DE102011015257B4

DE102011015257B4 - Verfahren und System zum Ermöglichen eines Zylinderausgleichs bei einer niedrigen Leerlaufdrehzahl unter Verwendung eines Kurbelwellendrehzahlsensors

Info

Publication number: DE102011015257B4
Application number: DE102011015257.1A
Authority: DE
Inventors: Byungho Lee; B. Jerry Song; Lee C. Walker
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-04-01
Filing date: 2011-03-28
Publication date: 2018-03-15
Anticipated expiration: 2031-03-29
Also published as: US8316821B2; CN102213150A; CN102213150B; DE102011015257A1; US20110239984A1

Abstract

Leerlaufsteuersystem für ein Fahrzeug, umfassend: ein Motordrehzahlmodul (202), das ein Motordrehzahlsignal erzeugt; ein Stellgliedsteuermodul (204), das eine Motordrehzahl auf der Grundlage einer Leerlauf-Solldrehzahl regelt, wenn ein Leerlaufmodus eines Motors (102) aktiviert ist; ein Ausgleichsmodul (212), das ein von Zylindern (110) des Motors (102) erzeugtes Drehmoment auf der Grundlage des Motordrehzahlsignals ausgleicht, wenn der Leerlaufmodus des Motors (102) aktiviert ist; und ein Leerlaufdrehzahl-Reduktionsmodul (218), das eine Leerlaufdrehzahlverringerung auf der Grundlage der tatsächlichen von den Zylindern (110) erzeugten Drehmomente ermittelt, nachdem das Ausgleichsmodul (212) das Drehmoment ausgeglichen hat, und das die Leerlauf-Solldrehzahl auf der Grundlage der Leerlaufdrehzahlverringerung verringert.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Verbrennungsmotoren und insbesondere Motorsteuersysteme zum Ausgleichen der Motorzylinder bei niedrigen Motorleerlaufdrehzahlen.
HINTERGRUND
Durch einen Ansaugkrümmer wird Luft in einen Motor eingesaugt. Ein Drosselventil steuert eine Luftströmung in den Motor hinein. Die Luft vermischt sich mit Kraftstoff, der durch ein oder mehrere Kraftstoffeinspritzventile bereitgestellt wird, um ein Luft/Kraftstoff-Gemisch auszubilden. Das Luft/Kraftstoff-Gemisch wird in einem oder mehreren Zylindern des Motors verbrannt. Bei Dieselmotorsystemen wird eine Verbrennung durch das Einspritzen des Kraftstoffs in die Zylinder eingeleitet. Insbesondere zündet Wärme, die durch eine Verdichtung bereitgestellt wird, den eingespritzten Kraftstoff.
Die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches erzeugt ein Antriebsdrehmoment. Insbesondere wird ein Antriebsdrehmoment durch eine Wärmefreisetzung und eine Ausdehnung erzeugt, die während der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in den Zylindern auftritt. Durch eine Kurbelwelle des Motors wird Drehmoment über einen (nicht gezeigten) Endantrieb an ein oder mehrere Räder zum Vorantreiben eines Fahrzeugs übertragen. Abgas wird aus den Zylindern an ein Abgassystem ausgestoßen.
Ein Motorsteuermodul (ECM) steuert die Drehmomentausgabe des Motors auf der Grundlage eines Solldrehmoments. Das Solldrehmoment kann auf Fahrereingaben beruhen, wie etwa einer Gaspedalposition, einer Bremspedalposition, Eingaben einer Geschwindigkeitsregelung und/oder anderen geeigneten Fahrereingaben. Das Solldrehmoment kann auch auf einem Drehmoment beruhen, das von anderen Fahrzeugsystemen angefordert wird, etwa einem Getriebesteuersystem, einem Hybridsteuersystem und/oder einem Fahrwerkssteuersystem. Das ECM steuert die Drehmomentausgabe des Motors, indem es verschiedene Motorbetriebsparameter steuert, wie etwa die Luftströmung in den Motor hinein und die Kraftstoffeinspritzung.
Die Druckschrift DE 10 2006 044 771 A1 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung eines Fehlers einer Einspritzmenge eines mit einer Ansteuerdauer angesteuerten Einspritzstellglieds eines Verbrennungsmotors, bei dem unter Verwendung eines Drehwinkelsensors sowohl eine mittlere Drehzahl des Verbrennungsmotors als auch Abweichungen bei den einzelnen Zylindern des Motors von der mittleren Drehzahl ermittelt werden. Diese Werte entsprechen einem mittleren Drehmoment sowie zylinderindividuellen Abweichungen von dem mittleren Drehmoment, und sie werden als Eingangsgrößen einer Mengenausgleichsregelung für die Kraftstoffeinspritzung genutzt. Während einer Leerlaufregelung werden daraus folgende Korrekturen der Kraftstoffmengen ermittelt.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Offenbarung verwendet einen Kurbelwellensensor, um zu ermitteln, wann bei niedrigen Leerlaufdrehzahlen eine Unwucht im Motor auftritt, und justiert das Drehmoment, um die Unwucht zu verringern.
