DE102015109215A1

DE102015109215A1 - Adaptive Schätzung von Nockenwinkelfehlern

Info

Publication number: DE102015109215A1
Application number: DE102015109215.8A
Authority: DE
Inventors: David G. Hagner; Mrdjan J. Jankovic
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-06-25
Filing date: 2015-06-10
Publication date: 2015-12-31
Also published as: US20150377165A1; CN105221272A; RU2015123502A; RU2015123502A3; US9752524B2; CN105221272B; RU2696402C2

Abstract

Es werden Verfahren und Systeme zum Korrigieren von Nockenwinkelmessungen im Hinblick auf Fertigungstoleranzen von Kraftmaschinen offenbart. In einem Beispiel umfasst ein Verfahren das Lernen von Nockenwinkelkorrekturen, um einen gemessenen Nockenwinkel in Reaktion auf Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Fehler zu aktualisieren, unter ausgewählten Bedingungen, und das Lernen von Luft- und Kraftstoffzuführungsfehlern in Reaktion auf den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Fehler andernfalls. Auf diese Weise können Nockenwinkelfehler, die auf Fertigungstoleranzen von Kraftmaschinen zurückzuführen sind, korrigiert werden, wodurch andere Luft- und Kraftstoff-Anpassungsverfahren verbessert werden und die Kraftmaschinenemissionen verbessert werden.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Anmeldung betrifft allgemein die Steuerung eines Fahrzeugs und insbesondere Systeme und Verfahren zum Schätzen von Nockenwellenverstellungsfehlern.
Hintergrund der Erfindung und Kurzfassung
Änderungen der variablen Nockenwellenverstellung (Variable Cam Timing, VCT) beeinflussen den volumetrischen Wirkungsgrad einer Kraftmaschine. Typische Kraftmaschinensteuerungsverfahren verwenden eine Kennlinie des volumetrischen Wirkungsgrades, die „offline” unter spezifischen Kraftmaschinenbedingungen kalibriert wird, um Berechnungen im Echtzeitbetrieb für Funktionen auszuführen, welche solche Informationen erfordern. Zum Beispiel werden bei einigen Steuerungsverfahren Informationen über den volumetrischen Wirkungsgrad und Messungen des Ansaugkrümmerdrucks verwendet, um einen Luftdurchfluss der Kraftmaschine zu berechnen. Ferner verwenden einige Steuerungsverfahren den volumetrischen Wirkungsgrad, um einen geschätzten Ansaugkrümmerdruck aus Luftdurchflusswerten der Kraftmaschine zu berechnen.
Fehler bei der Nockenwinkelmessung aufgrund von Fertigungstoleranzen von Kraftmaschinen oder von anderen Quellen können jedoch zu Fehlern bei dem geschätzten volumetrischen Wirkungsgrad führen, und diese Fehler pflanzen sich in den Schätzungen des Luftdurchflusses und des Ansaugkrümmerdrucks fort. Außerdem bewirkt eine aggressive Nutzung von VCT-Systemen entweder für ein spätes Öffnen von Abgasventilen oder für ein spätes Schließen von Ansaugventilen (Late Intake Valve Closing, LIVC, oder Miller-Zyklus bei aufgeladenen Kraftmaschinen), dass der volumetrische Wirkungsgrad sehr empfindlich gegenüber Fertigungsabweichungen der Kraftmaschinen ist.
Ein gebräuchliches Verfahren, um gewisse Abweichungen der Nockenwellenverstellung aufgrund von Fertigungstoleranzen von Kraftmaschinen zu kompensieren, besteht darin sicherzustellen, dass der gemessene Nockenwinkel in Bezug auf eine bestimmte physische Wegendeposition null ist, wenn angenommen wird, dass sich der Nocken in dieser Position befindet, zum Beispiel in der nicht angetriebenen Grundposition. Durch ein solches Verfahren werden einige Quellen von Abweichungen aufgrund von Fertigungstoleranzen von Kraftmaschinen kompensiert, jedoch nicht alle. Zum Beispiel wird eine Fehlausrichtung der physischen Wegendeposition in Bezug auf physische Ventilöffnungs- oder Ventilschließereignisse nicht korrigiert.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben die obigen Probleme identifiziert und verschiedene Ansätze entwickelt, um sie zu lösen. Insbesondere werden Verfahren und Systeme zum Korrigieren von Nockenwinkelmessungen im Hinblick auf Fertigungstoleranzen von Kraftmaschinen offenbart. In einem Beispiel umfasst ein Verfahren das Lernen von Nockenwinkelkorrekturen, um einen gemessenen Nockenwinkel in Reaktion auf Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Fehler zu aktualisieren, unter ausgewählten Bedingungen, und das Lernen von Luft- und Kraftstoffzuführungsfehlern in Reaktion auf den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Fehler andernfalls. Auf diese Weise können Nockenwinkelfehler, die auf Fertigungstoleranzen von Kraftmaschinen zurückzuführen sind, korrigiert werden, wodurch andere Luft- und Kraftstoff-Anpassungsverfahren verbessert werden und die Kraftmaschinenemissionen verbessert werden.
In einem anderen Beispiel umfasst ein Verfahren das Erzeugen einer ersten Schätzung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf der Basis von Kraftmaschinenbetriebsbedingungen, das Erzeugen einer zweiten Schätzung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf der Basis modifizierter Kraftmaschinenbetriebsbedingungen, das Erzeugen eines ersten Fehlers auf der Basis der ersten Schätzung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und eines gemessenen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das Erzeugen eines zweiten Fehlers auf der Basis der zweiten Schätzung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und der ersten Schätzung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das Erzeugen einer Nockenwinkelkorrektur auf der Basis des ersten Fehlers und des zweiten Fehlers und das Aktualisieren einer Nockenwinkelmessung auf der Basis der Nockenwinkelkorrektur. Auf diese Weise können Informationen der „Offline”-Kennlinie des volumetrischen Wirkungsgrades genutzt werden, um einen Beitrag der Nockenwellenverstellung zu Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Fehlern zu isolieren.
In einem anderen Beispiel umfasst ein System zum Steuern einer Kraftmaschine eine Steuerung, die mit in einem nichtflüchtigen Speicher gespeicherten Anweisungen konfiguriert ist, welche, wenn sie ausgeführt werden, bewirken, dass die Steuerung unter ausgewählten Bedingungen Nockenwinkelkorrekturen in Reaktion auf Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Fehler lernt. Auf diese Weise kann ein Fahrzeugmotor Kalibrierungsfehler der variablen Nockenwellenverstellung beseitigen, die für die Kraftmaschine spezifisch sind.
Die obigen Vorteile sowie andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Beschreibung werden aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung, für sich genommen oder in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, leicht ersichtlich.
Es versteht sich, dass die obige Kurzfassung dazu vorgesehen ist, in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben werden. Sie soll keine Hauptmerkmale oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstands kennzeichnen, dessen Schutzumfang ausschließlich durch die auf die ausführliche Beschreibung folgenden Patentansprüche definiert wird. Außerdem ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die irgendwelche oben oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung angegebenen Nachteile beseitigen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Kraftmaschine.
2 zeigt ein Blockschaltbild eines beispielhaften Steuerungssystems.
3 zeigt ein Übersichts-Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Anpassen eines Nockenwinkels im Hinblick auf andere Verfahren der Luft- und Kraftstoffanpassung veranschaulicht.
4 zeigt ein Übersichts-Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Anpassen eines Nockenwinkels veranschaulicht.
5 zeigt einen Satz von Graphen, die beispielhafte Fahrzeugdaten veranschaulichen.
6 zeigt ein beispielhaftes Kraftmaschinenverhalten auf der Basis beispielhafter Fahrzeugdaten.
7 zeigt ein beispielhaftes Kraftmaschinenverhalten auf der Basis von Iterationen beispielhafter Fahrzeugdaten.
