotor mit einer Zündfolge
1-3-4-2 kann zum Beispiel durch zwei Steuergeräte gesteuert werden, wobei
jedes Steuergerät
die Verbrennung in zwei Zylindern ändern kann. Das erste Steuergerät kann dafür ausgelegt
werden, Verbrennungssteuerungen in den Zylindern 1 und 4 anzupassen,
während
das zweite Steuergerät
dafür ausgelegt
werden kann, Verbrennungssteuerungen in den Zylindern 2 und 3 anzupassen.
Auf diese Weise arbeitet jedes Steuergerät an zwei Zylindern, die zum
Beispiel zwischen Arbeitstaken um 360 Kurbelwellenwinkelgrad beabstandet
sind. D.h. der Arbeitstakt eines Zylinders ist 360 Kurbelwellenwinkelgrad
vom Arbeitstakt des anderen Zylinders in der Gruppe, was zu einer gleichmäßigen Zündfolge
und gleichmäßigen Drehmomenterzeugung
führt.
Ferner ist die Zündfolge
für die
beiden Zylinder über
den Motorzyklus von 720 Kurbelwellengrad symmetrisch. Wenn sich
der Betrieb eines Steuergeräts
verschlechtert oder wenn ein Steuergerät deaktiviert wird, kann somit
das andere Steuergerät
weiter ein Paar Zylinder steuern, die gleichmäßig zünden, wodurch ein gleichmäßig zündender
Motor erhalten bleibt.
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Die
vorliegende Beschreibung kann mehrere Vorteile an die Hand geben.
Insbesondere sieht der Ansatz ein System vor, das einen gleichmäßig zündenden
Motor beibehalten kann, selbst wenn sich der Betrieb eines Motorsteuergeräts verschlechtert
oder wenn das Steuergerät
deaktiviert wird. Dies gilt für Reihenmotorkonfigurationen
(„I"-Motoren vom engl. Inline)
sowie für „V"-Motorkonfigurationen,
da die Steuergeräte
mit den Aktoren und Sensoren von Zylindern von mehr als einer einzigen
Zylinderbank in Verbindung stehen können. Ein „V8"-Motor mit einer Zündfolge 1-5-4-2-6-3-7-8 zum
Beispiel kann mit einem mit den Zylindern 1-4-6-7 in Verbindung
stehenden Steuergerät ausgelegt
werden, während
das andere Steuergerät
mit den Zylindern 5-2-3-8 in Verbindung stehen kann. Wenn sich der
Betrieb eines Steuergeräts
verschlechtert oder wenn das Steuergerät deaktiviert wird, dann kann
das andere Steuergerät auf
diese Weise einen gleichmäßig zündenden
Motor regeln. Folglich kann der Motor weiter in einer gleichmäßig zündenden
Betriebsart arbeiten, so dass Geräusch und Vibration des Motors
geringer als bei einem ungleichmäßig zündenden
Motor sind. Ferner kann das System so ausgelegt werden, dass bei
Eintreten von Verschlechterung oder Deaktivierung eines Ventilaktors
der Motor unter Verwendung von zwei Motorsteuergeräten in einer
gleichmäßig zündenden
Betriebsart weiter arbeiten kann. Wenn zum Beispiel eine Ventilverschlechterung
oder -deaktivierung bei einem Zylinder eines „V8"-Motors eintritt, kann der Motor weiter
als „V6"-Motor arbeiten,
wogegen das oben erwähnte
Verfahren als ungleichmäßig zündender
Vierzylindermotor arbeiten würde.
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Die
obigen Vorteile sowie weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden
Beschreibung gehen mühelos
aus der folgenden eingehenden Beschreibung allein oder in Verbindung
mit den Begleitzeichnungen hervor.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Die
hierin beschriebenen Vorteile werden durch Lesen eines Beispiels
einer Ausführung,
das hierin als eingehende Beschreibung bezeichnet wird, allein oder
unter Bezug auf die Zeichnungen besser verständlich. Hierbei zeigen.