Bei einem Aspekt der Offenbarung umfasst ein Verfahren zum Betreiben eines Motors, dass ein Motordrehzahlsignal erzeugt wird, dass eine Motordrehzahl auf der Grundlage einer Leerlauf-Solldrehzahl geregelt wird, wenn ein Leerlaufmodus des Motors aktiviert ist, dass ein von Zylindern eines Motors erzeugtes Drehmoment auf der Grundlage des Motordrehzahlsignals ausgeglichen wird, wenn der Leerlaufmodus des Motors aktiviert ist, dass eine Verringerung der Leerlaufdrehzahl auf der Grundlage der tatsächlichen Drehmomente, die von den Zylindern nach dem Ausgleichen des Drehmoments erzeugt werden, ermittelt wird, und dass die Leerlauf-Solldrehzahl auf der Grundlage der Verringerung der Leerlaufdrehzahl verringert wird.
Bei einem weiteren Aspekt der Offenbarung umfasst ein Steuermodul zum Steuern der Leerlaufdrehzahl eines Motors ein Motordrehzahlmodul, das ein Motordrehzahlsignal erzeugt. Das Steuersystem umfasst auch ein Stellgliedsteuermodul, das eine Motordrehzahl auf der Grundlage einer Leerlauf-Solldrehzahl regelt, wenn ein Leerlaufmodus des Motors aktiviert ist, und ein Ausgleichsmodul, das ein von Zylindern eines Motors erzeugtes Drehmoment auf der Grundlage des Motordrehzahlsignals ausgleicht, wenn der Leerlaufmodus des Motors aktiviert ist. Das Steuermodul umfasst auch ein Leerlaufdrehzahl-Reduktionsmodul, das eine Leerlaufdrehzahlverringerung auf der Grundlage der tatsächlichen Drehmomente ermittelt, die von den Zylindern erzeugt werden, nachdem das Ausgleichsmodul das Drehmoment ausgeglichen hat, und das die Leerlauf-Solldrehzahl auf der Grundlage der Leerlaufdrehzahlverringerung verringert.
Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Offenbarung ergeben sich aus der hier nachstehend bereitgestellten genauen Beschreibung. Es versteht sich, dass die genaue Beschreibung und spezielle Beispiele nur zur Veranschaulichung gedacht sind und den Schutzumfang der Offenbarung nicht einschränken sollen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Offenbarung wird anhand der genauen Beschreibung und der beiliegenden Zeichnungen vollständiger verstanden werden, in denen:
1 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Dieselmotorsystems gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ist;
2 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Leerlaufsteuermoduls gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ist; und
3 ein Flussdiagramm ist, das ein beispielhaftes Verfahren gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung darstellt.
GENAUE BESCHREIBUNG
Bei der Verwendung hierin bezeichnet der Begriff ”Modul” eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert, oder Gruppe) und einen Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
Ein Verbrennungsmotor vom Dieseltyp verbrennt ein Gemisch aus Luft und Dieselkraftstoff, um ein Antriebsdrehmoment zu erzeugen. Während sich der Motor im Leerlauf befindet, steuert ein Motorsteuermodul (ECM) ein Drehmoment, das von dem Motor ausgegeben wird, um die Motordrehzahl bei in etwa einer Leerlauf-Solldrehzahl zu halten. Die Leerlauf-Solldrehzahl kann zu Beginn auf eine vorbestimmte Leerlaufdrehzahl eingestellt sein.
Ein ECM gemäß der vorliegenden Offenbarung ermittelt ein tatsächliches Drehmoment, das von jedem Zylinder des Motors erzeugt wird, und justiert die an jeden Zylinder gelieferte Kraftstoffmenge, um die Drehmomenterzeugung über die Zylinder hinweg auszugleichen. Nach dem Ausgleichen der Drehmomenterzeugung ermittelt das ECM ein von jedem Zylinder tatsächlich erzeugtes Drehmoment, und es ermittelt eine Standardabweichung der tatsächlichen Drehmomente. Das ECM bestimmt eine Leerlaufdrehzahlverringerung auf der Grundlage der Standardabweichung und verringert die Leerlauf-Solldrehzahl auf der Grundlage der Leerlaufdrehzahlverringerung.
Mit Bezug nun auf 1 ist ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Dieselmotorsystems 100 dargestellt. Das Dieselmotorsystem 100 enthält einen Motor 102, der ein Gemisch aus Luft und Dieselkraftstoff verbrennt, um ein Antriebsdrehmoment zu erzeugen. Es können auch ein oder mehrere Motoren/Generatoren (nicht gezeigt) implementiert sein, die selektiv ein Antriebsdrehmoment erzeugen. Durch ein Drosselventil 106 wird Luft in einen Ansaugkrümmer 104 eingesaugt. Ein Drosselstellgliedmodul 108 steuert eine Öffnung des Drosselventils 106 und dadurch eine Luftströmung in den Motor 102 hinein. Das Drosselstellgliedmodul 108 kann beispielsweise einen elektronischen Drosselcontroller (ETC) umfassen.
Luft aus dem Ansaugkrümmer 104 wird in Zylinder des Motors 102 eingesaugt. Obwohl der Motor 102 mehrere Zylinder enthält, ist rein zur Veranschaulichung nur ein einziger repräsentativer Zylinder 110 gezeigt. Nur als Beispiel kann der Motor 102 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 und/oder 12 Zylinder enthalten. Luft aus dem Ansaugkrümmer 104 wird durch ein zugehöriges Einlassventil 112 in den Zylinder 110 eingesaugt. Das Absenken eines Kolbens (nicht gezeigt) im Zylinder 110 saugt Luft in den Zylinder 110 ein.
