DE112017002792T5 - Drehmomentschätzung bei der Motorsteuerung - Google Patents

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Ihab S. Soliman
James J. Daley
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Tula Technology Inc
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Abstract

Bei einem Aspekt wird ein Verfahren beschrieben. Ein Motorbetriebsdrehmoment wird berechnet. Der Motor wird mit Skip Fire oder Zündungshöhenmodulation zur Bereitstellung des Motorbetriebsdrehmoments betrieben. Ein Motorbezugsdrehmoment wird unter Verwendung eines Drehmomentmodells berechnet. Das Drehmomentmodell beinhaltet die Schätzung des Drehmoments auf einer Arbeitskammerebene. Das Motorbezugsdrehmoment wird mit dem berechneten Motorbetriebsdrehmoment dahingehend verglichen, die Genauigkeit der Berechnung des Motorbetriebsdrehmoments einzuschätzen. Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung binden Software, Vorrichtungen, Systeme und Motorsteuerungen ein, die mit einem oder mehreren der obigen Operationen in Zusammenhang stehen.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 2. Juni 2016 eingereichten US-Patentanmeldung Nr. 15/171,931 , auf die hier Bezug genommen wird.
  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Motorsteuerungssystem für einen Verbrennungsmotor. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Systeme und Verfahren zur Schätzung der Drehmomentabgabe eines Motors im Skip Fire(Zylinderdeaktivierung/-aktivierung)- oder Zündungshöhenmodulationsbetrieb.
  • HINTERGRUND
  • Bei verschiedenen herkömmlichen Motorsystemen berechnet das elektronische Steuergerät (ECU) des Fahrzeugs, wenn eine Anforderung von Motordrehmoment detektiert wird (z. B. unter Verwendung eines Fahrpedalsensors), ein Motorbetriebsdrehmoment, das die Drehmomentanforderung erfüllen würde. Der Motor wird dann dahingehend betrieben, das Solldrehmoment bereitzustellen.
  • Verschiedene Motorsysteme umfassen des Weiteren eine Drehmomentsicherungsüberwachungsvorrichtung. Die Drehmomentsicherungsüberwachungsvorrichtung ist dazu ausgeführt, die Genauigkeit des berechneten Motorbetriebsdrehmoments sicherzustellen. Im Allgemeinen berechnet die Drehmomentsicherungsüberwachungsvorrichtung separat das Motorbetriebsdrehmoment basierend auf den Einstellungen, die zum Betrieb des Motors verwendet werden. Wenn sich das von der Drehmomentsicherungsüberwachungsvorrichtung berechnete Motordrehmoment beträchtlich von der Ausgangsberechnung unterscheidet, kann die Drehmomentsicherungsüberwachungsvorrichtung anzeigen, dass es ein Problem mit dem Berechnungsprozess, den Motoreinstellungen und/oder der Motorsteuerung gibt.
  • Die Kraftstoffeffizienz von Verbrennungsmotoren kann durch Variieren des Hubraums des Motors stark verbessert werden. Dies gestattet, dass das gesamte Drehmoment bei Bedarf zur Verfügung steht, kann jedoch in starkem Maße Pumpverluste reduzieren und den thermischen Wirkungsgrad durch Nutzung eines kleineren Hubraums, wenn nicht das gesamte Drehmoment erforderlich ist, verbessern. Das heutzutage gebräuchlichste Verfahren der Implementierung eines Motors mit variablem Hubraum besteht darin, eine Gruppe von Zylindern im Wesentlichen gleichzeitig zu deaktivieren. Bei diesem Ansatz werden die Einlass- und die Auslassventile, die zu den deaktivierten Zylindern gehören, geschlossen gehalten und den deaktivierten Zylindern wird kein Kraftstoff zugeführt.
  • Ein weiterer Motorsteuerungsansatz, der den effektiven Hubraum eines Motors variiert, wird als „Skip Fire“-Motorsteuerung bezeichnet. Im Allgemeinen wird bei einer Skip Fire-Motorsteuerung das selektive Auslassen der Zündung gewisser Zylinder während ausgewählter Zündungsgelegenheiten beabsichtigt. Somit kann ein bestimmter Zylinder während eines Motorzyklus gezündet werden und kann dann während des nächsten Motorzyklus ausgelassen und dann während des nächsten selektiv ausgelassen oder gezündet werden. Skip Fire-Motorbetrieb unterscheidet sich von einer herkömmlichen Steuerung eines Motors mit variablem Hubraum, bei der ein festgelegter Satz von Zylindern im Wesentlichen gleichzeitig deaktiviert wird und deaktiviert bleibt, solange der Motor in demselben Modus mit variablem Hubraum bleibt. Das bedeutet, dass bei herkömmlichem Betrieb mit variablem Hubraum die Folge spezieller Zylinderzündungen für jeden Motorzyklus stets genau gleich ist, solange der Motor in demselben Hubraummodus bleibt, wohingegen dies während Skip Fire-Betrieb oftmals nicht der Fall ist. Beispielsweise kann ein Achtzylindermotor mit variablem Hubraum die Hälfte der Zylinder (d. h. 4 Zylinder) deaktivieren, so dass er lediglich unter Einsatz der verbleibenden 4 Zylinder betrieben wird. Derzeit verfügbare im Handel erhältliche Motoren mit variablem Hubraum unterstützen in der Regel lediglich zwei oder höchstens drei Modi mit konstantem Hubraum.