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1 ein
schematisches Diagramm eines Motors;
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2 ein
schematisches Diagramm eines elektrisch betätigten Ventils;
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3 ein
schematisches Diagramm einer beispielhaften Motorsteuergerätkonfiguration;
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4 ein
schematisches Diagramm einer anderen beispielhaften Motorsteuergerätkonfiguration;
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5a ein
Motordrehmomentschaubild für einen
Vierzylindermotor, der mit vier aktiven Zylindern arbeitet;
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5b ein
Motordrehmomentschaubild für einen
Vierzylindermotor, der mit zwei aktiven Zylindern arbeitet; und
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6 ein
Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern eines Motors während Verschlechterung
eines Ventils oder Steuergeräts.
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Eingehende
Beschreibung
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Unter
Bezug auf 1 wird ein Verbrennungsmotor 10,
der mehrere Zylinder umfasst, wovon einer in 1 gezeigt
wird, durch ein elektronisches Steuergerät 12 gesteuert. Der
Motor 10 umfasst einen Brennraum 30 und Zylinderwände 32 mit einem
darin positionierten und mit einer Kurbelwelle 40 verbundenen
Kolben 36. Der Brennraum 30 steht bekanntermaßen mittels
eines jeweiligen Einlassventils 52 und Auslassventils 54 mit
dem Ansaugkrümmer 44 und
dem Abgaskrümmer 48 in
Verbindung. Jedes Einlass- und
Auslassventil wird von einer elektromechanisch gesteuerten Ventilspulen-
und Ankeranordnung 53 betätigt. Alternativ können Einlassventile
und/oder Auslassventile mit feste oder veränderlichen Steuerzeiten mechanisch
betätigt
werden. Weiterhin können
zum Beispiel Einlassventile elektrisch betätigt und Auslassventile mechanisch
betätigt
werden. Die Ankertemperatur wird durch einen Temperatursensor 51 ermittelt.
Die Ventilstellung wird durch einen Stellungssensor 50 ermittelt.
In einem anderen Beispiel weist jeder der Ventilaktoren für die Ventile 52 und 54 einen
Stellungssensor und einen Temperatursensor auf.
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Der
Ansaugkrümmer 44 wird
ferner mit einem damit gekoppelten Einspritzventil 66 zum
Zuführen
von flüssigem
Kraftstoff proportional zur Impulsbreite des Signals FPW des Steuergeräts 12 gezeigt. Der
Kraftstoff wird dem Kraftstoffeinspritzventil 66 durch
eine (nicht dargestellte) Kraftstoffanlage mit einem Kraftstofftank,
einer Kraftstoffpumpe und einem (nicht dargestellten) Verteilerrohr
zugeführt.
Alternativ kann der Motor so ausgelegt sein, dass der Kraftstoff
direkt in den Motorzylinder eingespritzt wird, was dem Fachmann
als Direkteinspritzung bekannt ist. Ferner wird der Ansaugkrümmer 44 mit
einer optionalen elektronischen Drossel 125 in Verbindung
stehend gezeigt.
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Eine
verteilerlose Zündanlage 88 liefert
dem Brennraum 30 über
eine Zündkerze 92 als
Reaktion auf das Steuergerät 12 einen
Zündfunken.
Stromaufwärts
des Katalysators 70 ist eine nicht beheizte Lambdasonde
(UEGO) 76 mit dem Abgaskrümmer 48 verbunden
dargestellt. Alternativ kann an Stelle der UEGO-Sonde 76 eine
Lambdasonde mit zwei Zuständen
treten. Eine Lambdasonde 98 mit zwei Zuständen wird
stromabwärts
des Katalysators 70 mit dem Abgaskrümmer 48 verbunden
gezeigt. Alternativ kann die Sonde 98 auch eine UEGO-Sonde
sein. Die Katalysatortemperatur wird durch den Temperaturfühler 77 gemessen
und/oder anhand von Betriebsbedingungen wie Motordrehzahl, Last,
Lufttemperatur, Motortemperatur und/oder Luftdurchsatz oder Kombinationen
derselben gemessen.
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Der
Katalysator 70 kann in einem Beispiel mehrere Katalysatorbricks
aufweisen. In einem anderen Beispiel können mehrere Schadstoffbegrenzungsvorrichtungen,
jeweils mit mehreren Bricks, verwendet werden. Der Katalysator 70 kann
in einem Beispiel ein Dreiwegekatalysator sein.