Nachdem der Kolben seine tiefste bzw. unterste Position erreicht hat, die als unterer Totpunkt (UT) bezeichnet wird, steigt der Kolben an und verdichtet die Luft im Zylinder 110. Die Verdichtung der Luft im Zylinder 110 erzeugt Wärme. Bei einigen Motorsystemen wird Kraftstoff in den Zylinder 110 eingespritzt, wenn Luft in den Zylinder 110 hineingesaugt wird und/oder während der Verdichtung.
Ein Motorsteuermodul (ECM) 130 steuert die Menge (z. B. die Masse) des Kraftstoffs, der von einen Kraftstoffeinspritzventil 114 eingespritzt wird. Insbesondere steuert ein Kraftstoffstellgliedmodul 116 ein Öffnen des Kraftstoffeinspritzventils 114 auf der Grundlage von Signalen vom ECM 130. Nur als Beispiel kann das Kraftstoffstellgliedmodul 116 die Zeitspanne steuern, in der das Kraftstoffeinspritzventil 114 in einer vollständig geöffneten Position gehalten wird, welche als eine Einspritzimpulsbreite bezeichnet wird.
Das Kraftstoffeinspritzventil 114 kann Kraftstoff direkt in den Zylinder 110 einspritzen, wie in 1 gezeigt ist. Bei anderen Implementierungen kann das Kraftstoffeinspritzventil 114 Kraftstoff an einer zentralen Stelle in den Ansaugkrümmer 104 einspritzen oder es kann Kraftstoff in den Ansaugkrümmer 104 an mehreren Stellen einspritzen, etwa in der Nähe des Einlassventils jedes Zylinders.
Das ECM 130 steuert auch den Zeitpunkt des Einleitens der Verbrennung. Bei dem Dieselmotorsystem 100 steuert das ECM 130 den Zeitpunkt des Einleitens der Verbrennung, in dem es steuert, wann Kraftstoff in den Zylinder 110 eingespritzt wird. Die durch die Verdichtung erzeugte Wärme leitet die Verbrennung ein, wenn der Kraftstoff in den Zylinder 110 eingespritzt wird. Der Zeitpunkt, an dem Kraftstoff an den Zylinder 110 geliefert wird, kann beispielsweise relativ zu der OT-Position oder der UT-Position angegeben sein.
Die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches treibt den Kolben nach unten und der Kolben treibt eine Kurbelwelle 118 drehend an. Der Kolben treibt die Kurbelwelle 118 nach unten, bis der Kolben die UT-Position erreicht. Dann beginnt der Kolben wieder mit einer Aufwärtsbewegung und stößt die Verbrennungsnebenprodukte durch ein zugehöriges Auslassventil 120 aus. Die Verbrennungsnebenprodukte werden aus dem Fahrzeug über ein Abgassystem 122 ausgestoßen.
Vom Standpunkt eines der Zylinder aus umfasst ein Motorzyklus zwei Umdrehungen der Kurbelwelle 118 (d. h. 720° an Kurbelwellendrehung). Ein Motorzyklus für einen Zylinder kann mit Hilfe von vier Phasen beschrieben werden: eine Ansaugphase; eine Verdichtungsphase; eine Verbrennungsphase; und eine Ausstoßphase. Nur als Beispiel wird der Kolben während der Ansaugphase bis zur UT-Position abgesenkt und Luft wird in den Zylinder 110 eingesaugt. Während der Verdichtungsphase steigt der Kolben bis zur OT-Position an und verdichtet den Inhalt (z. B. Luft oder Luft und Kraftstoff) des Zylinders 110. Während der Verbrennungsphase wird Kraftstoff in den Zylinder 110 geliefert und verbrannt, und die Verbrennung treibt den Kolben zur UT-Position. Während der Ausstoßphase steigt der Kolben nach oben zum OT, um das resultierende Abgas aus dem Zylinder 110 auszustoßen.
Das Einlassventil 112 wird von einer Einlassnockenwelle 124 gesteuert und das Auslassventil 120 wird von einer Auslassnockenwelle 126 gesteuert. Bei anderen Implementierungen können mehrere Einlassnockenwellen mehrere Einlassventile pro Zylinder steuern und/oder sie können die Einlassventile mehrerer Zylinderbänke steuern. Auf ähnliche Weise können mehrere Auslassnockenwellen mehrere Auslassventile pro Zylinder steuern und/oder sie können Auslassventile für mehrere Zylinderbänke steuern.
Ein Einlassnockenphasensteller 128 steuert die Einlassnockenwelle 124 und er steuert dadurch ein Öffnen des Einlassventils 112 (z. B. Hub, Zeitpunkt und Dauer). Auf ähnliche Weise steuert ein Auslassnockenphasensteller 129 die Auslassnockenwelle 126 und er steuert dadurch ein Öffnen des Auslassventils 120 (z. B. Hub, Zeitpunkt und Dauer). Der Zeitpunkt des Öffnens der Einlass- und Auslassventile 112, 120 kann beispielsweise relativ zur OT-Position oder zur UT-Position angegeben sein. Ein Phasensteller-Stellgliedmodul 132 steuert den Einlassnockenphasensteller 128 und den Auslassnockenphasensteller 129 auf der Grundlage von Signalen vom ECM 130.
Das Dieselmotorsystem 100 kann auch eine Verstärkungseinrichtung enthalten, das druckbeaufschlagte Luft an den Ansaugkrümmer 104 liefert. Nur als Beispiel enthält das Dieselmotorsystem 100 einen Turbolader 134. Der Turbolader 134 wird durch Abgase betrieben, die durch das Abgassystem 122 strömen, und liefert eine Ladung verdichteter Luft an den Ansaugkrümmer 104. Der Turbolader 134 kann einen Turbo mit variabler Geometrie (VGT) oder einen anderen geeigneten Turboladertyp umfassen. Andere Motorsysteme können auch mehr als einen Turbolader oder eine Verstärkungseinrichtung umfassen.