  • Im Allgemeinen ermöglicht der Skip Fire-Motorbetrieb eine feinere Steuerung des effektiven Motorhubraums als unter Verwendung eines herkömmlichen Ansatzes mit variablem Hubraum möglich ist. Beispielsweise führt das Zünden jedes dritten Zylinders in einem Vierzylindermotor zu einem effektiven Hubraum, der ein Drittel des gesamten Motorhubraums beträgt, wobei es sich um einen anteiligen Hubraum handelt, der durch einfaches Deaktivieren eines Satzes von Zylindern nicht erzielbar ist. Theoretisch kann nahezu jeglicher effektiver Hubraum unter Verwendung von Skip Fire-Steuerung erzielt werden, obgleich in der Praxis die meisten Implementierungen den Betrieb auf einen Satz verfügbarer Zündungsanteile, -folgen oder -muster beschränken. Eine der Anmelderinnen, Tula Technology, hat eine Reihe von Patenten eingereicht, die verschiedene Ansätze zur Skip Fire-Steuerung beschreiben. Beispielsweise beschreiben US-Patent Nr. 8,099,224 ; 8,464,690 ; 8,651,091 ; 8,839,766 ; 8,869,773 ; 9,020,735 ; 9,086,020 ; 9,120,478 ; 9,175,613 ; 9,200,575 ; 9,200,587 ; 9,291,106 ; 9,399,964 und eine Vielfalt an Motorsteuerungen, die für einen praktischen Betrieb einer großen Vielfalt an Verbrennungsmotoren in einem dynamischen Skip Fire-Betriebsmodus sorgen. Auf jedes dieser Patente wird hier Bezug genommen. Viele dieser Patente beziehen sich auf die dynamische Skip Fire-Steuerung, bei der Zündungsentscheidungen, ob ein bestimmter Zylinder während eines bestimmten Arbeitszyklus auszulassen oder zu zünden ist, in Echtzeit getroffen werden - oftmals kurz vor Beginn des Arbeitszyklus und oftmals auf einer Basis von Zündungsgelegenheit zu Zündungsgelegenheit eines einzelnen Zylinders.
  • Bei einigen Anwendungen, die als Multi-Höhen-Skip Fire bezeichnet werden, können einzelne Zündungs-Arbeitszyklen während des Skip Fire-Betriebs absichtlich mit verschiedenen Zylinderabgabehöhen betrieben werden - das bedeutet unter Verwendung absichtlich verschiedener Luftladungs- und entsprechender Kraftstoffzufuhrhöhen. Bei Multi-Höhen-Skip Fire werden die verschiedenen Zündungshöhen während des Betriebs bei zumindest einigen effektiven Zündungsanteilen verteilt eingesetzt. Beispielsweise beschreibt das US-Patent Nr. 9,399,964 , auf das hiermit Bezug genommen wird, einige solcher Ansätze. Das Konzept der Steuerung einzelner Zylinder, das bei dynamischem Skip Fire eingesetzt wird, kann auch auf dynamischen Multi-Ladungshöhen-Motorbetrieb angewendet werden, bei dem alle Zylinder gezündet werden, jedoch einzelne Arbeitszyklen verteilt absichtlich mit verschiedenen Zylinderabgabehöhen betrieben werden. Dynamischer Skip Fire-, dynamischer Multi-Höhen-Skip Fire- und dynamischer Multi-Ladungshöhen-Motorbetrieb können zusammengefasst als verschiedene Arten des Motorbetriebs mit dynamischer Zündungshöhenmodulation angesehen werden, bei dem die Abgabe jedes Arbeitszyklus (z. B. Skip/Fire, hoch/niedrig, Skip/hoch/niedrig usw.) während des Betriebs des Motors, in der Regel auf einer Basis von Arbeitszyklus zu Arbeitszyklus (Zündungsgelegenheit zu Zündungsgelegenheit) eines einzelnen Zylinders, dynamisch bestimmt wird.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Es werden eine Auswahl an Verfahren und Anordnungen zur Schätzung des Motordrehmoments in einem Skip Fire-Motorsteuerungssystem mit Eignung als Drehmomentsicherungsüberwachungsvorrichtung beschrieben. In einem Aspekt wird ein Verfahren beschrieben. Ein Motorbetriebsdrehmoment wird berechnet. Der Motor wird mit Skip Fire oder Zündungshöhenmodulation zur Bereitstellung des Motorbetriebsdrehmoments betrieben. Ein Motorbezugsdrehmoment wird unter Verwendung eines Drehmomentmodells berechnet. Das Drehmomentmodell beinhaltet die Schätzung des Drehmoments auf einer Arbeitskammereben. Das Motorbezugsdrehmoment wird mit dem berechneten Motorbetriebsdrehmoment dahingehend verglichen, die Genauigkeit der Berechnung des Motorbetriebsdrehmoments einzuschätzen. Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung binden Software, Vorrichtungen, Systeme und Motorsteuerungen ein, die mit einem oder mehreren der obigen Operationen in Zusammenhang stehen.
  • Figurenliste
  • Die Erfindung und deren Vorteile werden am besten durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen verstanden; in den Zeichnungen zeigt:
    • 1 ein Blockdiagramm einer Motorsteuerung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • In den Zeichnungen werden gelegentlich gleiche Bezugszeichen zur Bezeichnung gleicher Strukturelemente verwendet. Es versteht sich, dass die Darstellungen in den Figuren schematisch und nicht maßstabsgerecht sind.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Skip Fire- und Zündungshöhenmodulationsmotorsteuerungssysteme. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Steuerungen, Systeme und Verfahren zur Schätzung des Motordrehmoments für einen Motor mit Skip Fire- oder Zündungshöhenmodulationsbetrieb mit Eignung zur Verwendung bei einer Drehmomentsicherungsüberwachungsvorrichtung.