Ausführliche Beschreibung
Die vorliegende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zum Schätzen von Nockenwellenverstellungsfehlern bei einem Kraftfahrzeug. Insbesondere betrifft diese Beschreibung das Verbessern von Berechnungen des volumetrischen Wirkungsgrades durch Korrigieren von Nockenwellenverstellungsfehlern, die auf Fertigungstoleranzen von Kraftmaschinen zurückzuführen sind. Ein Fahrzeug kann mit einem variablen Nockenwellenverstellungssystem ausgerüstet sein, um die Leistung einer Kraftmaschine, wie etwa des in 1 dargestellten Kraftmaschinensystems, zu erhöhen und seine Emissionen zu verbessern. Wie das in 2 dargestellte Steuerungsverfahren zeigt, können Fehler bei dem gemessenen Nockenwinkel unter Verwendung von Modellen des in die Kraftmaschine eintretenden Luft-Kraftstoff-Verhältnisses geschätzt werden. Ein Kraftmaschinenverhalten mit hohem Wirkungsgrad und verbesserte Emissionen können durch Betrachten anderer Steuerungsstrategien für Luft und Kraftstoff beim Schätzen von Nockenwinkelfehlern erreicht werden, wie in 3 dargestellt. Nockenwellenverstellungs- und adaptive Kraftstoffanpassungen können unter Verwendung des in 4 dargestellten Verfahrens auch kombiniert vorgenommen werden. Eine Demonstration, wie die offenbarten Systeme und Verfahren Nockenwinkelfehler, die auf Fertigungstoleranzen von Kraftmaschinen zurückzuführen sind, identifizieren, zeigen die 5–7.
1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Brennkammer oder eines Zylinders einer Brennkraftmaschine 10. 1 zeigt, dass die Kraftmaschine 10 Steuerungsparameter von einem Steuerungssystem, das eine Steuerung 12 aufweist, sowie Eingaben von einem Fahrzeugführer 190 über eine Eingabevorrichtung 192 empfangen kann. In diesem Beispiel weist die Eingabevorrichtung 192 ein Gaspedal und einen Pedalpositionssensor 194 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals PP auf.
Der Zylinder (hier auch „die Brennkammer”) 30 der Kraftmaschine 10 kann Brennkammerwände 32 aufweisen, wobei der Kolben 36 darin angeordnet ist. Der Kolben 36 kann so an eine Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, dass die Hin- und Herbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle übersetzt wird. Die Kurbelwelle 40 kann über ein Getriebesystem (nicht dargestellt) an mindestens ein Antriebsrad des Personenfahrzeugs gekoppelt sein. Ferner kann ein Anlassermotor über ein Schwungrad an die Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, um einen Anlassvorgang der Kraftmaschine 10 zu ermöglichen. Die Kurbelwelle 40 ist an eine Ölpumpe 208 gekoppelt, um das Kraftmaschinenölschmiersystem 200 mit Druck zu beaufschlagen (die Kopplung der Kurbelwelle 40 an die Ölpumpe 208 ist nicht dargestellt). Das Gehäuse 136 ist mit der Kurbelwelle 40 über eine Steuerkette oder einen Steuerriemen (nicht dargestellt) hydraulisch gekoppelt.
Der Zylinder 30 kann Ansaugluft über einen Ansaugkrümmer oder Ansaugluftkanäle 44 empfangen. Der Ansaugluftkanal 44 kann mit weiteren Zylindern der Kraftmaschine 10 zusätzlich zu Zylinder 30 in Kommunikationsverbindung stehen. Bei einigen Ausführungsformen kann einer oder können mehrere der Ansaugkanäle eine Ladevorrichtung wie etwa einen Turbolader oder einen Verdrängerlader aufweisen. Ein Drosselsystem mit einer Drosselklappe 62 kann entlang einem Ansaugkanal der Kraftmaschine bereitgestellt werden, um die Flussgeschwindigkeit und/oder den Druck der Ansaugluft, die an die Zylinder der Kraftmaschine bereitgestellt wird, zu variieren. In diesem speziellen Beispiel ist die Drosselklappe 62 an einen Elektromotor 94 gekoppelt, so dass die Position der elliptischen Drosselklappe 62 von der Steuerung 12 über den Elektromotor 94 gesteuert wird. Diese Anordnung kann als elektronische Drosselsteuerung (Electronic Throttle Control, ETC) bezeichnet werden, welche auch während der Leerlaufregelung verwendet werden kann.
Die Brennkammer 30 ist in Kommunikationsverbindung mit dem Ansaugkrümmer 44 und dem Abgaskrümmer 48 über jeweilige Ansaugventile 52a und 52b (nicht dargestellt) und Abgasventile 54a und 54b (nicht dargestellt) dargestellt. Somit können, obwohl vier Ventile pro Zylinder verwendet werden können, in einem anderen Beispiel auch ein einziges Ansaug- und ein einziges Abgasventil pro Zylinder verwendet werden. In noch einem anderen Beispiel können zwei Ansaugventile und ein Abgasventil pro Zylinder verwendet werden.
Der Abgaskrümmer 48 kann Abgase von weiteren Zylindern der Kraftmaschine 10 zusätzlich zu Zylinder 30 aufnehmen. Ein Abgassensor 76 ist als stromaufwärts eines Abgaskatalysators 70 an den Abgaskrümmer 48 gekoppelt dargestellt (wobei der Sensor 76 verschiedenen unterschiedlichen Sensoren entsprechen kann). Zum Beispiel kann der Sensor 76 ein beliebiger von vielen bekannten Sensoren zum Bereitstellen einer Angabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases sein, wie etwa eine lineare Lamdasonde, eine UEGO, eine binäre Lamdasonde, eine EGO, eine HEGO oder ein HC- oder CO-Sensor. Eine Emissionskontrollvorrichtung 72 ist als stromabwärts des Abgaskatalysators 70 positioniert dargestellt. Die Emissionskontrollvorrichtung 72 kann ein Drei-Wege-Katalysator, eine NOx-Falle, verschiedene andere Emissionskontrollvorrichtungen oder Kombinationen davon sein.
Bei einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder der Kraftmaschine 10 eine Zündkerze 92 aufweisen, um die Verbrennung in Gang zu setzen. Ein Zündsystem 88 kann unter ausgewählten Betriebsbedingungen in Reaktion auf ein Zündungsfrühverstellungssignal SA von der Steuerung 12 der Brennkammer 30 über die Zündkerze 92 einen Zündfunken zuführen. Bei einigen Ausführungsformen kann jedoch auf eine Zündkerze 92 verzichtet werden, etwa wenn die Kraftmaschine 10 eine Verbrennung durch Selbstzündung oder durch Einspritzung von Kraftstoff in Gang setzen kann, wie es bei einigen Diesel-Kraftmaschinen der Fall sein kann.
Bei einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder der Kraftmaschine 10 mit einer oder mehreren Kraftstoffeinspritzdüse(n) ausgestaltet sein, um dem Zylinder Kraftstoff bereitzustellen. Als ein nicht einschränkendes Beispiel ist die Kraftstoffeinspritzdüse 66A als direkt an den Zylinder 30 gekoppelt dargestellt, um Kraftstoff direkt dorthinein einzuspritzen, in Proportion zu der Impulsbreite des von der Steuerung 12 über den elektronischen Treiber 68 empfangenen Signals dfpw. Auf diese Weise stellt die Kraftstoffeinspritzdüse 66A die so genannte Direkteinspritzung (Direct Injection, im Folgenden auch als „DI” bezeichnet) von Kraftstoff in den Zylinder 30 bereit.
Die Steuerung 12 ist als ein Mikrocomputer gezeigt, der eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingangs-/Ausgangs-Ports 104, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierwerte, in diesem speziellen Beispiel als Festwertspeicherchip 106 dargestellt, einen Direktzugriffsspeicher 108, einen Erhaltungsspeicher 110 und einen herkömmlichen Datenbus aufweist. Die Steuerung 12 kann, zusätzlich zu den vorstehend besprochenen Signalen, verschiedene Signale von Sensoren empfangen, welche an die Kraftmaschine 10 gekoppelt sind. Dies schließt ein: Messung des induzierten Luftmassenflusses (Mass Air Flow, MAF) von dem Luftmassenfluss-Sensor 100, der an die Drosselklappe 20 gekoppelt ist; die Kraftmaschinenkühlmitteltemperatur (Engine Coolant Temperature, ECT) von einem Temperatursensor 112, der an eine Kühlmanschette 114 gekoppelt ist; ein Profilzündungsaufnahme-Signal (Profile Ignition Pickup, PIP) von dem an die Kurbelwelle 40 gekoppelten Hall-Effekt-Sensor 118; eine Drosselposition (Throttle Position, TP) von einem Positionssensor 20; ein absolutes Ladedrucksignal (Manifold Absolute Pressure, MAP) von einem Sensor 122; eine Klopfanzeige von einem Klopfsensor 182; und eine Anzeige der absoluten oder relativen Umgebungsfeuchtigkeit von einem Sensor 180. Ein Kraftmaschinendrehzahlsignal RPM wird von der Steuerung 12 aus dem Signal PIP auf eine herkömmliche Weise erzeugt, und ein absolutes Krümmerdrucksignal MAP von einem Krümmerdrucksensor stellt eine Angabe hinsichtlich des Unterdrucks oder Drucks im Ansaugkrümmer bereit. Während eines stöchiometrischen Betriebs kann dieser Sensor eine Angabe zur Kraftmaschinenlast liefern. Ferner kann dieser Sensor zusammen mit der Kraftmaschinendrehzahl eine Schätzung der Ladung (einschließlich Luft) bereitstellen, die in den Zylinder eingeführt wird. In einem Beispiel kann der Sensor 118, welcher auch als Kraftmaschinendrehzahlsensor verwendet wird, eine vorgegebene Anzahl von abstandsgleichen Impulsen bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle generieren.