Ein Ladedruckregelventil 136 ermöglicht, dass Abgas selektiv den Turbolader 134 umgeht, wodurch die Ausgabe des Turboladers (oder die Verstärkung) verringert wird. Ein Verstärkungsstellgliedmodul 138 steuert die Verstärkung des Turboladers 134 auf der Grundlage von Signalen vom ECM 130. Das Verstärkungsstellgliedmodul 138 kann die Verstärkung des Turboladers 134 modulieren, indem es beispielsweise die Position des Ladedruckregelventils 136 oder des Turboladers 134 selbst (z. B. eine Leitschaufelposition) steuert.
Ein (nicht gezeigter) Zwischenkühler kann implementiert sein, um einen Teil der Wärme der verdichteten Luftladung zu dissipieren. Diese Wärme kann erzeugt werden, wenn die Luft verdichtet wird. Eine andere Quelle der Wärme ist das Abgassystem 122. Andere Motorsysteme können einen Superlader enthalten, der verdichtete Luft an den Ansaugkrümmer 104 liefert und durch die Kurbelwelle 118 angetrieben wird.
Das Dieselmotorsystem 100 kann auch ein Abgasrückführungsventil (AGR-Ventil) 140 enthalten, welches Abgas selektiv zurück an den Ansaugkrümmer 104 leitet. Obwohl das AGR-Ventil 140 in 1 so gezeigt ist, dass es oberstromig des Turboladers 134 angeordnet ist, kann das AGR-Ventil 140 auch unterstromig des Turboladers 134 angeordnet sein. Außerdem kann ein AGR-Kühler (nicht gezeigt) implementiert sein, um das zurückgeleitete Abgas zu kühlen, bevor das Abgas an den Ansaugkrümmer 104 geliefert wird. Ein AGR-Stellgliedmodul 142 steuert das Öffnen des AGR-Ventils 140 auf der Grundlage von Signalen vom ECM 130. Das Öffnen des AGR kann variiert werden, um ein oder mehrere Verbrennungsparameter zu justieren und/oder um die Verstärkung des Turboladers 134 zu justieren.
Das ECM 130 regelt die Drehmomentausgabe des Motors 102 auf der Grundalge von Fahrereingaben und anderen Eingaben. Die Fahrereingaben können beispielsweise eine Gaspedalposition, eine Bremspedalposition, Eingaben einer Geschwindigkeitsregelung und/oder andere geeignete Fahrereingaben umfassen. Ein Fahrereingabemodul 144 liefert die Fahrereingaben an das ECM 130. Die anderen Eingaben können beispielsweise Eingaben von verschiedenen Sensoren und/oder Eingaben von Fahrzeugsteuermodulen (nicht gezeigt) umfassen, wie etwa einem Getriebesteuermodul, einem Hybridsteuermodul und einem Fahrwerkssteuermodul.
Das ECM 130 empfängt ein Kurbelwellenpositionssignal von einem Kurbelwellensensor 146. Der Kurbelwellensensor 146 erfasst die Position der Kurbelwelle 118 und gibt entsprechend das Kurbelwellenpositionssignal aus. Nur als Beispiel kann der Kurbelwellensensor 146 einen Sensor mit variabler Reluktanz (VR-Sensor) oder einen anderen geeigneten Typ von Kurbelwellensensor umfassen.
Das Kurbelwellenpositionssignal kann eine Impulsfolge enthalten. Jeder Impuls der Impulsfolge kann erzeugt werden, wenn ein Zahn eines (nicht gezeigten) Rads mit N Zähnen, das sich mit der Kurbelwelle 118 dreht, am VR-Sensor vorbeiläuft. Entsprechend entspricht jeder Impuls einer Winkeldrehung der Kurbelwelle 118 um einen Betrag, der gleich 360° dividiert durch N Zähne ist. Das Rad mit N Zähnen kann auch eine Lücke aus einem oder mehreren fehlenden Zähnen enthalten und die Lücke kann als Anzeige einer vollständigen Umdrehung der Kurbelwelle 118 verwendet werden.
Das Dieselmotorsystem 100 enthält ein Leerlaufsteuermodul 170 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung. Obwohl das Leerlaufsteuermodul 170 so gezeigt ist, dass es innerhalb des ECM 130 angeordnet ist, kann das Leerlaufsteuermodul 170 an einer anderen geeigneten Stelle angeordnet sein, wie etwa außerhalb des ECM 130.
Wenn sich das ECM 130 in einem Leerlaufmodus befindet, regelt das Leerlaufsteuermodul 170 die Motordrehmomentausgabe, um die Motordrehzahl bei einer Leerlauf-Solldrehzahl zu halten. Nur als Beispiel kann die Leerlauf-Solldrehzahl zu Beginn auf eine vorbestimmte Leerlaufdrehzahl (z. B. 700–1200 U/min) eingestellt sein. Das Leerlaufsteuermodul 170 liefert Sollkraftstoffmengen an die Zylinder des Motors 102, um die Leerlauf-Solldrehzahl zu erreichen, und es ermittelt das tatsächliche Drehmoment, das von jedem Zylinder erzeugt wird.