  • Bei verschiedenen bestehenden Fahrzeugkonstruktionen schätzt die Motorsteuerung des Fahrzeugs, wenn ein Fahrer das Fahrpedal betätigt, wie viel Motordrehmoment zur Erfüllung der Anfoderungen des Fahrers erforderlich sein wird. Verschiedene Motoreinstellungen (z. B. Luftmassenladung, Luft/KraftstoffVerhältnis, Zündzeitpunktvorverstellung usw.) werden basierend auf der Motordrehmomentschätzung ausgewählt. Basierend auf den Einstellungen wird der Motor dann dahingehend betrieben, das geschätzte Motordrehmoment bereitzustellen.
  • Verschiedene Fahrzeugkonstruktionen umfassen des Weiteren eine Drehmomentsicherungsüberwachungsvorrichtung. Die Drehmomentsicherungsüberwachungsvorrichtung ist ein Diagnosewerkzeug, das ein Motorbezugsdrehmoment basierend auf den obigen ausgewählten Motoreinstellungen berechnet. Die Drehmomentsicherungsüberwachungsvorrichtung verwendet das Motorbezugsdrehmoment zur Überprüfung der Genauigkeit der anfänglichen Motordrehmomentschätzung. Wenn die Differenz zwischen dem Motorbetriebsdrehmoment und dem Motorbezugsdrehmoment zu groß ist, kann die Drehmomentsicherungsüberwachungsvorrichtung bestimmen, dass es ein Problem mit dem Motor, den Motoreinstellungen oder der Motorsteuerung gibt.
  • Im Allgemeinen erfolgt bei herkömmlichen Motorsteuerungskonstruktionen, wenn die Drehmomentsicherungsüberwachungsvorrichtung das Motorbezugsdrehmoment berechnet, die Berechnung auf der Motorebene anstatt der Ebene der einzelnen Zylinder. Das bedeutet, dass Differenzen bei den Bedingungen und Einstellungen für die einzelnen Zylinder nicht berücksichtigt werden und die Drehmomentabgabe für einen einzigen oder durchschnittlichen Zylinder nicht moduliert wird. Dieser Ansatz funktioniert im Allgemeinen gut bei einem herkömmlichen Motorsystem, bei dem alle Zylinder zünden, und reflektiert die Tatsache, dass alle Zylinder bei solch einem System im Wesentlichen gleich betrieben werden und dieselben Eigenschaften aufweisen, d. h. jeder Zylinder wird während jedes Motorzyklus unter Verwendung ähnlicher Einstellungen gezündet. Somit gibt es wenig Grund, dass die Drehmomentsicherungsüberwachungsvorrichtung die Eigenschaften der einzelnen Zylinder berücksichtigt.
  • Es ist jedoch bestimmt worden, dass derartige Ansätze bei Anwendung auf Skip Fire-Motorsteuerungssysteme möglicherweise nicht optimal sind. Dies liegt daran, dass die Arbeitskammern bei einer Skip Fire-Motorsteuerung unterschiedlich betrieben werden können. Beispielsweise kann eine Arbeitskammer zu einem gegebenen Zeitpunkt öfter als eine andere Arbeitskammer zwischen Auslassungen und Zündungen wechseln. Im Gegensatz zu herkömmlichen Motoren mit Zündung aller Zylinder, bei denen jede Arbeitskammer während jedes Arbeitszyklus gezündet wird, können verschiedene Arbeitskammern bei einem Skip Fire-Motorsteuerungssystem unterschiedliche Zündungshistorien aufweisen. Zu ähnlichen Problemen kommt es, wenn die Zylinder mit verschiedenen Zündungshöhen betrieben werden können.
  • Diese Unterschiede bei der Zündungshistorie können dazu führen, dass verschiedene Arbeitskammern bei einem Skip Fire-Motorsteuerungssystem unterschiedliche Betriebsparameter und -bedingungen aufweisen, z. B. unterschiedliche Temperaturen, Luftmassenladung, Vorzündungseinstellungen, Luft/Kraftstoff-Verhältnisse usw. Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung berücksichtigen diese Unterschiede bei der Bestimmung eines Motorbezugsdrehmoments, z. B. wird bei einigen Ansätzen das Motordrehmoment dadurch geschätzt, dass zunächst das Drehmoment auf der Ebene einer Arbeitskammer geschätzt wird. Dadurch kann das Motordrehmoment für ein Skip Fire-Motorsteuerungssystem genauer bestimmt werden.
  • Tula Technologies hat zuvor eine Auswahl an Skip Fire-Steuerungen beschrieben. In 1 wird eine geeignete Skip Fire-Steuerung 10 funktional dargestellt. Die dargestellte Skip Fire-Steuerung 10 umfasst eine Drehmomentberechnungsvorrichtung 20 (die auch gelegentlich als eine Motordrehmomentbestimmungseinheit 20 bezeichnet wird), eine Zündungsanteil- und Antriebsstrangeinstellungenbestimmungseinheit 30, eine Übergangseinstellungseinheit 40, eine Zündungszeitpunktbestimmungseinheit 50 und ein Diagnosemodul 165. Zu Darstellungszwecken wird die Skip Fire-Steuerung 10 separat von dem Motorsteuergerät (ECU) 70, das die angesteuerten Zündungen implementiert und die genauen Komponentensteuerungen bereitstellt, gezeigt. Es versteht sich jedoch, dass die Funktionalität der Skip Fire-Steuerung 10 bei vielen Ausführungsformen in das ECU 70 integriert sein kann. Die Integration der Skip Fire-Steuerung in ein ECU oder eine Antriebsstrangsteuerungseinheit ist erwartungsgemäß sogar die am weitesten verbreitete Implementierung.