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In 1 wird
das Steuergerät 12 als
herkömmlicher
Mikrocomputer gezeigt, welcher umfasst: eine Mikroprozessoreinrichtung 102,
Eingangs-/Ausgangs-Ports 104 und einen Festwertspeicher 106,
einen Arbeitsspeicher 108, einen batteriestromgestützten Speicher 110 und
einen herkömmlichen
Datenbus. Alternativ kann das Steuergerät aus mehr als einer CPU bestehen,
die mit Speicher arbeitet und/oder diesen teilt, sowie aus einem
E/A ähnlich dem
der Einrichtung 102 oder aus mehr als einem E/A bestehend
aus einer unabhängigen
CPU, die von einer Steuergerät-CPU
beaufschlagt wird. Das Steuergerät 12 wird
gezeigt, wie es neben den zuvor beschriebenen Signalen von mit dem
Motor 10 gekoppelten Sensoren verschiedene Signale empfängt, darunter:
Kühlmitteltemperatur
(ECT) von einem mit einem Kühlmantel 114 gekoppelten
Temperaturfühler 112;
ein mit einem Gaspedal verbundenen Stellungssensor 119;
eine Messung des Ansaugluftdrucks (MAP) von einem mit dem Ansaugkrümmer 44 verbundenen
Drucksensor 122; eine Messung (ACT) der Motoransauglufttemperatur
oder Krümmertemperatur
von einem Temperaturfühler 117;
und einen Motorstellungssensor von einem Hallgeber 118,
der die Stellung der Kurbelwelle 40 erfasst. In einer bevorzugten
Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung erzeugt der Motorstellungssensor 118 eine
vorbestimmte Anzahl von gleichmäßig beabstandeten
Impulsen pro Umdrehung der Kurbelwelle, woraus die Drehzahl (U/min)
ermittelt werde kann.
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In
einer alternativen Ausführung
kann ein Direkteinspritzmotor verwendet werden, bei dem das Einspritzventil 66 in
dem Brennraum 30, entweder in dem Zylinderkopf ähnlich wie
die Zündkerze 92 oder an
der Seite des Brennraums, positioniert ist.
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Hinweis:
Andere nicht einschränkende
Ausführungen
einer Regelung, die Konfigurationen für Systeme mit mehr als einem
Zylinder darstellen, werden in der Beschreibung der 3 und 4 erläutert.
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Unter
Bezug auf 2 wird ein Schaubild eines beispielhaften
elektrisch betätigten
Ventils gezeigt. Der Ventilaktor wird in einem nicht eingeschalteten
Zustand (d.h. dem Ventil wird kein elektrischer Strom geliefert)
gezeigt. Das elektromechanische Ventil besteht aus einer Ankeranordnung
und einer Ventilanordnung. Die Ankeranordnung besteht aus einer
Ankerrückstellfeder 201,
einer Ventilschließspule 205,
einer Ventilöffnungsspule 209,
einer Ankerplatte 207, einem Ventilwegaufnehmer 217 und einer
Ankerstange 203. Wenn der Ventilanker nicht eingeschaltet
ist, wirkt die Ankerrückstellfeder 201 der
Ventilrückstellfeder 211 entgegen,
die Ventilstange 213 und die Ankerstange 203 stehen
miteinander in Kontakt und die Ankerplatte 207 ist zwischen
der Öffnungsspule 209 und
der Schließspule 205 zentriert.
Dies ermöglicht
es dem Ventilkopf 215, einen teilweise offenen Zustand
bezüglich
des Kanals 219 einzunehmen. Wenn sich der Anker in der
ganz offenen Stellung befindet, steht die Ankerplatte 207 mit der
Magnetpolfläche 226 der Öffnungsspule
in Kontakt. Wenn sich der Anker in der ganz geschlossenen Stellung
befindet, steht die Ankerplatte 207 mit der Magnetpolfläche 224 der
Schließspule
in Kontakt.
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Unter
Bezug auf 3 wird ein Schaubild einer beispielhaften
Steuergerätkonfiguration
für einen Vierzylinder-Reihenmotor
gezeigt.
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Das
Motorsteuergerät 12 besteht
aus zwei Steuergeräten,
die eine CPU, einen Speicher und einen E/A ähnlich der in der Beschreibung
von 1 erläuterten
Konfiguration umfasst. Das erste Steuergerät E/O 104 steht mit
Sensoren und/oder Aktoren von Zylindergruppe Eins in Verbindung.
Zylindergruppe Eins besteht aus Zylindern Eins 326 und
Zylinder Vier 320. Die Einlassventilaktoren 307 und 313 ähneln den
in 2 beschriebenen und werden mittels E/A 104 gesteuert.