Das Leerlaufsteuermodul 170 ermittelt das von jedem Zylinder tatsächlich erzeugte Drehmoment auf der Grundlage des Kurbelwellensignals. Insbesondere können die Frequenzinhalte im Kurbelwellensignal verwendet werden. Das Kurbelwellenpositions/Drehzahlsignal von einem Kurbelwellensensor kann verwendet werden.
Das Leerlaufsteuermodul 170 führt eine Unwuchtanalyse der tatsächlichen Drehmomente durch und bestimmt einen Kraftstoffausgleichsfaktor für jeden Zylinder auf der Grundlage der jeweiligen Drehmomentunwucht jedes Zylinders (d. h. der Abweichung von einem mittleren Drehmoment). Die jeweiligen Kraftstoffausgleichsfaktoren werden angewendet, um die an die Zylinder während später auftretender Verbrennungsereignisse gelieferte Kraftstoffmenge zu justieren. Die Kraftstoffausgleichsfaktoren gleichen die von den Zylindern tatsächlich erzeugten Drehmomente aus und minimieren eine wahrnehmbare Vibration.
Sobald das Drehmoment über die Zylinder ausgeglichen ist (d. h. nachdem die Kraftstoffausgleichsfaktoren angewendet wurden), überwacht das Leerlaufsteuermodul 170 das tatsächliche Drehmoment jedes Zylinders und führt eine statistische Analyse auf der Grundlage der tatsächlichen Drehmomente durch. Nur als Beispiel kann das Leerlaufsteuermodul 170 die Standardabweichung der tatsächlichen Drehmomente von einem mittleren Drehmoment ermitteln. Das Leerlaufsteuermodul 170 bestimmt eine Leerlaufdrehzahlverringerung auf der Grundlage des Ergebnisses der statistischen Analyse (z. B. der Standardabweichung). Das Leerlaufsteuermodul 170 verringert dann die Leerlauf-Solldrehzahl um den Betrag der Leerlaufdrehzahlverringerung.
Mit Bezug nun auf 2 ist ein Funktionsblockdiagramm einer beispielhaften Implementierung des Leerlaufsteuermoduls 170 dargestellt. Das Leerlaufsteuermodul 170 enthält ein Motordrehzahlmodul 202, ein Kurbelwellenfrequenz-Ermittlungsmodul 203, ein Stellgliedsteuermodul 204, ein Drehmomentermittlungsmodul 206 und ein Speichermodul 208. Das Leerlaufsteuermodul 170 enthält auch ein Unwuchtermittlungsmodul 210 und ein Ausgleichsmodul 212. Außerdem enthält das Leerlaufsteuermodul 170 ein Aktivierungs-/Deaktivierungs-Modul 214, ein Abweichungsanalysemodul 216 und ein Leerlaufdrehzahl-Reduktionsmodul 218.
Das Motordrehzahlmodul 202 ermittelt die Drehzahl des Motors 102 (d. h. die Motordrehzahl) in Umdrehungen pro Minute (U/min). Bei einer Implementierung ermittelt das Motordrehzahlmodul 202 die Motordrehzahl auf der Grundlage des Kurbelwellensignals, das von dem Kurbelwellensensor 146 geliefert wird, und/oder eines anderen geeigneten Maßes der Motordrehzahl. Nur als Beispiel kann das Motordrehzahlmodul 202 die Motordrehzahl auf der Grundlage der Zeitspanne zwischen den Impulsen der Impulsfolge, die vom Kurbelwellensensor 146 ausgegeben wird, ermitteln.
Das Kurbelwellenfrequenz-Ermittlungsmodul 203 empfängt das Signal des Motordrehzahlmoduls. Das Kurbelwellenfrequenz-Ermittlungsmodul 203 kann Frequenzkomponenten des Kurbelwellendrehzahlsensors ermitteln. Die Frequenzen können unter Verwendung schneller. Fourier-Transformationen (FFT) oder einer anderen Spektralanalyse ermittelt werden. Durch die Analyse des Spektrums des Kurbelwellendrehzahlsensors kann das Drehmomentermittlungsmodul 206 das Drehmoment der einzelnen Zylinder des Motors ermitteln.
Das Stellgliedsteuermodul 204 steuert Motorstellglieder (und damit die Drehmomentproduktion), um die Motordrehzahl bei in etwa der Leerlauf-Solldrehzahl zu halten, wenn sich das ECM 130 in einem Leerlaufmodus befindet. Das ECM 130 kann sich im Leerlaufmodus befinden, wenn sich beispielsweise das Gaspedal in einer vorbestimmten stationären Position befindet, in der das Gaspedal ruht, wenn es nicht von einem Fahrer betätigt wird.
Das Stellgliedsteuermodul 204 kann ein Solldrehmoment ermitteln, um die Motordrehzahl bei in etwa der Leerlauf-Solldrehzahl zu halten, wenn sich das ECM 130 im Leerlaufmodus befindet. Das Stellgliedsteuermodul 204 ermittelt eine Sollkraftstoffmenge für jeden Zylinder des Motors 102 auf der Grundlage des Solldrehmoments und liefert die Sollkraftstoffmenge an die Zylinder des Motors 102. Die Sollkraftstoffmengen können von Zylinder zu Zylinder variieren.