Die Steuerung 12 kann ferner eine Kennlinie des volumetrischen Wirkungsgrades beinhalten, die „offline” unter spezifischen Kraftmaschinenbedingungen kalibriert wird und zum Beispiel in Nachschlagtabellen auf dem Festwertspeicherchip 106 gespeichert ist, um Berechnungen im Echtzeitbetrieb für Funktionen auszuführen, welche solche Informationen erfordern. Zum Beispiel kann die Steuerung 12 Informationen über den volumetrischen Wirkungsgrad und Messungen des Ansaugkrümmerdrucks verwenden, um einen Luftdurchfluss der Kraftmaschine zu berechnen. Ferner kann die Steuerung 12 Berechnungen des Luftdurchflusses der Kraftmaschine verwenden, um einen geschätzten Ansaugkrümmerdruck zu berechnen.
Es wird nun auf 1 Bezug genommen; sie zeigt ein variables Nockenwellenverstellungssystem (Variable Camshaft Timing System, VCT-System) 19. In diesem Beispiel ist ein System mit obenliegender Nockenwelle dargestellt, obwohl auch andere Ansätze verwendet werden können. Insbesondere ist eine Nockenwelle 130 der Kraftmaschine 10 dargestellt, die mit Kipphebeln 132 und 134 zur Betätigung der Ansaugventile 52a, 52b und Abgasventile 54a, 54b in Verbindung steht. Das VCT-System 19 kann öldruckbetätigt (Oil-Pressure Actuated, OPA), durch ein Nockenmoment betätigt (Cam-Torque Actuated, CTA) oder eine Kombination davon sein. Durch Verstellen mehrerer hydraulischer Ventile, um dadurch ein Hydraulikfluid, wie etwa Motoröl, in den Hohlraum (wie etwa eine Frühverstellkammer oder eine Spätverstellkammer) eines Nockenwellenverstellers zu leiten, können die Ventilsteuerzeiten geändert werden, das heißt auf früh oder spät verstellt werden. Wie hier weiter dargelegt wird, kann der Betrieb der hydraulischen Steuerventile durch jeweilige Steuersolenoide gesteuert werden. Insbesondere kann eine Kraftmaschinensteuerung den Solenoiden ein Signal übermitteln, um einen Ventilkolben zu bewegen, der das Strömen von Öl durch den Verstellerhohlraum regelt. In einem Beispiel kann das Solenoid ein elektrisch betätigtes Solenoid sein. Die Begriffe „Frühverstellung” und „Spätverstellung” der Nockenwellenverstellung beziehen sich auf relative Nockenwellenverstellungen, insofern als, nur als Beispiel, eine vollständig auf früh verstellte Position noch immer ein verzögertes Öffnen des Ansaugventils im Hinblick auf den oberen Totpunkt bewirken kann.
Die Nockenwelle 130 ist mit dem Gehäuse 136 hydraulisch gekoppelt. Das Gehäuse 136 bildet ein Zahnrad mit mehreren Zähnen 138. Das Gehäuse 136 ist mit der Kurbelwelle 40 über eine Steuerkette oder einen Steuerriemen (nicht dargestellt) mechanisch gekoppelt. Daher rotieren das Gehäuse 136 und die Nockenwelle 130 mit einer Drehzahl, die im Wesentlichen zur Kurbelwelle äquivalent ist. Jedoch kann durch Beeinflussung der hydraulischen Kopplung, wie hier beschrieben wird, die relative Position der Nockenwelle 130 zur Kurbelwelle 40 durch die hydraulischen Drücke in einer Spätverstellkammer 142 und einer Frühverstellkammer 144 verändert werden. Indem ermöglicht wird, dass Hydraulikfluid mit hohem Druck in die Spätverstellkammer 142 eintritt, wird die relative Beziehung zwischen der Nockenwelle 130 und der Kurbelwelle 40 auf spät verstellt. Daher öffnen und schließen die Ansaugventile 52a, 52b und Abgasventile 54a, 54b im Verhältnis zur Kurbelwelle 40 zu einem früheren als dem normalen Zeitpunkt. In ähnlicher Weise wird, indem ermöglicht wird, dass Hydraulikfluid mit hohem Druck in die Frühverstellkammer 144 eintritt, die relative Beziehung zwischen der Nockenwelle 130 und der Kurbelwelle 40 auf früh verstellt. Daher öffnen und schließen die Ansaugventile 52a, 52b und Abgasventile 54a, 54b im Verhältnis zur Kurbelwelle 40 zu einem späteren als dem normalen Zeitpunkt.
Während dieses Beispiel ein System zeigt, bei dem die Steuerzeiten von Ansaug- und Abgasventilen gleichzeitig gesteuert werden, können veränderliche Ansaugnocken-Steuerzeiten, veränderliche Ausstoßnocken-Steuerzeiten, duale unabhängige veränderliche Nockensteuerzeiten, duale gleiche veränderliche Nockensteuerzeiten oder andere veränderliche Nockensteuerzeiten verwendet werden. Ferner kann auch veränderlicher Ventilhub verwendet werden. Ferner kann ein Umschalten des Nockenwellenprofils verwendet werden, um unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen verschiedene Nockenprofile vorzusehen. Weiterhin kann der Ventiltrieb Rollenschlepphebel, direkt wirkende mechanische Tassenstößel, elektrohydraulische oder andere Alternativen zu Kipphebeln umfassen.
Weiterhin ermöglichen bei dem variablen Ventilsteuerungssystem die Zähne 138, da sie mit dem Gehäuse 136 und der Nockenwelle 130 gekoppelt sind, eine Messung der relativen Nockenposition über einen Nockenwellenverstellungssensor 150, welcher der Steuerung 12 ein VCT-Signal liefert. Die Zähne 1, 2, 3 und 4 können zur Messung der Nockenwellenverstellung verwendet werden und sind in gleichen Abständen angeordnet (zum Beispiel in einem V8-Motor mit zwei Zylinderbänken sind sie in einem Abstand von 90 Grad voneinander angeordnet), während der Zahn 5 zur Zylinderidentifizierung verwendet werden kann. Außerdem sendet die Steuerung 12 Steuersignale (LACT, RACT) an herkömmliche Magnetventile (nicht dargestellt), um den Strom von Hydraulikfluid entweder in die Spätverstellkammer 142 oder in die Frühverstellkammer 144 oder keine davon zu steuern.
Die relativen Nockensteuerzeiten können auf vielerlei Weise gemessen werden. Allgemein gesagt, liefert die Zeit oder der Drehwinkel zwischen der ansteigenden Flanke des PIP-Signals und dem Empfangen eines Signals von einem der mehreren Zähne 138 am Gehäuse 136 ein Maß für die relativen Nockensteuerzeiten. Für das spezielle Beispiel eines V8-Motors mit zwei Zylinderbänken und einem fünfzähnigen Rad wird ein Maß der Nockensteuerzeiten für eine bestimmte Bank viermal pro Umdrehung empfangen, wobei das zusätzliche Signal für die Zylinderidentifizierung verwendet wird.
Wie oben beschrieben, zeigt 1 lediglich einen Zylinder eines Mehrzylindermotors, wobei jeder Zylinder seinen eigenen Satz von Ansaug-/Abgasventilen, Kraftstoffeinspritzdüsen, Zündkerzen usw. aufweist.
2 zeigt ein Blockschaltbild 200, das ein Verfahren zur Schätzung von Nockenwellenverstellungsfehlern unter Verwendung der Empfindlichkeit gegenüber der Luftladung veranschaulicht. Das Blockschaltbild 200 kann von einer Kraftmaschinensteuerung implementiert werden, wie etwa der Steuerung 12. Es ist anzumerken, dass das beispielhafte Blockschaltbild 200 für zwei Nockenwinkel dargestellt ist und drei Modelle des in die Kraftmaschine eintretenden Luft-Kraftstoff-Verhältnisses beinhaltet; allgemein können jedoch (n + 1) Modelle erforderlich sein, um n Winkel anzupassen. Zum Beispiel kann ein Blockschaltbild für einen Nockenwinkel zwei Modelle beinhalten.