Die Einlassventilaktoren steuern den Luftstrom in die Zylinder als
Reaktion auf Befehle von dem ersten Steuergerät. Zylindergruppe Zwei besteht
aus Zylinder Zwei 324 und Zylinder Drei 322. Die
Einlassventilaktoren 309 und 311 sind ebenfalls ähnlich den
in 2 beschriebenen, werden aber mittels E/A 304 des
zweiten Substeuergeräts gesteuert.
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Zu
beachten ist, dass die Ventilaktoren von einer anderen Auslegung
als in 2 beschrieben sein können, ohne vom Wesen oder Schutzumfang dieser
Beschreibung abzuweichen. Weiterhin können die Steuergeräte in eine
einzelne Steuereinrichtung eingebunden sein oder können in
zwei getrennte Steuereinrichtungen unterteilt sein. Des Weiteren können die
Steuergeräte
mit vielen verschiedenen E/O konfiguriert werden, die nicht über den
Schutzumfang dieser Beschreibung hinausgehen, aber nicht gezeigt
werden, damit die Komplexität
der Figur reduziert wird. Zum Beispiel werden elektrisch betätigte Einlassventile
mit den E/A-Ports 104 und 304 in Verbindung stehend
gezeigt, die Systemkonfiguration könnte aber genauso gut Auslassventile,
Zündkerzen,
Ladungsbewegungssteuerventile, Einspritzventile und/oder elektrisch
gesteuerte Drosseln umfassen. Diese Aktoren können in jeder wünschenswerten
Kombination oder Unterkombination ausgelegt werden, ohne vom Schutzumfang
oder der Absicht dieser Beschreibung abzuweichen. Somit kann jedes
Substeuergerät
vollständige
oder teilweise Kontrolle über
die jeweiligen Zylindersteueraktoren und/oder Sensoren haben.
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Aus 3 ist
ersichtlich, dass jedes Steuergerät die Fähigkeit zum Steuern einer Gruppe
von Zylindern hat, ohne zwangsweise die Arbeitsweise der anderen
Gruppe von Zylindern zu ändern.
Dadurch kann jedes Steuergerät
die Zylinder unter seiner Kontrolle weiter betätigen, selbst wenn sich die Leistung
des anderen Steuergeräts
u.U. bis zu dem Punkt verschlechtert, dass die Zylinder unter seiner Kontrolle
deaktiviert werden. Somit kann jedes Steuergerät den Motor als gleichmäßig zündenden
Motor betreiben, wobei mit zwei Zylindern gearbeitet wird, oder
die Steuergeräte
wirken zusammen, um einen gleichmäßig zündenden Vierzylindermotor zu
betreiben. Der Betrieb eines gleichmäßig zündenden Motors durch ein einziges
Steuergerät
wird durch Auslegen der Steuergeräte, so dass sie mit Zylindern
arbeiten, die über
einen Motorzyklus gleichmäßig beabstandet
sind, aufrechterhalten. In diesem Beispiel sind die Zylinder 1 und
4 gleichmäßig beabstandet, ebenfalls
wie die Zylinder 2 und 3. Somit ermöglicht das Verbinden jedes
Steuergeräts
mit Aktoren einer Gruppe von Zylindern, die gleichmäßig beabstandet sind,
ein Arbeiten des Motors als gleichmäßig zündender Motor, auch wenn sich
die Leistung eines Steuergeräts
verschlechtert oder wenn das Steuergerät deaktiviert wird.
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Die
Steuergeräte
können
auch dafür
ausgelegt werden, mittels zum Beispiel einer CAN-Verbindung oder durch Reihenverbindung
miteinander zu kommunizieren. Alternativ können die Sensor- und/oder Aktorsteuergeräte mit einem überwachenden
Steuergerät
in Verbindung stehen, das an Steuergeräte der niedrigeren Ebene Befehle
gibt und deren Status überwacht.
Durch Verbinden der Steuergeräte
kann jedes Steuergerät
den Status des anderen Steuergeräts
ermitteln. Dies erlaubt es einem aktiven Steuergerät, Maßnahmen
zu ergreifen, um Motordrehmomentschwankungen abzuschwächen, wenn
ein Steuergerät
in den verschlechterten Zustand wechselt oder deaktiviert wird.