Das Drehmomentermittlungsmodul 206 ermittelt das über die Verbrennung des Kraftstoffs, der an den Zylinder 110 geliefert wird, tatsächlich erzeugte Drehmoment auf der Grundlage der Frequenzinhalte im Kurbelwellensignal. Das Drehmomentermittlungsmodul 206 ermittelt das tatsächlich erzeugte Drehmoment für jeden Zylinder des Motors auf der Grundlage von Frequenzinhalten im Kurbelwellensignal. Die Frequenzen können so analysiert werden, dass jeder Zylinder individuell analysiert wird. Aus dem Zeitverlauf des Kurbelwellensignals ist das Zünden jedes Zylinders bekannt. Das Drehmomentermittlungsmodul 206 speichert die von jedem Zylinder tatsächlich erzeugten Drehmomente beispielsweise im Speichermodul 208.
Das Unwuchtermittlungsmodul 210 greift auf die gespeicherten tatsächlichen Drehmomente zu und führt auf der Grundlage der tatsächlichen Drehmomente eine Unwuchtanalyse durch. Das Unwuchtermittlungsmodul 210 kann die Unwuchtanalyse durchführen, nachdem jeder Zylinder einen oder mehrere Motorzyklen abgeschlossen hat. Das Unwuchtermittlungsmodul 210 ermittelt ein mittleres Drehmoment auf der Grundlage eines Durchschnitts der tatsächlichen Drehmomente.
Das Unwuchtermittlungsmodul 210 ermittelt einen Drehmomentunwuchtwert für jeden Zylinder auf der Grundlage einer Differenz zwischen dem mittleren Drehmoment und den jeweiligen tatsächlichen Drehmomenten. Nur als Beispiel ermittelt das Unwuchtermittlungsmodul 210 den Drehmomentunwuchtwert für den Zylinder 110 auf der Grundlage der Differenz zwischen dem mittleren Drehmoment und dem vom Zylinder 110 tatsächlich erzeugten Drehmoment.
Das Ausgleichsmodul 212 ermittelt einen Kraftstoffausgleichsfaktor für jeden Zylinder auf der Grundlage der jeweiligen Drehmomentunwuchtwerte. Nur als Beispiel ermittelt das Ausgleichsmodul 112 einen Kraftstoffausgleichsfaktor für den Zylinder 110 auf der Grundlage des Drehmomentunwuchtwerts, der für den Zylinder 110 ermittelt wurde. Die Kraftstoffausgleichsfaktoren entsprechen Justierungen an den an die jeweiligen Zylinder gelieferten Kraftstoffmengen, die notwendig sind, um die tatsächliche Drehmomentausgabe der jeweiligen Zylinder auf in etwa das mittlere Drehmoment zu justieren.
Das Stellgliedsteuermodul 204 empfängt die Kraftstoffausgleichsfaktoren und justiert die an die Zylinder während späterer Verbrennungsereignisse gelieferte Kraftstoffmenge auf der Grundlage der jeweiligen Kraftstoffausgleichsfaktoren. Mit anderen Worten justiert das Stellgliedsteuermodul 204 die an die Zylinder während späterer Motorzyklen gelieferte Kraftstoffmenge auf der Grundlage der jeweiligen Kraftstoffausgleichsfaktoren. Auf diese Weise gleicht das Leerlaufsteuermodul 170 die von den Zylindern tatsächlich erzeugten Drehmomente aus, um eine wahrnehmbare Vibration zu minimieren, während der Motor 102 im Leerlauf läuft.
Das Aktivierungs/Deaktivierungsmodul 214 aktiviert und deaktiviert selektiv das Abweichungsanalysemodul 216 auf der Grundlage dessen, ob der Kraftstoffausgleich angewendet worden ist, während sich das ECM 130 im Leerlaufmodus befindet. Nur als Beispiel kann das Aktivierungs/Deaktivierungsmodul 214 das Abweichungsanalysemodul 216 aktivieren, wenn der Kraftstoffausgleich angewendet wurde und sich das ECM 130 im Leerlaufmodus befindet. Anders ausgedrückt kann das Aktivierungs/Deaktivierungsmodul 214 das Abweichungsanalysemodul 216 deaktivieren, wenn der Kraftstoffausgleich nicht angewendet wurde oder wenn sich das ECM 130 nicht im Leerlaufmodus befindet.
Das Aktivierungs/Deaktivierungsmodul 214 kann ermitteln, dass sich das ECM 130 im Leerlaufmodus befindet, wenn sich beispielsweise das Gaspedal in der vorbestimmten stationären Position befindet und die Motordrehzahl in etwa gleich der vorbestimmten Leerlaufdrehzahl ist. Das Aktivierungs/Deaktivierungsmodul 214 kann beispielsweise ermitteln, dass der Kraftstoffausgleich angewendet wurde, wenn die Kraftstoffausgleichsfaktoren an das Stellgliedsteuermodul 204 geliefert wurden und/oder wenn sich einer oder mehrere der Kraftstoffausgleichsfaktoren von vorbestimmten anfänglichen Ausgleichsfaktoren unterscheiden.
Das Drehmomentermittlungsmodul 206 fährt mit dem Ermitteln und Speichern der tatsächlichen Drehmomente, die von jedem Zylinder erzeugt werden, fort, nachdem der Kraftstoffausgleich angewendet wurde. Das Abweichungsanalysemodul 216 greift auf die tatsächlichen Drehmomente zu, die nach dem Kraftstoffausgleich ermittelt wurden, und führt eine statistische Analyse auf der Grundlage der tatsächlichen Drehmomente durch. Das Abweichungsanalysemodul 216 kann die statistische Analyse durchführen, sobald jeder Zylinder einen oder mehrere Motorzyklen abgeschlossen hat.