Wie in 2 dargestellt, werden Betriebsparameter, welche die Kraftstoffeinspritzmenge, MAP, RPM und andere beinhalten, jeweils sowohl an ein erstes als auch ein zweites und ein drittes stationäres Modell des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (LKV-Modell) des Abgases übergeben, die in 212, 214 bzw. 216 dargestellt sind. Jedes LKV-Modell 212, 214 und 216 kann auf einer Schätzung der Luftladung und des Kraftstoffs, die durch die Kraftmaschine strömen, basieren:
wobei y ^_i das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases im stationären Zustand ist, air_chg_total_i die Schätzung der Gesamtluftladung ist, mf_inj die Masse des eingespritzten Kraftstoffs ist, mf_other eventueller weiterer Kraftstoff ist, der auf andere Weise als über die Kraftstoffeinspritzdüsen in den Zylinder eintritt, und i das betreffende Modell bezeichnet. Zum Beispiel kann mf_other den Kraftstoff in Kanister-Ablassdampf und Dampf der Kurbelgehäuseentlüftung (Positive Crankcase Ventilation, PCV) modellieren. Unter relativ stationären Bedingungen und bei einer warmen Kraftmaschine sollte kein reiner Kraftstoff in Kraftstoffpfützen, die möglicherweise vorhanden sind, kondensiert oder aus ihnen verdampft sein. Um Modellierungsfehler zu verringern, kann die Analyse auf eine Betriebsweise beschränkt werden, welche eine Verbrennung von Spüldampf ausschließt und ferner Bedingungen ausschließt, unter denen die Schätzung des PCV-Durchflusses oberhalb eines bestimmten Schwellenwertes liegt, so dass mf_other vernachlässigbar ist. In dem dargestellten Beispiel entspricht i = 0 den aktuellen Kraftmaschinenbedingungen, während i = 1 und i = 2 einer veränderten Ansaugnocken-Winkelposition bzw. einer veränderten Ausstoßnocken-Winkelposition entsprechen. Es ist möglich, das LKV des Abgases im stationären Zustand zu schätzen, welches resultieren würde, wenn sich die Nockenwinkel an unterschiedlichen Positionen befänden, da der typische Prozess der Erstellung des Kraftmaschinenkennfeldes die Aufnahme von Kennlinien des volumetrischen Wirkungsgrades der Kraftmaschine bei unterschiedlichen Nockenwinkeleinstellungen und Kraftmaschinendrehzahlen beinhaltet.
Es wird nochmals auf 2 Bezug genommen; das aktuelle LKV-Modell y ^₀ wird an drei Verbindungspunkte 217, 218 und 219 weitergegeben. Der Verbindungspunkt 217 erzeugt einen LKV-Fehler (y – y ^₀) durch Berechnen der Differenz zwischen dem aktuellen LKV y, das von dem UEGO-Sensor 76 gemessen wird, und dem aktuellen geschätzten LKV y ^₀ , und dieser Fehler wird dann einem Tiefpassfilter 232 zugeführt. Währenddessen erzeugen die Verbindungspunkte 218 und 219 Differentialterme durch Berechnen der Differenz zwischen den veränderten LKV-Schätzungen und dem aktuellen LKV-Modell y ^₀ , so dass die Differentialterme (y ^₁ – y ^₀) und (y ^₂ – y ^₀) Tiefpassfiltern 234 bzw. 236 zugeführt werden. Das Hindurchleiten des Fehlers und der Differentialterme durch die Tiefpassfilter 232, 234 und 236 bewirkt, dass Einwirkungen hochfrequenter Einschwingvorgänge auf das gemessene LKV herausgefiltert werden.
Der gefilterte LKV-Fehler wird dann separat mit jedem Differentialterm und einer entsprechenden Anpassungsverstärkung μ multipliziert. Die multiplizierten Terme werden dann durch jeweils einen Integrator 1/s geleitet, um geschätzte Nockenwinkel-Messwertkorrekturen θ ^₁ und θ ^₂ zu bilden, welche kombiniert werden, um einen geschätzten Nockenwinkel-Messwertkorrekturvektor
zu bilden. In diesem Beispiel ist der geschätzte Nockenwinkel-Messwertkorrekturvektor ein Vektor aus zwei Elementen für eine Kraftmaschine mit zwei Nockenverstellern. In ähnlicher Weise kann in anderen Beispielen die Anzahl der Elemente im Korrekturvektor gleich der Anzahl der Vorrichtungen sein, die adaptiv korrigiert werden.
Jede geschätzte Nockenwinkel-Messwertkorrektur wird durch einen Summierpunkt geleitet, wo eine kleine Störung Δθ zu der Korrektur θ ^_i , addiert wird. Diese gestörten Nockenwinkelkorrekturen werden dann zu den entsprechenden geschätzten Nockenwinkeln 221 und 223 addiert, und diese korrigierten Nockenwinkelschätzungen werden in die LKV-Modelle 214 bzw. 216 eingegeben. Ferner wird der geschätzte Nockenwinkel-Messwertkorrekturvektor (θ ^₁, θ ^₂) zum Nockenwinkelvektor (221, 223) von den Nockenwinkelsensoren addiert, und dieser korrigierte Nockenwinkelvektor wird in jedes LKV-Modell 212, 214 und 216 eingegeben.
Auf diese Weise kann ein Gradientenabstiegsverfahren implementiert werden, um die Nockenwinkelkorrekturen, die erforderlich sind, um den LKV-Fehler zwischen den gemessenen und den geschätzten Werten zu verringern, adaptiv zu schätzen. Das heißt, das Verfahren des Blockschaltbildes 200 approximiert die Ableitung des modellierten LKV nach dem Korrekturvektor
durch die stochastischen Schätzungen:
wobei y ^₀ das geschätzte LKV des Abgases bei
ist, y ^₁ die Schätzung für y in einem gewissen, einer kleinen Störung Δθ entsprechenden Abstand von oder bei (( θ ^₁ + Δθ,θ2 ist und y2 die Schätzung für y in einem gewissen, einer kleinen Störung Δθ entsprechenden Abstand von θ ^₂ oder bei (θ ^₁, (θ ^₂ + Δθ) ) ist. Das Verwenden des negativen Gradienten des LKV-Fehlers zur Nockenwinkelkorrektur als die lokal optimale Richtung, in welcher
zu ändern ist, um den LKV-Fehler zu verringern, und das Hindurchleiten der Fehler- und Differentialterme durch Tiefpassfilter, wie oben beschrieben, liefern die folgende Regel zur Parameteraktualisierung, die durch das Blockschaltbild 200 verkörpert wird:
wobei k der Zeitschritt ist und G_lpf(s) der Tiefpassfilter-Term ist.
Wie oben erwähnt, beinhaltet das Blockschaltbild 200 zur Anpassung von zwei Nockenwinkeln drei LKV-Modelle: eines für das LKV bei der aktuellen Schätzung und je eines für jedes LKV für den gestörten Nockenwinkel. In ähnlicher Weise kann für die Anpassung nur eines Nockenwinkels das entsprechende Blockschaltbild zwei LKV-Modelle beinhalten. Allgemein kann für die Anpassung von n Nockenwinkeln ein Blockschaltbild, das die oben beschriebene Regel zur Parameteraktualisierung verkörpert, (n + 1) Modelle „volumetrischer Wirkungsgrad/Luft-Kraftstoff-Verhältnis” beinhalten.
In diesem Beispiel erzeugt das Verfahren des Blockschaltbildes 200 die gewünschte Korrektur der Nockenwinkelmessungen. Das gemessene stationäre Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird jedoch auch von anderen Parametern als dem Nockenwinkel beeinflusst, zum Beispiel der Schätzung des Ethanolanteils im Kraftstoff, und anderen gelernten Anpassungen aufgrund von Fehlern in den geschätzten Einspritzdüse- oder Luftladungs-Kennlinien in der Kraftmaschinensteuerungsstrategie, allgemein als adaptive Kraftstoff-Steuerungsstrategien bezeichnet. Somit kann eine Nockenwinkelanpassungs-Steuerungsstrategie unter Berücksichtigung anderer Steuerungsstrategien realisiert werden.
In einem Beispiel kann eine Steuerungsstrategie die Schätzung des Ethanolanteils im Kraftstoff von anderen Einflüssen auf das gemessene stationäre LKV isolieren. Der Ethanolanteil kann einen großen Einfluss auf das stöchiometrische LKV haben, und daher kann die Nockenwinkelanpassung durchgeführt werden, nachdem die Schätzung des Ethanolanteils konvergiert hat. Als konvergierte Schätzung des Ethanolanteils wird eine Schätzung des Ethanolanteils bezeichnet, die gegen einen Wert innerhalb eines Toleranzbandes konvergiert und für einen festgelegten Zeitraum innerhalb dieses Toleranzbandes verbleibt. Auf diese Weise kann die Genauigkeit der Nockenwinkelanpassung verbessert werden.