  • Die Drehmomentberechnungsvorrichtung 20 ist dazu ausgeführt, das Motorsolldrehmoment zu einem gegebenen Zeitpunkt basierend auf einer Anzahl an Eingaben zu bestimmen. Die Drehmomentberechnungsvorrichtung gibt ein angefordertes Drehmoment 21 an die Zündungsanteil- und Antriebsstrangeinstellungenbestimmungseinheit 30 aus. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann das angeforderte Drehmoment 21 als ein Motordrehmomentanteil (ETF - Engine Torque Fraction) angegeben sein, bei dem es sich um den Anteil des potentiell zur Verfügung stehenden Motordrehmoments, der gewünscht wird, anstatt um einen absoluten Drehmomentwert handelt. Die Zündungsanteil- und Antriebsstrangeinstellungenbestimmungseinheit 30 ist dazu ausgeführt, einen Zündungsanteil zu bestimmen, der für die Bereitstellung des Solldrehmoments basierend auf den gegenwärtigen Betriebsbedingungen geeignet ist, und gibt einen Sollbetriebszündungsanteil 33 aus, der für die Bereitstellung des Solldrehmoments angemessen ist. Die Einheit 30 bestimmt des Weiteren ausgewählte Motorbetriebseinstellungen (z. B. Krümmerdruck 31, Nockensteuerung (CAM) 32, Drehmomentwandlerschlupf usw.), die für die Bereitstellung des Solldrehmoments bei dem bestimmten Zündungsanteil angemessen sind.
  • Die Zündungsanteil- und Antriebsstrangeinstellungenbestimmungseinheit 30 kann eine große Vielfalt an Ansätzen zur Bestimmung der angemessenen Motoreinstellungen für jegliche bestimmten Betriebsbedingungen verwenden. Beispielhaft wird als Nächstes ein geeigneter Ansatz kurz beschrieben, obgleich es sich versteht, dass auch eine große Vielfalt anderer Ansätze verwendet werden könnte. Bei dem beschriebenen Ansatz wird zunächst ein kraftstoffeffizienter Basiszündungsanteil (FFBasis) basierend auf dem Motordrehmomentanteil(ETF)-Signal 21 bestimmt. Bei vielen Implementierungen wählt die Zündungsanteil- und Motor- und Antriebsstrangeinstellungenbestimmungseinheit unter einem Satz im Voraus definierter Zündungsanteile, für die relativ gutes NVH-Verhalten bestimmt wurde, aus.
  • Sobald der Basiszündungsanteil festgelegt worden ist, kann ein Zylinderdrehmomentanteil (CTF - Cylinder Torque Fraction) durch Dividieren von EFT durch FFBasis bestimmt werden. D. h.: CTF = EFT/FF Basis
    Figure DE112017002792T5_0001
  • Der CTF und die Motordrehzahl können dann als Angaben für eine Nachschlagetabelle, die die effizienteste Nockeneinstellung angibt, verwendet werden. Basierend auf der Nockeneinstellung und der Motordrehzahl kann ein Zieleinlasskrümmerdruck (-MAP - Manifold Absolute Pressure) bestimmt werden. Die Zylinderluftmassenladung (-MAC - Mass Air Charge) kann basierend auf den Nockeneinstellungen, dem Krümmerdruck und der Motordrehzahl bestimmt werden. Eine Kraftstoffsollmasse kann dann basierend auf dem MAC und stöchiometrischen Überlegungen bestimmt werden und jegliche Einstellungen für die Zündzeitpunktsteuerung können festgelegt werden.
  • Wenn die Zündungsanteil- und Motor- und Antriebsstrangeinstellungenbestimmungseinheit aus einem Satz im Voraus definierter Zündungsanteile auswählt, gibt es zeitweise Übergänge zwischen Sollbetriebszündungsanteilen. Beobachtungen zufolge sind Übergänge zwischen Betriebszündungsanteilen die Ursache unerwünschter NVH. Die Übergangseinstellungseinheit 40 ist dazu ausgeführt, den angesteuerten Zündungsanteil und gewisse Motoreinstellungen (z. B. Nockenwellenwinkel, Drosselklappenstellung, Einlasskrümmerdruck, Drehmomentwandlerschlupf usw.) während Übergängen dahingehend einzustellen, die Abschwächung eines Teils der mit dem Übergang in Zusammenhang stehenden NVH zu unterstützen.
  • Die Zündungszeitpunktbestimmungseinheit 50 ist zur Bestimmung des für die Bereitstellung des Sollzündungsanteils spezifischen Zeitpunkts der Zündungen verantwortlich. Die Zündungssequenz kann unter Verwendung eines geeigneten Ansatzes bestimmt werden. Bei einigen bevorzugten Implementierungen erfolgen die Zündungsentscheidungen dynamisch auf der Basis von Zündungsgelegenheit zu Zündungsgelegenheit eines einzelnen Zylinders, wodurch eine sehr schnelle Implementierung gewünschter Änderungen gestattet wird. Eine Auswahl an Zündungszeitpunktbestimmungseinheiten, die sich gut zur Bestimmung angemessener Zündfolgen basierend auf einem möglicherweise zeitlich variierenden angeforderten Zündungsanteil oder einer Motorleistung eignen, sind zuvor von Tula beschrieben worden. Viele derartige Zündungszeitpunktbestimmungseinheiten basieren auf einem Sigma-Delta-Wandler, der sich gut zum Treffen von Zündungsentscheidungen auf einer Basis von Zündungsgelegenheit zu Zündungsgelegenheit eignet. Bei anderen Implementierungen können Mustergeneratoren oder im Voraus definierte Muster dazu verwendet werden, die Bereitstellung des Sollzündungsanteils zu ermöglichen.