Wenn zum Beispiel ein Steuergerät
eine verschlechterte Leistung eines anderen Steuergeräts erkennt,
dann kann das aktive Steuergerät
Ventilsteuerzeiten, Kraftstoffeinspritzsteuerzeiten, Drosselstellung
und/oder Zündverstellung
in Richtung früh
so verstellen, dass Drehmomentschwankungen abgeschwächt werden.
Natürlich
können
auch andere Kombinationen und Unterkombinationen der vorstehend
erwähnten
Aktoren und/oder Sensoren zum Mindern der Drehmomentschwankungen
verwendet werden.
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Unter
Bezug nun auf 4 wird ein Schaubild einer beispielhaften
Steuergerätkonfiguration
für einen
Achtzylinder-„V"-Motor gezeigt.
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Das
erste Steuergerät 401 wird
in Verbindung mit Sensoren und/oder Aktoren der Zylindergruppe Eins
stehend gezeigt. Die Zylindergruppe Eins besteht aus Zylindern Eins 430,
Zylinder Vier 435, Zylinder Sechs 442 und Zylinder
Sieben 444. Die Einlassventilaktoren 411, 405, 419 und 417 ähneln den
in 2 beschriebenen und werden mittels E/A gesteuert.
Die Einlassventilaktoren steuern den Luftstrom in die Zylinder als
Reaktion auf Befehle von dem ersten Steuergerät.
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Das
zweite Steuergerät 403 wird
mit Sensoren und/oder Aktoren von Zylindergruppe Zwei in Verbindung
stehend gezeigt. Zylindergruppe Zwei besteht aus Zylinder Zwei 431,
Zylinder Drei 433, Zylinder Fünf 440 und Zylinder
Acht 446. Die Einlassventilaktoren 409, 407, 421 und 415 ähneln ebenfalls den
in 2 beschriebenen und werden mittels des E/A des
zweiten Steuergeräts
gesteuert.
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Ähnlich der
in 3 gezeigten Konfiguration erlaubt die Steuergerätkonfiguration
von 4 das Betreiben des Motors als gleichmäßig zündender Motor,
wenn ein Steuergerät
deaktiviert wird oder wenn sich die Leistung eines Steuergeräts verschlechtert
und der Motor von einem einzigen Steuergerät betrieben wird. Wenn zum
Beispiel das zweite Steuergerät 403 deaktiviert
wird, so dass die Zylinder unter seiner Kontrolle deaktiviert werden,
dann kann der Motor mit Hilfe der Zylinder 1, 4, 6 und 7 weiter
als gleichmäßig zündender
Vierzylindermotor arbeiten. Wenn sich dagegen die Leistung des ersten Steuergeräts 401 verschlechtert,
kann der Motor durch Betreiben der Zylinder 2, 3, 5 und 8 als gleichmäßig zündender
Vierzylindermotor betrieben werden. Die gleichmäßige Zündfolge ist wiederum ein Ergebnis
der Auslegung jedes Steuergeräts
mit einer Zylindergruppe, die zu einem gleichmäßig zündenden Motor führt, selbst
wenn das eine oder das andere Steuergerät deaktiviert wird oder wenn
sich seine Leistung verschlechtert. Weiterhin kann dieses Konzept
auf Motorkonfigurationen ausgeweitet werden, die sich von den in
den 4 und 5 gezeigten
I4- und V8-Beispielen unterscheiden. Zum Beispiel Sechszylindermotoren
mit V- oder Reihenkonfiguration, Vierzylinder-Gegenkolbenmotoren,
Zehnzylindermotoren und Zwölfzylindermotoren.
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Jedes
Steuergerät
kann den Motor aufgrund der Verschaltungskonfiguration zwischen
Steuergerät,
Aktoren und Zylindern als gleichmäßig zündenden Vierzylinder betreiben.
Die Steuergeräte
sind mit anderen Worten vorteilhaft mit Zylindern verschaltet, die
als gleichmäßig zündender
Motor betrieben werden können.