Nur als Beispiel kann die von dem Abweichungsanalysemodul 216 durchgeführte statistische Analyse eine Standardabweichungsanalyse umfassen. Mit anderen Worten kann das Abweichungsanalysemodul 216 die Standardabweichung der tatsächlichen Drehmomente von einem mittleren Drehmoment ermitteln. Das Abweichungsanalysemodul 216 ermittelt das mittlere Drehmoment auf der Grundlage eines Durchschnitts der tatsächlichen Drehmomente, die nach dem Kraftstoffausgleich ermittelt wurden.
Das Leerlaufdrehzahl-Reduktionsmodul 218 ermittelt einen Leerlaufdrehzahlverringerungswert auf der Grundlage der Standardabweichung der tatsächlichen Drehmomente. Nur als Beispiel kann das Leerlaufdrehzahl-Reduktionsmodul 218 den Leerlaufdrehzahlverringerungswert auf der Grundlage einer Zuordnung von Leerlaufdrehzahlverringerungen, die durch die Standardabweichung indiziert sind, ermitteln. Der Leerlaufdrehzahlverringerungswert kann einer Drehzahl entsprechen, um welche die Leerlauf-Solldrehzahl verringert werden kann, während tolerierbare Vibrationsniveaus beibehalten werden. Nur als Beispiel können die Leerlaufdrehzahlverringerungswerte zunehmen, wenn sich die Standardabweichung Null nähert. Bei einer anderen Implementierung kann das Leerlaufdrehzahl-Reduktionsmodul 218 eine verringerte Leerlauf-Solldrehzahl auf der Grundlage der Standardabweichung ermitteln und die Leerlauf-Solldrehzahl auf die verringerte Leerlauf-Solldrehzahl aktualisieren. Bei Standardabweichungen, die größer als ein vorbestimmter Wert sind (z. B. 0,10–0,15 oder 10–15%), kann das Leerlaufdrehzahl-Reduktionsmodul 218 die Leerlauf-Solldrehzahl erhöhen. Das Leerlaufdrehzahl-Reduktionsmodul 218 kann die Leerlaufdrehzahlverringerungs- oder Leerlaufdrehzahlerhöhungswerte begrenzen, um beispielsweise ein Stehenbleiben des Motors oder übermäßige Geräusche zu verhindern.
Das Leerlaufdrehzahl-Reduktionsmodul 218 liefert den Leerlaufdrehzahlverringerungswert an das Stellgliedsteuermodul 204. Das Stellgliedsteuermodul 204 verringert die Leerlauf-Solldrehzahl auf der Grundlage des Leerlaufdrehzahlverringerungswerts. Nur als Beispiel kann das Leerlaufdrehzahl-Reduktionsmodul 218 die Leerlauf-Solldrehzahl um den Leerlaufdrehzahlverringerungswert verringern. Das Stellgliedsteuermodul 204 steuert dann die Motorstellglieder (z. B. die gelieferte Kraftstoffmenge) auf der Grundlage der verringerten Leerlauf-Solldrehzahl.
Mit Bezug nun auf 3 ist ein Flussdiagramm dargestellt, das ein beispielhaftes Verfahren 300 veranschaulicht. Bei Schritt 302 wird ermittelt, ob sich der Motor 102 im Leerlauf befindet. Wenn sich der Motor im Leerlauf befindet, wird Schritt 304 ausgeführt. Wenn sich der Motor nicht im Leerlauf befindet, wird Schritt 302 erneut ausgeführt. Bei Schritt 304 wird das Solldrehmoment ermittelt. Das Solldrehmoment entspricht einem zu erzeugenden Drehmomentbetrag, der notwendig ist, um die Motordrehzahl bei der Leerlauf-Solldrehzahl zu halten. Die Leerlauf-Solldrehzahl kann zu Beginn auf die vorbestimmte Leerlaufdrehzahl eingestellt werden.
Bei Schritt 306 wird die zu liefernde Sollkraftstoffmenge ermittelt. Bei Schritt 306 wird eine Sollkraftstoffmenge für jeden Zylinder des Motors 102 ermittelt. Die Sollkraftstoffmengen werden auf der Grundlage des Solldrehmoments ermittelt. Die Frequenzinhalte des Kurbelwellendrehzahlsignals werden bei Schritt 308 ermittelt.
Das von jedem Zylinder erzeugte tatsächliche Drehmoment wird bei Schritt 310 ermittelt. Das von jedem Zylinder tatsächlich erzeugte Drehmoment wird auf der Grundlage der Frequenzinhalte im Kurbelwellensignal während der Verbrennungsereignisse der jeweiligen Zylinder ermittelt. Bei Schritt 312 wird das mittlere Drehmoment ermittelt. Das mittlere Drehmoment beruht auf dem Durchschnitt der tatsächlichen Drehmomente.
Der Drehmomentunwuchtwert für jeden Zylinder wird bei Schritt 314 ermittelt. Nur als Beispiel kann der Drehmomentunwuchtwert für einen der Zylinder auf der Grundlage der Differenz zwischen dem mittleren Drehmoment und dem von diesem Zylinder tatsächlich erzeugten Drehmoment verwendet werden. Der Kraftstoffausgleichsfaktor für jeden Zylinder wird bei Schritt 316 ermittelt. Der Kraftstoffausgleichsfaktor für einen Zylinder kann auf der Grundlage des Drehmomentunwuchtwerts für diesen Zylinder erzeugt werden.