In einem anderen Beispiel beruhen adaptive Kraftstoff-Steuerungsstrategien auf besten Schätzungen der eingespritzten Kraftstoffmenge und der Kraftmaschinenluftladung, und die Nockenwinkelfehler, welche die Genauigkeit der Schätzung der Luftladung beeinträchtigen, sind vorrangig auf Fertigungstoleranzen von Kraftmaschinen und weniger auf andere Faktoren zurückzuführen. Daher kann die Nockenwinkelanpassung durchgeführt werden, bevor irgendeine adaptive Kraftstoffkorrektur gelernt wird. Auf diese Weise kann die adaptive Kraftstoffgenauigkeit verbessert werden. Ein Verfahren zur Durchführung der Nockenwinkelanpassung, nachdem die Schätzung des Ethanolanteils konvergiert hat und bevor irgendwelche adaptiven Kraftstoffverfahren durchgeführt werden, wird weiter unten unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
In einem anderen Beispiel können Nockenwinkelanpassung und adaptive Kraftstoffanpassung unterschiedliche Empfindlichkeiten über dem Kraftmaschinenbetriebsbereich aufweisen, wodurch sie eine gleichzeitige Anpassung ermöglichen. Zum Beispiel kann der Ausstoß-Nockenwinkelfehler das LKV bei auf spät verstellten Werten, oder späteren Abgasventil-Ereignissen, stärker beeinflussen als für die Basis-Ausstoßnockenwellenverstellung, während ein Einspritzdüsen-Steigungsfehler das LKV für alle Nockenwinkel auf ähnliche Weise beeinflussen kann.
Die Empfindlichkeit des LKV gegenüber einem Nockenwinkelfehler ist für verschiedene Nockenwinkel unterschiedlich, und so können in einem Beispiel Nockenwinkelanpassungen auf Bereiche hoher Empfindlichkeiten begrenzt werden. Auf diese Weise können Nockenwinkelanpassungen eine schnelle Anpassung mit erhöhter Genauigkeit bewirken.
In einem anderen Beispiel können einzelne Schätzungen des Nockenwinkelfehlers in verschiedenen Bereichen gewonnen werden, zum Beispiel hohe Spätverstellung entspricht höherer Empfindlichkeit und geringe Spätverstellung entspricht niedrigerer Empfindlichkeit. Diese einzelnen Schätzungen können kombiniert werden, um eine zusammengesetzte Schätzung des Nockenwinkelfehlers zu bilden. Zum Beispiel ist bei Basis-Ausstoßnockenwellenverstellung (Spätverstellung null) die Empfindlichkeit des LKV gegenüber einem Ausstoßnockenfehler niedrig. Ein LKV-Fehler, welcher teilweise auf einen Nockenwellenverstellungsfehler zurückzuführen ist, kann eine große Nockenwellenverstellungskorrektur lernen (das heißt, eine niedrige Empfindlichkeit kann eine große Korrektur erfordern, um einen Fehler zu beheben). Bei einer auf spät verstellten Ausstoßnockenwellenverstellung ist die Empfindlichkeit des LKV gegenüber einem Ausstoßnockenfehler hoch. Ein LKV-Fehler, welcher teilweise auf einen Ausstoßnockenverstellungsfehler zurückzuführen ist, kann daher eine kleine Ausstoßnockenverstellungskorrektur lernen (das heißt, eine hohe Empfindlichkeit kann eine kleine Korrektur erfordern, um einen Fehler zu beheben). Daher kann, wenn sich die Kraftmaschine zwischen diesen zwei Bedingungen bewegt, der adaptive Algorithmus die Schätzung des Ausstoßnockenverstellungsfehlers zwischen großen und kleinen Werten verstellen. Sollte der LKV-Fehler nur auf Ausstoßnockenverstellungsfehler zurückzuführen sein, kann der adaptive Algorithmus schnell konvergieren.
Daher ist es möglich, die Nockenwellenverstellungsanpassung nur im Bereich hoher Nockenempfindlichkeiten durchzuführen. Zum Beispiel können Nockenwinkelanpassungen vorgenommen werden, wenn der Ausstoßnockenwinkel größer als ein Schwellenwert für das Anpassen des Ausstoßnockenverstellungsfehlers ist und wenn der Ansaugnockenwinkel größer als ein Schwellenwert für das Anpassen des Ansaugnockenverstellungsfehlers ist. Danach kann eine adaptive Kraftstoffanpassung nur in Bereichen niedriger Nockenempfindlichkeiten durchgeführt werden, zum Beispiel wenn der Ausstoßnockenwinkel kleiner als der Ausstoßnockenwinkel-Schwellenwert ist und der Ansaugnockenwinkel kleiner als der Ansaugnockenwinkel-Schwellenwert ist. Ein Verfahren zur Durchführung von Nockenwellenverstellungsanpassungen nur in Bereichen hoher Empfindlichkeiten wird hier unter Bezugnahme auf 4 näher beschrieben.
In einem anderen Beispiel kann die Nockenwinkelanpassung zunächst mit einer relativ hohen Verstärkung durchgeführt werden, und sobald die Anpassung konvergiert, kann die Anpassung mit einer relativ niedrigen Verstärkung durchgeführt werden. Auf diese Weise kann das Verfahren zur Nockenwinkelanpassung eine genauere Korrektur für Fehler aufgrund von Fertigungstoleranzen von Fahrzeugen erzeugen, die sich im Laufe der Zeit nicht wesentlich ändern.
Ein Nockenwinkel-Anpassungsverfahren kann ferner eine Validierung in Echtzeit beinhalten. Falls eine Korrelation zwischen dem Fehler der LKV-Schätzung und Nockenwinkelfehlern vorhanden ist, sollte die Anpassung von
die Genauigkeit der Schätzung der Luftladung verbessern und den Fehler der LKV-Schätzung verringern.
Falls jedoch der Fehler der LKV-Schätzung und die Nockenwinkelfehler relativ unkorreliert sind, kann
über die Zeit beträchtlich variieren und daher nicht gegen eine bestimmte Menge von Werten konvergieren, welche die Genauigkeit der Schätzung der Luftladung verbessert. Zu diesem Zweck kann nach Beendigung einer anfänglichen Anpassung, die als das Verbleiben von
innerhalb eines vorbestimmten Toleranzbandes eines speziellen gleitenden Mittelwertes für eine festgelegte Zeit definiert ist, falls
innerhalb eines gewissen größeren Toleranzbandes um diesen Wert herum verbleibt, auf eine Korrelation geschlossen werden, und
kann verwendet werden um die geschätzte Luftladung zu korrigieren. Falls jedoch
die anfänliche Anpassung nicht beendet oder nach der anfänglichen Anpassung außerhalb des größeren Toleranzbandes variiert, ist das Gegenteil der Fall, und für dieses spezielle Fahrzeug sollte
nicht verwendet werden, um die Schätzung der Luftladung zu korrigieren.
3 zeigt ein Übersichts-Flussdiagramm für ein beispielhaftes Verfahren 300 zur Durchführung von Nockenwinkelanpassungen im Hinblick auf andere Anpassungssteuerungsverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung. Das Verfahren 300 wird hier unter Bezugnahme auf die in 1 und 2 dargestellten Komponenten und Systeme beschrieben, obwohl das Verfahren selbstverständlich auch auf andere Systeme angewendet werden kann, ohne den Schutzumfang dieser Offenbarung zu verlassen. Das Verfahren 300 kann von der Steuerung 12 ausgeführt werden und kann in Form ausführbarer Anweisungen in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sein.
Das Verfahren 300 kann bei 305 beginnen. In 305 kann das Verfahren 300 das Beurteilen von Betriebsbedingungen beinhalten. Betriebsbedingungen können unter anderem eingespritzte Kraftstoffmasse, Kraftstoffmasse in Kanister-Ablassdampf und PCV-Dampf, Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, Zylinderluftmenge, Ansaugnockenwinkel, Ausstoßnockenwinkel, Kraftmaschinendrehzahl, Kraftmaschinen last, Kraftmaschinenkühlmitteltemperatur, Kraftmaschinentemperatur, Rückmeldung eines Klopfsensors, Krümmerdruck, Äquivalenzverhältnis, gewünschtes Kraftmaschinenabtriebsmoment anhand der Pedalposition, Zündzeitpunkt, barometrischen Druck, Kraftstoffdampf-Ablassmengen und Ähnliches beinhalten. Das Verfahren kann dann mit 310 fortgesetzt werden.