  • Die Drehmomentberechnungsvorrichtung 20 empfängt eine Reihe von Eingaben, die das Motorsolldrehmoment zu einem beliebigen Zeitpunkt beeinflussen oder vorgeben können. Bei Kraftfahrzeuganwendungen ist eine der Haupteingaben in die Drehmomentberechnungsvorrichtung das Fahrpedalstellung(APP - Accelerator Pedal Position)-Signal 24, das die Stellung des Fahrpedals angibt. Bei einigen Implementierungen wird das Fahrpedalstellungssignal direkt von einem Fahrpedalstellungssensor (nicht gezeigt) empfangen, wohingegen bei anderen ein optionaler Vorprozessor 22 das Fahrpedalsignal vor der Übertragung an die Skip Fire-Steuerung 10 modifizieren kann. Andere Haupteingaben können von anderen Funktionsblöcken, wie z. B. einem Fahrgeschwindigkeitsregler (CCS-Befehl 26), der Getriebesteuerung (AT-Befehl 27), einer Traktionsregelungeinheit (TCU-Befehl 28) usw. kommen. Es gibt auch eine Reihe von Faktoren, wie z. B. die Motordrehzahl, die die Drehmomentberechnung beeinflussen können. Wenn solche Faktoren bei den Drehmomentberechnungen verwendet werden, werden auch die angemessenen Eingaben, wie z. B. Motordrehzahl (RPM-Signal 29) bereitgestellt oder sind nach Bedarf von der Drehmomentberechnungsvorrichtung beschaffbar.
  • Weiterhin kann es bei einigen Ausführungsformen wünschenswert sein, Energie-/Drehmomentverluste in dem Triebstrang und/oder die bzw. das zum Antrieb von Motornebenaggregaten, wie z. B. der Klimaanlage, der Lichtmaschine/dem Generator, der Servolenkungspumpe, von Wasserpumpen, Unterdruckpumpen und/oder einer beliebigen Kombination aus diesen und anderen Komponenten, erforderliche Energie/Drehmoment zu berücksichtigen. Bei solchen Ausführungsformen kann die Drehmomentberechnungsvorrichtung dazu ausgeführt sein, entweder solche Werte zu berechnen oder eine Angabe zu den zugehörigen Verlusten zu empfangen, so dass sie während der Berechnung des Solldrehmoments angemessen berücksichtigt werden können.
  • Die Art der Drehmomentberechnung variiert mit dem Betriebszustand des Fahrzeugs. Beispielsweise kann das Solldrehmoment bei Normalbetrieb hauptsächlich auf der Fahrereingabe basieren, die durch das Fahrpedalstellungssignal 24 reflektiert werden kann. Bei Betrieb mit Fahrgeschwindigkeitsregelung kann das Solldrehmoment hauptsächlich auf der Eingabe von einem Fahrgeschwindigkeitsregler basieren. Wenn ein Getriebeschaltvorgang unmittelbar bevorsteht, kann eine Getriebeschaltdrehmomentberechnung zur Bestimmung des Solldrehmoments während des Schaltvorgangs verwendet werden. Wenn eine Traktionsregelung oder dergleichen ein mögliches Traktionsverlustereignis anzeigt, kann ein Traktionsregelungsalgorithmus dazu verwendet werden, das Solldrehmoment zum Managen des Ereignisses angemessen zu bestimmen. Unter einigen Umständen kann das Herunterdrücken eines Bremspedals eine spezielle Motordrehmomentsteuerung hervorrufen. Wenn andere Ereignisse auftreten, die eine bemessene Steuerung der Motorleistung erfordern, kann bzw. können angemessene Steueralgorithmen oder eine angemessene Steuerlogik zur Bestimmung des Solldrehmoments während derartiger Ereignisse verwendet werden. In jeglichen dieser Situationen können die erforderlichen Drehmomentbestimmungen auf für die bestimmte Situation angemessene Art und Weise erfolgen. Beispielsweise können die angemessenen Drehmomentbestimmungen algorithmisch erfolgen, und zwar unter Verwendung angemessener Logik, unter Verwendung festgelegter Werte, unter Verwendung gespeicherter Profile, unter Verwendung jeglicher Kombinationen der Vorstehenden und/oder unter Verwendung eines anderen geeigneten Ansatzes. Die Drehmomentberechnungen für spezielle Anwendungen können durch die Drehmomentberechnungsvorrichtung selbst erfolgen oder können durch andere Komponenten (in oder außerhalb des ECU) erfolgen und einfach der Drehmomentberechnungsvorrichtung zur Implementierung weitergeleitet werden.