Somit kann durch richtiges Konfigurieren der Motoranlage eine im
Wesentlichen äquivalente
Beabstandung zwischen Verbrennungsvorgängen erreicht werden. Natürlich kann
die Beabstandung (in Kurbelwellenwinkelgrad) zwischen Kolben, die
bei einer bestimmten Position angeordnet sind (z.B. Verdichtungstakt
am oberen Totpunkt), mit der Kurbelwellenposition in Beziehung gesetzt
werden, doch kann die Auslösung
der Verbrennung um 20 Kurbelwellenwinkelgrad oder mehr variieren,
doch beruht die Veränderung
der Zündposition
auf Motorbetriebsbedingungen und wird daher als im Wesentlichen konstant
betrachtet. Zum Beispiel kann die Zündverstellung in Richtung früh im Verhältnis zum
oberen Totpunkt des jeweiligen Verdichtungstakts jedes Zylinders
zum Beispiel um 20 Kurbelwellenwinkelgrad variieren, wird aber im
Wesentlichen für
konstant gehalten, da die mechanische Beabstandung zwischen einzelnen
Zylindern, die eine ausgewählte
Position erreichen, durch die gleichmäßige Kurbelwellengeometrie
zwischen Zylindern der Gruppe festgelegt wird.
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Die
Steuergerätkonfiguration
von 4 lässt auch
beide Steuergeräte
weiter arbeiten, wenn sich die Sensor- und/oder Aktorleistung verschlechtert bzw.
diese deaktiviert werden, so dass der Achtzylindermotor zum Beispiel
als gleichmäßig zündender Sechszylindermotor
betrieben werden kann. Ferner könnte
eine ähnliche
Steuergerätkonfiguration
einen Sechszylindermotor als gleichmäßig zündenden Vierzylindermotor arbeiten
lassen. Durch Konfigurieren der Steuergeräte, so dass sie ausgewählte Zylinder
betätigen,
Zylinder, die so ausgelegt werden können, dass sie gleiche Abstände zwischen
den Zylinderereignissen haben (z.B. Verbrennungsvorgänge oder
eine ausgewählte
Kolbenstellung, beispielsweise Verdichtungstakt am oberen Totpunkt),
kann der Motor auch während
Bedingungen einer Verschlechterung von Steuergerät und/oder Aktor/Sensor somit als
gleichmäßig zündender
Motor betrieben werden.
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Zu
beachten ist, dass Zylinder für
Vier-, Sechs-, Acht-, Zehn- und Zwölfzylindermotoren vorteilhaft
gruppiert werden können,
so dass eine Verschlechterung oder Deaktivierung eines Steuergeräts immer
noch das Arbeiten des Motors in einer gleichmäßigen Zündbetriebsart erlaubt. Ferner
ist es auch möglich,
mehr als zwei Steuergeräte
einzusetzen, um von den in dieser Beschreibung gezeigten Vorteilen
zu profitieren. Zum Beispiel können
vier oder sogar acht Steuergeräte
dafür ausgelegt
werden, einen Achtzylindermotor in der gleichen Weise wie vorstehend
beschrieben zu betreiben, und daher sollen die gezeigten Ausführungen
nicht die Bedeutung und den Schutzumfang der Beschreibung einschränken.
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Unter
Bezug nun auf 5a wird eine Simulation einer
Motordrehmomentabgabe während
eines Zyklus eines von zwei Steuergeräten betriebenen Motors gezeigt.
Die Linie 501 stellt die Trajektorie des Motordrehmoments
für vier
aktive Zylinder eines Vierzylindermotors dar, der in einer Viertaktbetriebsart
arbeitet. Der Motor hat eine Zündfolge
1-3-4-2. Über
einen Zyklus des Motors (d.h. 720 Kurbelwellenwinkelgrad) verbrennt
jeder Zylinder ein Kraftstoff-/Luftgemisch und erzeugt Drehmoment.
Zu beachten ist, dass die Drehmomenttrajektorie vier Drehmomentspitzen
aufweist, wobei jede Spitze dem von einem einzelnen Zylinder erzeugen
Spitzendrehmoment entspricht. Die Position 504 ist das
Spitzenmotordrehmoment für
Zylinder Eins, Position 505 ist das Spitzenmotordrehmoment
für Zylinder
Drei, Position 506 ist das Spitzenmotordrehmoment für Zylinder
Vier und die Position 507 ist das Spitzenmotordrehmoment
für Zylinder
Nummer Zwei. Die Kurbelwellenwinkelgrade zwischen den von den einzelnen Zylindern
erzeugten Spitzendrehmomentwerten werden als nahezu konstant gezeigt.