In 310 kann das Verfahren 300 das Ausführen eines Verfahrens zur Schätzung des Ethanolanteils beinhalten. Ein beispielhaftes Verfahren zur Schätzung des Ethanolanteils kann die Kraftstoffeinspritzung auf der Basis einer Kraftstoffzusammensetzung wie etwa eines Ethanolgehalts des Kraftstoffs verstellen. Die Kraftstoffzusammensetzung kann gelernt werden, indem vorübergehende Kraftstoffzuführungswirkungen, die durch die verschiedenen Verdampfungsraten von höherem und niedrigerem Ethanolgehalt verursacht werden, mit dem gemessenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases korreliert werden. Der Ethanolanteil kann einen großen Einfluss auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis haben, und daher kann das Verfahren 300 nicht fortgesetzt werden, bis die Schätzung des Ethanolanteils konvergiert. Sobald die Schätzung des Ethanolanteils konvergiert, kann die Kraftstoffeinspritzung in Reaktion auf die Schätzung des Ethanolanteils verstellt werden. Das Verfahren 300 kann dann mit 315 fortgesetzt werden.
In 315 kann das Verfahren 300 das Ausführen eines Nockenwinkel-Anpassungsverfahrens beinhalten, wie etwa des Verfahrens, das durch das in 2 dargestellte Blockschaltbild 200 verkörpert wird. Eine Anpassung des geschätzten Nockenwinkel-Messwertkorrekturvektors kann die Genauigkeit der Schätzung der Luftladung verbessern und den Fehler der Schätzung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses verringern. Das Verfahren 300 kann dann mit 320 fortgesetzt werden.
In 320 kann das Verfahren 300 das Ausführen eines adaptiven Kraftstoffverfahrens beinhalten. Ein beispielhaftes adaptives Kraftstoffverfahren kann Rückkopplungsschleifen zum Steuern eines in eine Kraftmaschine eintretenden Luft-Kraftstoff-Verhältnisses aufweisen. Zum Beispiel kann eine Rückkopplungsschleife um die Kraftmaschine herum eine Sauerstoffkonzentration im Abgas steuern, während eine andere Rückkopplungsschleife das in die Kraftmaschine eintretende Luft-Kraftstoff-Verhältnis verstellen kann. Adaptive Kraftstoffverfahren sind in der Technik wohlbekannt und werden daher nicht näher beschrieben.
Da ein solches Kraftstoff- und Luftladungs-Anpassungsverfahren auf den besten Schätzungen von eingespritztem Kraftstoff und Kraftmaschinenluftladung beruht, kann ein adaptives Kraftstoffverfahren nicht ausgeführt werden, bevor das Verfahren zur Schätzung des Ethanolanteils und das Nockenwinkel-Anpassungsverfahren abgeschlossen sind. Unter speziellen Bedingungen können jedoch Nockenwinkel- und adaptive Kraftstoffanpassungen gleichzeitig ausgeführt werden. Zum Beispiel kann der Ausstoßnockenwinkel-Fehler das Luft-Kraftstoff-Verhältnis bei auf spät verstellten Werten stärker beeinflussen als für die Basis-Ausstoßnockenwellenverstellung, jedoch beeinflusst ein Einspritzdüsen-Steigungsfehler das Luft-Kraftstoff-Verhältnis für alle Nockenwinkel auf ähnliche Weise. Die Durchführung adaptiver Kraftstoff- und Nockenwinkelanpassungen wird nun unter Bezugnahme auf 4 näher erläutert. Nachdem die adaptive Kraftstoffanpassung abgeschlossen ist, kann das Verfahren 300 beendet werden.
4 zeigt ein beispielhaftes Verfahren 400 zum Anpassen von Nockenwinkel-Steuerungsfehlern unter ausgewählten Bedingungen. Das Verfahren 400 umfasst das Lernen von Nockenwinkelkorrekturen, um einen gemessenen Nockenwinkel in Reaktion auf Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Fehler zu aktualisieren, unter ausgewählten Bedingungen, und das Lernen von Luft- und Kraftstoffzuführungsfehlern in Reaktion auf den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Fehler andernfalls. In dem dargestellten Beispiel umfassen die ausgewählten Bedingungen, dass ein gemessener Nockenwinkel über einem Schwellenwert liegt. Daher zeigt das Verfahren 400, dass eine Nockenwellenverstellungsanpassung nur im Bereich höherer Nockenempfindlichkeiten durchgeführt werden kann, während die existierende adaptive Kraftstoffanpassung nur in Bereichen niedrigerer Nockenempfindlichkeiten durchgeführt werden kann. Das Verfahren 400 wird hier unter Bezugnahme auf die in 1 und 2 dargestellten Komponenten und Systeme beschrieben, obwohl das Verfahren 400 selbstverständlich auch auf andere Systeme angewendet werden kann, ohne den Schutzumfang dieser Offenbarung zu verlassen. Das Verfahren 400 kann von der Steuerung 12 ausgeführt werden und kann in Form ausführbarer Anweisungen in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sein.
In 405 kann das Verfahren 400 das Beurteilen von Betriebsbedingungen beinhalten. Betriebsbedingungen können unter anderem eingespritzte Kraftstoffmasse, Kraftstoffmasse in Kanister-Ablassdampf und Dampf der Kurbelgehäuseentlüftung (Positive Crankcase Ventilation, PCV), Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Verbrennung, Luftladung, Krümmerdruck, Ansaugnockenwinkel, Ausstoßnockenwinkel, Ethanolanteil im eingespritzten Kraftstoff, Kraftmaschinendrehzahl, Kraftmaschinenlast, und Ähnliches beinhalten. Das Verfahren 400 kann dann mit 410 fortgesetzt werden.
In 410 kann das Verfahren 400 das Bestimmen beinhalten, ob der Nockenwinkel größer als ein Schwellenwert des Nockenwinkelfehlers ist, wobei der Nockenwinkel einen Ausstoßnockenwinkel und/oder einen Ansaugnockenwinkel beinhalten kann. Zum Beispiel ist bei Basis-Ausstoßnockenwellenverstellung, oder Spätverstellung null, die Empfindlichkeit des LKV gegenüber einem Ausstoßnockenfehler niedrig, so dass ein LKV-Fehler, welcher teilweise auf einen Ausstoßnockenverstellungsfehler zurückzuführen ist, eine große Ausstoßnockenwinkel-Korrektur lernen kann. In ähnlicher Weise ist bei Basis-Ansaugnockenwellenverstellung, oder Spätverstellung null, die Empfindlichkeit des LKV gegenüber einem Ansaugnockenfehler niedrig, so dass ein LKV-Fehler, welcher teilweise auf einen Ansaugnockenverstellungsfehler zurückzuführen ist, eine große Ansaugnockenwinkel-Korrektur lernen kann. Bei einer auf spät verstellten Ausstoß- oder Ansaugnockenwellenverstellung ist die Empfindlichkeit des LKV gegenüber Ausstoß- oder Ansaugnockenfehlern hoch. Ein LKV-Fehler, welcher teilweise auf einen Ausstoß- oder Ansaugnockenverstellungsfehler zurückzuführen ist, kann eine kleine Ausstoß- oder Ansaugnocken-Winkelkorrektur lernen, da eine hohe Empfindlichkeit eine kleine Nockenwinkelkorrektur erfordern würde, um einen Fehler zu beheben. Daher kann der Bereich oberhalb eines Nockenwinkelfehler-Schwellenwertes einem auf spät verstellten Ausstoß- oder Ansaugnockenwinkel entsprechen, während der Bereich unterhalb eines Nockenwinkelfehler-Schwellenwertes einem Basis-Ausstoß- oder Basis-Ansaugnockenwinkel entsprechen kann.
Falls der Nockenwinkel kleiner als ein Nockenwinkelfehler-Schwellenwert ist, kann das Verfahren dann mit 415 fortgesetzt werden. In 415 kann das Verfahren 400 das Aufrechterhalten von Betriebsbedingungen beinhalten. Das Aufrechterhalten von Betriebsbedingungen kann das Lernen von Luft- und Kraftstoffzuführungsfehlern in Reaktion auf einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Fehler umfassen. Zum Beispiel kann das Aufrechterhalten von Betriebsbedingungen das Durchführen eines adaptiven Kraftstoffverfahrens beinhalten. Ein beispielhaftes adaptives Kraftstoffverfahren kann das in die Kraftmaschine eintretende LKV in Reaktion auf ein gemessenes LKV des Abgases und/oder eine Sauerstoffkonzentration des Abgases verstellen. Das Verfahren 400 kann dann enden.