  • Die Zündungsanteil- und Antriebsstrangeinstellungenbestimmungseinheit 30 empfängt ein Signal 21 des angeforderten Drehmoments von der Drehmomentberechnungsvorrichtung 20 und andere Eingaben, wie z. B. die Motordrehzahl 29 und verschiedene Antriebsstrangbetriebsparameter und/oder Umgebungsbedingungen, die für die Bestimmung eines für die Bereitstellung des angeforderten Drehmoments unter den gegenwärtigen Bedingungen angemessenen Betriebszündungsanteils 33 nützlich sind. Antriebsstrangparameter umfassen unter anderem die Drosselklappenstellung, den Nockenphasenwinkel, den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, den Zündzeitpunkt, den Drehmomentwandlerschlupf, den Getriebegang usw. Der Zündungsanteil gibt den Anteil oder Prozentsatz von Zündungen, die zur Bereitstellung der Sollleistung verwendet werden sollen, an. Bei einigen Ausführungsformen kann der Zündungsanteil als eine analoge Eingabe in einen Sigma-Delta-Wandler betrachtet werden. Oftmals ist die Zündungszeitpunktbestimmungseinheit auf einen bestimmten Satz zur Verfügung stehender Zündungsanteile, -muster oder -folgen beschränkt, die zumindest zum Teil basierend auf ihrem vergleichsweise wünschenswerteren NVH-Verhalten ausgewählt wurden (der hier gelegentlich zusammenfassend allgemein als der Satz zur Verfügung stehender Zündungsanteile bezeichnet wird). Es gibt eine Reihe von Faktoren, die den Satz zur Verfügung stehender Zündungsanteile beeinflussen können. Diese umfassen in der Regel das angeforderte Drehmoment, die Zylinderlast, die Motordrehzahl (z. B. U/min) und den gegenwärtigen Getriebegang. Sie können möglicherweise auch verschiedene Umgebungsbedingungen, wie z. B. Umgebungsdruck oder -temperatur, und/oder andere ausgewählte Antriebsstrangparameter umfassen. Der Zündungszeitpunktbestimmungsaspekt der Einheit 30 ist dazu ausgeführt, den Sollbetriebszündungsanteil 33 basierend auf derartigen Faktoren und/oder beliebigen anderen Faktoren, die der Konstrukteur der Skip Fire-Steuerung als wichtig betrachten kann, auszuwählen. Beispielhaft werden in US-Patent Nr.: 9.086,020 und 9,528,446 and US-Patentanmeldung Nr. 13/963,686 , 14/638,908 und 62/296,451 , auf die hier jeweils Bezug genommen wird, einige geeignete Zündungsanteilbestimmungseinheiten beschrieben.
  • Die Anzahl an zur Verfügung stehenden Zündungsanteilen/- mustern und die Betriebsbedingungen, während denen sie eingesetzt werden können, können basierend auf verschiedenen Konstruktionszielen und NVH-Überlegungen stark variieren. In einem bestimmten Beispiel kann die Zündungsanteilbestimmungseinheit dazu ausgeführt sein, zur Verfügung stehende Zündungsanteile auf einen Satz von 29 möglichen Betriebszündungsanteilen - wobei es sich jeweils um einen Anteil mit einem Nenner von 9 oder weniger handelt - d. h. 0, 1/9, 1/8, 1/7, 1/6, 1/5, 2/9, 1/4, 2/7, 1/3, 3/8, 2/5, 3/7, 4/9, 1/2, 5/9, 4/7, 3/5, 5/8, 2/3, 5/7, 3/4, 7/9, 4/5, 5/6, 6/7, 7/8, 8/9 und 1, zu beschränken. Jedoch kann bei gewissen (eigentlich den meisten) Betriebsbedingungen der Satz zur Verfügung stehender Zündungsanteile reduziert sein und manchmal ist der zur Verfügung stehende Satz stark reduziert. Im Allgemeinen ist der Satz zur Verfügung stehender Zündungsanteile tendenziell in niedrigeren Gängen und bei geringeren Motordrehzahlen kleiner. Beispielsweise kann es Betriebsbereiche geben (z. B. nahe an Leerlauf und/oder im ersten Gang), wo der Satz zur Verfügung stehender Zündungsanteile auf lediglich zwei zur Verfügung stehende Anteile - (z. B. 1/2 oder 1) oder auf lediglich 4 mögliche Zündungsanteile - z. B. 1/3, 1/2, 2/3 und 1 beschränkt ist. Natürlich können die zulässigen Zündungsanteile/-muster für verschiedene Betriebsbedingungen bei anderen Ausführungsformen stark variieren.
  • Wenn der zur Verfügung stehende Satz von Zündungsanteilen beschränkt ist, müssen in der Regel verschiedene Antriebsstrangbetriebsparameter, wie z. B. Luftmassenladung (MAC) und/oder Zündzeitpunktsteuerung, dahingehend variiert werden, eine Übereinstimmung der Motoristleistung mit der Sollleistung sicherzustellen. Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform ist diese Funktionalität in die Antriebsstrangeinstellungenkomponente der Einheit 30 integriert. Bei anderen Ausführungsformen kann sie in Form eines Antriebsstrangparametereinstellmoduls (nicht gezeigt), das mit einer Zündungsanteilberechnungsvorrichtung zusammenwirkt, implementiert sein. In jedem Fall bestimmt die Antriebsstrangeinstellungenkomponente der Einheit 30 oder das Antriebsstrangparametereinstellmodul ausgewählte Antriebsstrangparameter, die zur Sicherstellung, dass die Motoristleistung im Wesentlichen mit der angeforderten Motorleistung bei dem angesteuerten Zündungsanteil übereinstimmt und dass die Räder das Sollbremsmoment empfangen, angemessen sind. Drehmomentwandlerschlupf kann in die Bestimmung angemessener Antriebsstrangparameter aufgenommen werden, da eine Erhöhung des Drehmomentwandlerschlupfs im Allgemeinen die wahrgenommenen NVH verringert. In Abhängigkeit von der Beschaffenheit des Motors kann die Luftladung auf viele Arten gesteuert werden. Am weitesten verbreitet ist die Steuerung der Luftladung durch Steuern des Einlasskrümmerdrucks und/oder der Nockenphase (wenn der Motor einen Nockenwinkelversteller oder einen anderen Mechanismus zur Steuerung der Ventilsteuerzeiten aufweist). Jedoch können, wenn verfügbar, auch andere Mechanismen, wie z. B. Ventilstöße, luftdruckverstärkende Vorrichtungen, wie z. B. Turbolader oder Auflader, Luftverdünnungsmechanismen, wie z. B. Abgasrückführung, oder andere Mechanismen zur Unterstützung der Einstellung der Luftladung verwendet werden. Bei der dargestellten Ausführungsform wird die Sollluftladung in Bezug auf einen Einlasskrümmersolldruck (MAP) 31 und eine gewünschte Nockenwelleneinstellung 32 angegeben. Wenn natürlich andere Komponenten zur Unterstützung der Regulierung der Luftladung verwendet werden, können auch für jene Komponenten Werte angegeben werden.