Bei Schritt 318 werden die Kraftstoffausgleichsfaktoren angewendet. Insbesondere können Justierungen der an jeden Zylinder während späterer Verbrennungsereignisse (d. h. Motorzyklen) gelieferten Kraftstoffmengen auf der Grundlage der jeweiligen Kraftstoffausgleichsfaktoren durchgeführt werden. Bei Schritt 320 werden die Frequenzinhalte der Kurbelwellensignale, die mit jedem Zylinder verbunden sind, überwacht.
Das von jedem Zylinder tatsächlich erzeugte Drehmoment wird bei Schritt 322 ermittelt. Das von jedem Zylinder tatsächlich erzeugte Drehmoment kann auf der Grundlage der Frequenzinhalte im Kurbelwellensignal während der Verbrennungsereignisse der jeweiligen Zylinder überwacht werden. Bei Schritt 324 wird die Standardabweichung der tatsächlichen Drehmomente ermittelt.
Bei Schritt 326 wird der Leerlaufdrehzahlverringerungswert auf der Grundlage der Standardabweichung ermittelt. Bei einer anderen Implementierung kann das Verfahren bei Schritt 326 eine verringerte Leerlauf-Solldrehzahl ermitteln. Bei Schritt 328 kann die Leerlauf-Solldrehzahl auf der Grundlage des Leerlaufdrehzahlverringerungswerts verringert werden. Bei Implementierungen, bei denen die verringerte Leerlauf-Solldrehzahl ermittelt wird, kann die Leerlauf-Solldrehzahl auf die verringerte Leerlauf-Solldrehzahl aktualisiert werden. Nach Schritt 328 wird Schritt 304 ausgeführt.

Claims

Leerlaufsteuersystem für ein Fahrzeug, umfassend: ein Motordrehzahlmodul (202), das ein Motordrehzahlsignal erzeugt; ein Stellgliedsteuermodul (204), das eine Motordrehzahl auf der Grundlage einer Leerlauf-Solldrehzahl regelt, wenn ein Leerlaufmodus eines Motors (102) aktiviert ist; ein Ausgleichsmodul (212), das ein von Zylindern (110) des Motors (102) erzeugtes Drehmoment auf der Grundlage des Motordrehzahlsignals ausgleicht, wenn der Leerlaufmodus des Motors (102) aktiviert ist; und ein Leerlaufdrehzahl-Reduktionsmodul (218), das eine Leerlaufdrehzahlverringerung auf der Grundlage der tatsächlichen von den Zylindern (110) erzeugten Drehmomente ermittelt, nachdem das Ausgleichsmodul (212) das Drehmoment ausgeglichen hat, und das die Leerlauf-Solldrehzahl auf der Grundlage der Leerlaufdrehzahlverringerung verringert.
Leerlaufsteuersystem nach Anspruch 1, wobei das Leerlaufdrehzahl-Reduktionsmodul (218) eine zweite Leerlauf-Solldrehzahl auf der Grundlage einer Standardabweichung ermittelt und die Leerlauf-Solldrehzahl auf die zweite Leerlauf-Solldrehzahl aktualisiert und wobei die zweite Leerlauf-Solldrehzahl kleiner als die Leerlauf-Solldrehzahl ist.
Leerlaufsteuersystem nach Anspruch 1, wobei das Leerlaufdrehzahl-Reduktionsmodul (218) die Leerlaufdrehzahlverringerung von der Leerlauf-Solldrehzahl subtrahiert.
Leerlaufsteuersystem nach Anspruch 1, wobei das Ausgleichsmodul (212) Kraftstoffausgleichsfaktoren auf der Grundlage von Drehmomentunwuchten jedes jeweiligen Zylinders (110) ermittelt und eine an jeden Zylinder (110) gelieferte Kraftstoffmenge auf der Grundlage der jeweiligen Kraftstoffausgleichsfaktoren justiert.
Leerlaufsteuersystem nach Anspruch 4, das ferner ein Unwuchtanalysemodul (210) umfasst, das die Drehmomentunwuchten auf der Grundlage einer Differenz zwischen jeweiligen tatsächlichen Vorausgleichs-Drehmomenten, die von jedem Zylinder (110) erzeugt werden, bevor das Ausgleichsmodul (212) das Drehmoment ausgleicht, und einem Mittelwert der durchschnittlichen Vorausgleichs-Drehmomente ermittelt.
Leerlaufsteuersystem nach Anspruch 5, das ferner ein Drehmomentermittlungsmodul (206) umfasst, das die tatsächlichen Vorausgleichs-Drehmomente auf der Grundlage von Frequenzinhalten des Motordrehzahlsignals ermittelt.
Leerlaufsteuersystem nach Anspruch 1, ferner ein Aktivierungs/Deaktivierungsmodul (214) umfassend, welches ein Abweichungsanalysemodul (216) deaktiviert, wenn der Leerlaufmodus des Motors (102) deaktiviert ist.
Leerlaufsteuersystem nach Anspruch 1, das ferner ein Drehmomentermittlungsmodul (206) umfasst, welches die tatsächlichen Drehmomente auf der Grundlage von Frequenzinhalten des Motordrehzahlsignals ermittelt.
Leerlaufsteuersystem nach Anspruch 1, wobei das Stellgliedsteuermodul (204) mindestens einen Motorbetriebsparameter auf der Grundlage der Motorsolldrehzahl justiert.
Leerlaufsteuersystem nach Anspruch 1, wobei das Stellgliedsteuermodul (204) eine an die Zylinder (110) gelieferte Dieselkraftstoffmenge verringert, nachdem die Leerlauf-Solldrehzahl um die Leerlaufdrehzahlverringerung verringert wurde.