Veränderungen
von Zündsteuerzeiten,
Luftfüllung,
Zylindertemperatur und Kraftstoffmenge können aber die Position des Spitzendrehmoments
zwischen Zylindervorgängen ändern, doch
kann das Veränderungsfenster
von 20–30
Grad bezogen auf den Abstand zwischen Zylinderverbrennungsvorgängen als
im Wesentlichen konstant betrachtet werden.
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Bezogen
nun auf 5b wird eine andere Simulation
von Motordrehmomentabgabe während eines
Zyklus eines Motors gezeigt. Die simulierten Bedingungen von 5b zeigen
aber Motordrehmoment für
ein System mit zwei Steuergeräten,
wobei sich der Betrieb eines Steuergeräts bis zu einem Punkt verschlechtert
hat, an dem zwei der vier Zylinder inaktiv sind (nicht verbrennen).
Die Linie 510 stellt die Trajektorie des Motordrehmoments
für einen Vierzylindermotor
dar, der mit zwei aktiven Zylindern in einer Viertaktbetriebsart
arbeitet. Die Drehmomenttrajektorie dieses Zyklus zweigt zwei gleichmäßig beabstandete
Drehmomentspitzen, die zwei Zylinder einer Zylindergruppe (z.B.
Zylinder 1 und 4) darstellen, die von dem aktiven Steuergerät betätigt werden,
während
zum Beispiel die zwei verbleibenden Zylinder (2 und 3) während eines
Zeitraums der Verschlechterung eines zweiten Steuergerät inaktiv sind.
Würde die
Darstellung für
einen weiteren Motorzyklus fortgesetzt werden, würden die beiden Drehmomentspitzen
an den gleichen relativen Kurbelwellenpositionen wiederholt werden.
Die Position 512 ist das Spitzenmotordrehmoment für Zylinder
Eins und Position 514 ist das Spitzenmotordrehmoment für Zylinder
Vier. Würden
die Simulationsbedingungen geändert,
so dass zum Beispiel die Zylinder 1 und 4 aufgrund der Verschlechterung
eines Steuergeräts
inaktiv sind und die Zylinder 2 und 3 aktiv sind, dann würden zwei
Drehmomentimpulse ähnlich
den von Linie 510 dargestellten, aber an anderen Kurbelwellenwinkelpositionen
gezeigt werden.
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Somit
zeigen die 5a und 5b, dass Motorsteuergeräte dafür ausgelegt
werden können, einen
Motor weiter in einer gleichmäßig zündenden Konfiguration
zu betreiben, selbst wenn sich die Leistung eines Steuergeräts verschlechtert
oder wenn das Steuergerät
deaktiviert wird. Dies lässt
den Motor mit weniger Geräusch
und/oder Vibration arbeiten. Wie vorstehend erwähnt können ferner verschiedene Arten
von Aktoren mit den Steuergeräten
ausgelegt werden, so dass ein Motor weiter mit gleichmäßiger Verbrennung
arbeiten kann, wenn sich Zünd- und/oder
Kraftstoffanlagen eines Motors mit festen Ventilsteuerzeiten verschlechtern.
Daher sollen der Sensor und/oder die Aktoren, die mit den jeweiligen Steuergeräten ausgelegt
sind, nicht die Bedeutung oder den Schutzumfang der Beschreibung
einschränken.
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Unter
Bezug nun auf 6 wird ein Flussdiagramm eines
Verfahrens zum Steuern eines Motors während einer Ventil- oder Steuergerätverschlechterung
gezeigt. Die Leistungsverschlechterung eines Zylinderventils und/oder
eines Steuergeräts
kann zu einem Verlust an Motordrehmomenterzeugung führen. Dies
kann zu einem Abfall an Motordrehzahl führen und kann störend für einen
Fahrer sein. Daher kann es wünschenswert
sein, die Wirkungen von Steuergerät- und/oder Ventilverschlechterung
zu mindern. Das von 6 beschriebene Verfahren gibt eine
Möglichkeit
zur Handhabung einer solchen Verschlechterung an die Hand.
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Bei
Schritt 601 ermittelt die Routine, ob es einen Hinweis
auf Ventilverschlechterung gibt. Ventilverschlechterung kann durch
Beobachten von Motorbetriebsbedingungen (z.B. Abgasbedingungen,
Motordrehzahl) oder durch Beobachten von Ventilbedingungen (z.B.