  • Das Zündungszeitpunktbestimmungsmodul 50 ist dazu ausgeführt, eine Folge von Zündungsbefehlen 52 auszugeben, die bewirken, dass der Motor den durch einen angesteuerten Zündungsanteil 48 vorgegebenen Prozentsatz an Zündungen bereitstellt. Das Zündungszeitpunktbestimmungsmodul 50 kann in vielen verschiedenen Formen vorliegen. Beispielhaft funktionieren Sigma-Delta-Wandler gut als das Zündungszeitpunktbestimmungsmodul 50. Eine Reihe von Tula's Patenten und Patentanmeldungen beschreiben verschiedene geeignete Zündungszeitpunktbestimmungsmodule, darunter eine große Vielfalt verschiedener Sigma-Delta-Wandler, die gut als das Zündungszeitpunktbestimmungsmodul funktionieren. Siehe z. B. US-Patent Nr. 7,577,511, 7,849,835, 7,886,715, 7,954,474, 8,099,224, 8,131,445, 8,131,447, 8,839,766 und 9,200,587 . Die Folge von Zündungsbefehlen (die gelegentlich als ein Steuerimpulssignal 52 bezeichnet wird), die von dem Zündungszeitpunktbestimmungsmodul 50 ausgegeben wird, kann an ein Motorsteuergerät (ECU) 70 oder ein anderes Modul, wie z. B. eine Verbrennungssteuerung (in 1 nicht gezeigt), die die eigentlichen Zündungen leitet, weitergeleitet werden. Ein wesentlicher Vorteil der Verwendung eines Sigma-Delta-Wandlers oder einer analogen Struktur besteht darin, dass er bzw. sie an sich eine Akkumulatorfunktion umfasst, die den Teil einer Zündung, der angefordert, jedoch noch nicht bereitgestellt wurde, verfolgt. Eine derartige Anordnung unterstützt gleichmäßige Übergänge durch Berücksichtigung der Auswirkungen vorheriger Zündung/Nicht-Zündung-Entscheidungen.
  • Wenn eine Änderung des Zündungsanteils von der Einheit 30 angesteuert wird, wird es oftmals (eigentlich in der Regel) wünschenswert sein, gleichzeitig eine Änderung der Luftmassenladung (MAC) des Zylinders anzusteuern. Wie oben erörtert wird, erfolgen Änderungen bei der Luftladung tendenziell langsamer als Änderungen bei dem Zündungsanteil implementiert werden können, aufgrund der mit dem Füllen oder Leeren des Einlasskrümmers und/oder dem Einstellen der Nockenphase einhergehenden Wartezeiten. Die Übergangseinstellungseinheit 40 ist dazu ausgeführt, den angesteuerten Zündungsanteil sowie verschiedene Betriebsparameter, wie z. B. die angesteuerte Nockenphase und den angesteuerten Krümmerdruck, während Übergängen derart einzustellen, dass unbeabsichtigte plötzliche Drehmomentanstiege oder -abfälle während des Übergangs gemildert werden. Das bedeutet, dass sich die Übergangseinstellungseinheit zumindest um die Ziel-Nockenphase, -Krümmerdruck und -Zündungsanteile während der Übergänge zwischen angesteuerten Zündungsanteilen kümmert. Es kann des Weiteren andere Antriebsstrangparameter, wie z. B. Drehmomentwandlerschlupf, steuern.
  • Das Diagnosemodul 165 ist dazu ausgeführt, eine Reihe von Skip Fire-bezogenen Diagnoseprüfungen durchzuführen. Diese können fehlzündungsbezogene Diagnoseprüfungen, zylinderventilbetätigungsbezogene Diagnoseprüfungen, abgasbezogene Diagnoseprüfungen usw. umfassen.
  • Die gewünschten Einstellungen für viele der Antriebsstrangbetriebsparameter stehen miteinander in Zusammenhang und werden zum Teil basierend auf der erwarteten Motorbetriebsdrehmomentabgabe bestimmt. Somit wird der von der Drehmomentberechnungsvorrichtung 20 bestimmte Betriebsdrehmomentanteil von der Zündungsanteil- und Antriebsstrangeinstellungenbestimmungseinheit 30 bei der Bestimmung der verschiedenen Betriebsparameter, die während des Skip Fire-Betriebs eingesetzt werden, verwendet. Es besteht jedoch immer die Möglichkeit, dass die Betriebsdrehmomentberechnung falsch sein könnte. Falls die Drehmomentberechnung aus irgendeinem Grund falsch ist, wären die verschiedenen Antriebsstrangeinstellungen wahrscheinlich nicht optimal. Somit ist es wünschenswert, eine unabhängige Bezugsschätzung/-berechnung des Motordrehmoments bereitzustellen, die zur Überprüfung der Hauptberechnung verwendet werden kann. Für den höchsten Nutzungsgrad verwendet die Motordrehmomentbezugsberechnung vorzugsweise eine andere Methodik zur Schätzung des Motordrehmoments als die Drehmomenthauptberechnung, die von der Drehmomentberechnungsvorrichtung 20 oder der Zündungsanteil- und/oder Antriebsstrangeinstellungenbestimmungseinheit 30 verwendet wird. Die unabhängige Schätzung kann von einem Diagnosemodul 165, der Drehmomentberechnungsvorrichtung 20, dem ECU 70 oder von einem beliebigen anderen geeigneten Modul durchgeführt werden.