Es wird wieder auf 410 Bezug genommen; falls der Nockenwinkel größer als ein Nockenwinkelfehler-Schwellenwert ist, kann das Verfahren 400 mit 420 fortgesetzt werden. In 420 kann das Verfahren 400 das Anpassen der Nockenwellenverstellung beinhalten. Wie hier unter Bezugnahme auf 2 erläutert wurde, kann das Anpassen der Nockenwellenverstellung das Lernen einer Nockenwinkelkorrektur beinhalten, um einen LKV-Fehler zu verringern. Das Verfahren 400 kann dann enden.
5 zeigt beispielhafte Fahrzeugdaten 500, welche verwendet werden können, um einen in einem Fahrzeug vorhandenen Ausstoßnockenwinkel-Versatz zu bestimmen. Insbesondere zeigt das Kurvenbild 511 eine normierte Kraftmaschinenlast als Funktion der Zeit, das Kurvenbild 521 zeigt eine Kraftmaschinendrehzahl als Funktion der Zeit, das Kurvenbild 531 zeigt einen Ausstoßnockenwinkel als Funktion der Zeit, und das Kurvenbild 533 zeigt einen Ansaugnockenwinkel als Funktion der Zeit. Das Kurvenbild 531 zeigt, dass sich der Ausstoßnockenwinkel in erster Linie zwischen den beiden Werten 45 Grad und 0 Grad bewegt, mit schnellen Änderungen zwischen diesen zwei Positionen.
6 zeigt ein Diagramm 600, das eine Simulation des Lernens des Ausstoßnockenwinkel-Versatzes für einen Durchlauf durch die Fahrzeugdaten 500 veranschaulicht. Das Kurvenbild 611 zeigt den gelernten Ausstoßnockenwinkel-Versatz für die auf früh verstellte Position, die der Ausstoßnockenwinkelposition von 0 Grad im Kurvenbild 531 entspricht. Das Kurvenbild 617 zeigt den gelernten Ausstoßnockenwinkel-Versatz für die auf spät verstellte Position, die der Ausstoßnockenwinkelposition von 45 Grad im Kurvenbild 531 entspricht. Somit werden zwei Werte gelernt: einer für eine vollständig auf spät verstellte Position und einer für eine vollständig auf früh verstellte Position. Der Anfangszustand des gelernten Ausstoßnockenwinkel-Versatzes war null. Die Zuwächse werden konservativ kalibriert, so dass während der fünfminütigen Dauer der beispielhaften Fahrzeugdaten 500 das Lernen nicht konvergiert.
Um eine längere Datei zu simulieren, welche dem Algorithmus ermöglichen kann zu konvergieren, wurden die Daten mehrere Male unter Verwendung des letzten gelernten Wertes als Ausgangswert für den nächsten Durchlauf wiederholt. 7 zeigt ein Diagramm 700, das die Ergebnisse einer solchen Simulation veranschaulicht. Fahrzeugdaten 500 wurden in das Steuerungssystem 200 eingegeben und wiederholt, bis sich der geschätzte Ausstoßnockenwinkel-Versatz um weniger als einen vorgegebenen Betrag (0,01 Grad Kurbelwinkel) änderte. Das Kurvenbild 707 zeigt den geringen Nockenwinkelversatz, der dem in Bereichen niedriger Empfindlichkeit (insbesondere für einen Nockenwinkel unter 7 Grad Kurbelwinkel) gelernten Nockenwinkel entspricht. Das Kurvenbild 709 zeigt den hohen Nockenwinkelversatz, der dem in Bereichen hoher Empfindlichkeit (insbesondere für einen Nockenwinkel über 35 Grad Kurbelwinkel) gelernten Nockenwinkel entspricht.
Wie oben erläutert, kann ein LKV-Fehler, welcher teilweise auf einen Ausstoßnockenverstellungsfehler zurückzuführen ist, eine kleine Ausstoßnockenwinkel-Korrektur in Bereichen hoher Empfindlichkeit und eine große Ausstoßnockenwinkel-Korrektur in Bereichen niedriger Empfindlichkeit lernen. Tatsächlich zeigt das Kurvenbild 707, dass die Nockenwinkelkorrektur niedriger Empfindlichkeit gegen 4,3 Grad konvergiert, während das Kurvenbild 709 zeigt, dass die Nockenwinkelkorrektur hoher Empfindlichkeit gegen 2,7 Grad konvergiert. Ein zusammengesetzter Versatz kann durch Mittelung der beiden konvergierten Werte bestimmt werden. Für das Beispiel von Diagramm 700 würde ein solcher zusammengesetzter Versatz 3,5 Grad Kurbelwinkel betragen.
Als eine Ausführungsform umfasst ein Verfahren das Lernen von Nockenwinkelkorrekturen, um einen gemessenen Nockenwinkel in Reaktion auf Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Fehler zu aktualisieren, unter ausgewählten Bedingungen, und das Lernen von Luft- und Kraftstoffzuführungsfehlern in Reaktion auf den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Fehler andernfalls. In einem Beispiel beinhalten die ausgewählten Bedingungen, dass ein gemessener Nockenwinkel über einem Schwellenwert liegt. In einem anderen Beispiel beinhalten die ausgewählten Bedingungen, dass eine Schätzung des Ethanolanteils konvergiert hat. In einem anderen Beispiel beinhalten die ausgewählten Bedingungen einen Einspritzdüsen-Steigungsfehler. In noch einem anderen Beispiel beinhalten die ausgewählten Bedingungen, dass die Nockenwinkelkorrekturen für einen festgelegten Zeitraum innerhalb eines Toleranzbandes konvergieren. In einem anderen Beispiel beinhalten die ausgewählten Bedingungen, dass der gemessene Nockenwinkel über einem Schwellenwert bzw. unter dem Schwellenwert liegt, wobei die Nockenwinkelkorrekturen eine erste Korrektur, die oberhalb des Schwellenwertes gelernt wird, und eine zweite Korrektur, die unterhalb des Schwellenwertes gelernt wird, beinhalten. In noch einem anderen Beispiel beinhalten die festgelegten Bedingungen, dass eine Kraftstoffmasse unter einem Schwellenwert liegt, wobei die Kraftstoffmasse Kanister-Ablassdampf und Dampf der Kurbelgehäuseentlüftung umfasst.
Die Nockenwinkelkorrekturen werden aus stationären Modellen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf der Basis von Schätzungen der Luftladung gelernt. Die Nockenwinkelkorrekturen beinhalten ferner einen zusammengesetzten Wert, der aus dem Mittelwert der ersten Korrektur und der zweiten Korrektur gebildet wird. In einem Beispiel handelt es sich bei dem gemessenen Nockenwinkel um einen oder mehrere Ausstoßnockenwinkel. In einem anderen Beispiel handelt es sich bei dem gemessenen Nockenwinkel um einen oder mehrere Ansaugnockenwinkel. In einem anderen Beispiel handelt es sich bei dem gemessenen Nockenwinkel um einen oder mehrere Ausstoßnockenwinkel und einen oder mehrere Ansaugnockenwinkel.
Als andere Ausführungsform umfasst das Verfahren das Erzeugen einer ersten Schätzung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf der Basis von Kraftmaschinenbetriebsbedingungen, das Erzeugen einer zweiten Schätzung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf der Basis geänderter Kraftmaschinenbetriebsbedingungen, das Erzeugen eines ersten Fehlers auf der Basis der ersten Schätzung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und eines gemessenen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das Erzeugen eines zweiten Fehlers auf der Basis der zweiten Schätzung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und der ersten Schätzung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das Erzeugen einer Nockenwinkelkorrektur auf der Basis des ersten Fehlers und des zweiten Fehlers sowie das Aktualisieren einer Nockenwinkelmessung auf der Basis der Nockenwinkelkorrektur. In einem Beispiel beinhalten die geänderten Kraftmaschinenbetriebsbedingungen eine geänderte Nockenwinkelmessung auf der Basis einer Störung der Nockenwinkelmessung.
Zum Beispiel umfasst das Erzeugen der Nockenwinkelkorrektur auf der Basis des ersten Fehlers und des zweiten Fehlers das Integrieren eines Produkts des ersten Fehlers und des zweiten Fehlers. Der erste Fehler und der zweite Fehler werden mit Tiefpassfiltern einer Tiefpassfilterung unterzogen. In einem Beispiel wird die Nockenwinkelkorrektur mit einer hohen Anpassungsverstärkung vor einer Konvergenz der Nockenwinkelkorrektur und einer niedrigen Anpassungsverstärkung nach der Konvergenz der Nockenwinkelkorrektur erzeugt.