Ventilimpedanz, Ventilstrom, Ventiltemperatur) ermittelt werden.
Liegt ein Hinweis auf Ventilverschlechterung vor, dann rückt die
Routine zu Schritt 602 vor, wenn nicht, rückt die
Routine zu Schritt 605 vor.
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Bei
Schritt 602 wird die Motorsteuerung so eingestellt, dass
die Verbrennung von Kraftstoff-/Luftgemischen in einer gleichmäßigen Zündfolge
erfolgt. Abhängig
vom Wert der Ventilverschlechterung kann die Drehmomentleistung
eines Zylinders durch Beschränken
der Zylinderfüllung
reduziert werden, oder der Zylinder kann zum Beispiel deaktiviert
werden (d.h. kein Verbrennen eines Kraftstoff-/Luftgemisches). Wird
ein Zylinder deaktiviert, dann kann auch ein anderer Zylinder durch
das System deaktiviert werden, so dass der Motor eine gleichmäßige Zündfolge
beibehält.
Wenn zum Beispiel ein Zylinder eines Achtzylindermotors deaktiviert
wird, dann kann ein zusätzlicher
Zylinder deaktiviert werden, so dass der Motor als gleichmäßig zündender
Sechszylinder arbeitet. Steuergeräte können untereinander Statusinformationen
austauschen, so dass ein Zylinder unter der Kontrolle eines anderen
Steuergeräts
(d.h. ein anderes Steuergerät
als das Steuergerät,
das das verschlechterte Ventil steuert) bei Bedarf deaktiviert werden
kann, um den Motor in einer gleichmäßig zündenden Betriebsart zu betreiben.
Alternativ kann abhängig
von der Motorzündfolge,
der Anzahl deaktivierter Zylinder und dem Grad der Verschlechterung ein
einziges Steuergerät
beide Zylinder deaktivieren, so dass der Motor gleichmäßig zündet. Dann
rückt die
Routine zu Schritt 607 vor.
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Bei
Schritt 605 ermittelt die Routine, ob sich ein oder mehr
Steuergeräte
verschlechtert haben. Zwischen Steuergeräten können Statusinformationen ausgetauscht
werden, so dass bei Verschlechterung eines Steuergeräts andere
Steuergeräte
darauf aufmerksam gemacht werden können, so dass von den verbleibenden
Steuergeräten
abschwächende Maßnahmen
ergriffen werden können.
Liegt keine Verschlechterung vor, rückt die Routine zum Ende vor.
Liegt eine Verschlechterung vor, rückt die Routine zu Schritt 607 vor.
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Bei
Schritt 607 kann das Drehmoment in aktiven Zylindern verändert werden,
um den Drehmomentverlust abzuschwächen, der infolge von Zylinderdeaktivierung
oder Reduzierung von abgegebenem Drehmoment des Zylinders eintreten
kann. Das Drehmoment der aktiven Zylinder kann durch Erhöhen der
Ventilöffnungsdauer,
Ventilphase, Verstellen der Zündsteuerzeiten
in Richtung früh
und/oder Anpassen der Drosselstellung angehoben werden. Von dem
aktiven Steuergerät
können
verschiedene Kombinationen oder Unterkombinationen der oben erwähnten Steueranpassungen
befohlen werden, so dass die aktiven Zylinder einen gewissen Ausgleich für die deaktivierten
Zylinder bieten.
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Natürlich kann
das Verfahren von 6 in einer andere Ausführungsreihenfolge
durch Verwenden von Abwandlungen implementiert werden, die von dem
gezeigten Verfahren abweichen, aber nicht von der Absicht oder dem
Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abweichen. Ferner kann das
Verfahren in einem nichtflüchtigen
Speicher gespeichert und nur auf Anforderung gelesen und ausgeführt werden
oder kann bei Starten in einen flüchtigen Speicher geladen werden.
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Dies
schließt
die Beschreibung ab. Bei Lesen durch einen Fachmann könnten viele
Abänderungen
und Abwandlungen nahe liegen, ohne vom Wesen und Schutzumfang der
Beschreibung abzuweichen. Zum Beispiel könnten I4-, V6-, V8-, V10- und
V12-Motoren, die
mit Erdgas-, Benzin-, Diesel- oder anderen Kraftstoffkonfigurationen
arbeiten, die vorliegende Beschreibung vorteilhaft nutzen.