In einem Beispiel ist die Nockenwinkelmessung eine Ausstoßnockenwinkel-Messung. In einem anderen Beispiel ist die Nockenwinkelmessung eine Ansaugnockenwinkel-Messung. In noch einem anderen Beispiel umfasst die Nockenwinkelmessung eine oder mehrere Ausstoßnockenwinkel-Messungen und eine oder mehrere Ansaugnockenwinkel-Messungen.
Als andere Ausführungsform umfasst ein System zum Steuern einer Kraftmaschine eine Steuerung, die mit in einem nichtflüchtigen Speicher gespeicherten Anweisungen konfiguriert ist, welche, wenn sie ausgeführt werden, bewirken, dass die Steuerung unter ausgewählten Bedingungen Nockenwinkelkorrekturen in Reaktion auf Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Fehler lernt. In einem Beispiel beinhalten die ausgewählten Bedingungen, dass eine Schätzung des Ethanolanteils konvergiert hat und/oder eine Nockenwinkelmessung über einem Schwellenwert liegt. Die Steuerung ist ferner mit in einem nichtflüchtigen Speicher gespeicherten Anweisungen konfiguriert, welche, wenn sie ausgeführt werden, bewirken, dass die Steuerung in Reaktion darauf, dass die Nockenwinkelkorrekturen für einen festgelegten Zeitraum innerhalb eines Toleranzbandes verbleiben, eine Nockenwinkelmessung auf der Basis der Nockenwinkelkorrekturen aktualisiert.
Es ist zu beachten, dass die hier angeführten beispielhaften Steuerungs- und Schätzroutinen für verschiedenste Kraftmaschinen- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerverfahren und -routinen können in Form ausführbarer Anweisungen in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sein. Die hier beschriebenen speziellen Routinen können eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien repräsentieren, etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Mehrprogrammbetrieb (Multitasking), Mehrstrangbetrieb (Multithreading) und ähnliche. Daher können verschiedene der veranschaulichten Schritte, Operationen und/oder Funktionen in der dargestellten Abfolge oder parallel ausgeführt oder gegebenenfalls auch ausgelassen werden. In ähnlicher Weise ist die Abarbeitungsreihenfolge nicht zwingend erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erzielen, sondern ist diese lediglich zur besseren Veranschaulichung und Beschreibung vorgesehen. Eine(r) oder mehrere der dargestellten Schritte und/oder Funktionen können, abhängig von der jeweils verfolgten Strategie, wiederholt ausgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Schritte, Operationen und/oder Funktionen in grafischer Form Code repräsentieren, der in den nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums im Kraftmaschinensteuerungssystem programmiert werden muss.
Es versteht sich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht im einschränkenden Sinne zu verstehen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. So kann die vorstehend beschriebene Technologie auf Kraftmaschinen des Typs V-6, I-4, I-6 oder V-12 sowie 4-Zylinder-Boxermotoren und andere Kraftmaschinentypen angewendet werden. Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen sowie andere hier offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
Die nachfolgenden Patentansprüche zeigen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen auf, die als neu und nicht offensichtlich angesehen werden. Diese Patentansprüche können auf „ein” Element oder „ein erstes” Element oder das Äquivalent davon verweisen. Solche Patentansprüche sind so zu verstehen, dass sie die Einbeziehung von einem oder mehreren solcher Elemente beinhalten, wobei zwei oder mehr solcher Elemente weder erforderlich sind noch ausgeschlossen werden. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung oder Ergänzung der vorliegenden Patentansprüche beansprucht werden oder durch Präsentation neuer Patentansprüche in dieser oder einer verwandten Patentanmeldung. Solche Patentansprüche werden, ganz gleich, ob diese weiter oder enger gefasst, gleich oder unterschiedlich im Hinblick auf den Schutzbereich der ursprünglichen Patentansprüche sind, ebenfalls als vom Erfindungsgegenstand der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen angesehen.

Claims

Verfahren, welches umfasst: Lernen von Nockenwinkelkorrekturen, um einen gemessenen Nockenwinkel in Reaktion auf Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Fehler zu aktualisieren, unter ausgewählten Bedingungen; und Lernen von Luft- und Kraftstoffzuführungsfehlern in Reaktion auf den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Fehler andernfalls.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die ausgewählten Bedingungen beinhalten, dass ein gemessener Nockenwinkel über einem Schwellenwert liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die ausgewählten Bedingungen eine konvergierte Schätzung des Ethanolanteils beinhalten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die ausgewählten Bedingungen einen Einspritzdüsen-Steigungsfehler beinhalten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die ausgewählten Bedingungen beinhalten, dass die Nockenwinkelkorrekturen für einen festgelegten Zeitraum innerhalb eines Toleranzbandes konvergieren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die ausgewählten Bedingungen beinhalten, dass der gemessene Nockenwinkel über einem Schwellenwert bzw. unter dem Schwellenwert liegt, und wobei die Nockenwinkelkorrekturen eine erste Korrektur, die oberhalb des Schwellenwertes gelernt wird, und eine zweite Korrektur, die unterhalb des Schwellenwertes gelernt wird, beinhalten.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Nockenwinkelkorrekturen ferner einen zusammengesetzten Wert beinhalten, der aus dem Mittelwert der ersten Korrektur und der zweiten Korrektur gebildet wird
Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem gemessenen Nockenwinkel um einen oder mehrere Ausstoßnockenwinkel handelt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem gemessenen Nockenwinkel um einen oder mehrere Ansaugnockenwinkel handelt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die festgelegten Bedingungen beinhalten, dass eine Kraftstoffmasse unter einem Schwellenwert liegt, wobei die Kraftstoffmasse Kanister-Ablassdampf und Dampf der Kurbelgehäuseentlüftung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Nockenwinkelkorrekturen aus stationären Modellen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf der Basis von Schätzungen der Luftladung gelernt werden.
Verfahren, welches umfasst: Erzeugen einer ersten Schätzung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf der Basis von Kraftmaschinenbetriebsbedingungen; Erzeugen einer zweiten Schätzung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf der Basis geänderter Kraftmaschinenbetriebsbedingungen; Erzeugen eines ersten Fehlers auf der Basis der ersten Schätzung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und eines gemessenen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses; Erzeugen eines zweiten Fehlers auf der Basis der zweiten Schätzung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und der ersten Schätzung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses; Erzeugen einer Nockenwinkelkorrektur auf der Basis des ersten Fehlers und des zweiten Fehlers; und Aktualisieren einer Nockenwinkelmessung auf der Basis der Nockenwinkelkorrektur.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die geänderten Kraftmaschinenbetriebsbedingungen eine geänderte Nockenwinkelmessung auf der Basis einer Störung der Nockenwinkelmessung beinhalten.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Erzeugen der Nockenwinkelkorrektur auf der Basis des ersten Fehlers und des zweiten Fehlers das Integrieren eines Produkts des ersten Fehlers und des zweiten Fehlers umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der erste Fehler und der zweite Fehler einer Tiefpassfilterung mit Tiefpassfiltern unterzogen werden.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Nockenwinkelkorrektur mit einer hohen Anpassungsverstärkung vor einer Konvergenz der Nockenwinkelkorrektur und einer niedrigen Anpassungsverstärkung nach der Konvergenz der Nockenwinkelkorrektur erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Nockenwinkelmessung wenigstens eine Ausstoßnockenwinkel-Messung und wenigstens eine Ansaugnockenwinkel-Messung umfasst.
System zum Steuern einer Kraftmaschine, welches eine Steuerung umfasst, die mit in einem nichtflüchtigen Speicher gespeicherten Anweisungen konfiguriert ist, welche, wenn sie ausgeführt werden, bewirken, dass die Steuerung unter ausgewählten Bedingungen Nockenwinkelkorrekturen in Reaktion auf Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Fehler lernt.
System nach Anspruch 18, wobei die Steuerung ferner mit in einem nichtflüchtigen Speicher gespeicherten Anweisungen konfiguriert ist, welche, wenn sie ausgeführt werden, bewirken, dass die Steuerung in Reaktion darauf, dass die Nockenwinkelkorrekturen für einen festgelegten Zeitraum innerhalb eines Toleranzbandes verbleiben, eine Nockenwinkelmessung auf der Basis der Nockenwinkelkorrekturen aktualisiert.
System nach Anspruch 18, wobei die ausgewählten Bedingungen wenigstens eines von einer konvergierten Schätzung des Ethanolanteils und einer Nockenwinkelmessung über einem Schwellenwert beinhalten.