  • Bei einigen Ausführungsformen (wie z. B. der oben beschriebenen Ausführungsform) nutzt die Zündungsanteil- und Antriebsstrangeinstellungenbestimmungseinheit 30 Drehmomentschätzungen auf Motorebene als Basis für die Bestimmung verschiedener Motoreinstellungen. In solchen Fällen kann es wünschenswert (jedoch nicht notwendig) sein, das Motorbezugsdrehmoment auf Ebene der Arbeitskammer anstatt nur auf Motorebene zu bestimmen. Bei anderen Ausführungsformen könnte die Bezugsdrehmomentberechnung auf einer Motorzyklusbasis oder in einem zeitabhängigen Fenster, das als zur Beibehaltung von Sicherheit relevant befunden wird, wie z. B. alle 500 ms, erfolgen. Es versteht sich, dass die angemessene Bezugsdrehmomentberechnung für die Drehmomentsicherungsfunktion mit sowohl (a) der Art der Betriebsdrehmomentberechnung (da es wünschenswert ist, einen Bezugsdrehmomentberechnungsansatz zu verwenden, der sich von dem Betriebsdrehmomentberechnungsansatz unterscheidet); als auch (b) Drehmomentsicherungsfunktionskonstruktionsüberlegungen variieren wird. Die Bezugsdrehmomentberechnung kann auf verschiedene Arten erfolgen. Bei verschiedenen Ausführungsformen verwendet das Diagnosemodul 165 beispielsweise einen Algorithmus, eine Formel oder ein Modell zur Bestimmung des Drehmoments einer einzelnen oder durchschnittlichen Arbeitskammer und skaliert oder modifiziert dann die bestimmte Arbeitskammerabgabe (z. B. basierend auf einem Zündungsanteil) zur Berechnung einer Drehmomentabgabe für den Motor als Ganzes. Bei verschiedenen Ausführungsformen basiert das Modell/der Algorithmus auf verschiedenen Betriebsparametern, darunter unter anderem MAC, Luft/Kraftstoff-Verhältnis, Zündzeitpunktvorverstellung und Motordrehzahl. Bei anderen Implementierungen wird das Drehmoment jeder einzelnen Arbeitskammer separat berechnet und dann werden die berechneten Drehmomentabgaben für die Arbeitskammern zur Bestimmung eines Motorbezugsdrehmoments summiert. Das bedeutet, dass die unterschiedlichen Betriebsparameter (z. B. unterschiedliche MAC, unterschiedliche Zündzeitpunktvorverstellung, unterschiedliches Luft/KraftstoffVerhältnis usw.), die zum Betrieb des Motors verwendet werden, überwacht und zur Bestimmung der Drehmomentabgabe jeder Arbeitskammer wendet werden können. Derartige Ansätze gestatten, dass das Diagnosemodul 165 die unterschiedlichen Zündungshistorien und Bedingungen verschiedener Arbeitskammern bei einem Skip Fire-Motorsteuerungssystem berücksichtigt.
  • Unterschiedliche Zündungshistorien können die Betriebsparameter und -bedingungen in einzelnen Arbeitskammern verschiedenartig beeinflussen. Beispielsweise wird ein Beispiel betrachtet, in dem die Zündungsanteilbestimmungseinheit 30 bestimmt, dass ein Zündungsanteil von 4/7 das Solldrehmoment bereitstellen würde. In diesem Beispiel verwendet das Zündungszeitpunktbestimmungsmodul 50 einen Sigma-Delta-Wandler zur Erzeugung einer Skip Fire-Zündfolge, bei der Zündungen und Auslassungen in einem im Wesentlichen gleichmäßigen Abstand erfolgen, obgleich die Folge auch unter Verwendung anderer Methoden erzeugt werden kann. Im Laufe der Zeit werden verschiedene Arbeitskammern unter Verwendung anderer Muster als bei anderen Arbeitskammern gezündet und ausgelassen. Beispielsweise kann für einen bestimmten Zeitraum eine Arbeitskammer mehr Male hintereinander vor einer Auslassung gezündet werden als eine andere Arbeitskammer.
  • Wenn eine Arbeitskammer mehrmals hintereinander gezündet wird, ist ihre Innentemperatur tendenziell höher. Dies kann die Einstellungen und Betriebsparameter für die Arbeitskammer beeinflussen. Wenn die Temperatur der Arbeitskammer heißer ist, wird beispielsweise Luft nicht so leicht in die Arbeitskammer gesaugt, als wenn die Temperatur kühler wäre. Dies kann zu einer geringeren Luftmassenladung für diese spezielle Arbeitskammer im Vergleich zu anderen Arbeitskammern führen.
  • Es können sich auch Differenzen bei einer Vielfalt von anderen Betriebsparametern ergeben. Beispielsweise gestattet eine Zündzeitpunktvorverstellung allgemein, dass eine Arbeitskammer mehr Energie erzeugt. Wenn der Zündzeitpunkt jedoch zu weit vorverstellt wird, kann die Wahrscheinlichkeit einer Detonation zunehmen. Detonationen sind in der Regel größer, wenn die Drücke und Temperaturen in einer Arbeitskammer hoch sind. Somit kann, wenn eine Arbeitskammer aufgrund mehrfacher Zündungen hintereinander weg heißer wird, der Zündzeitpunkt weniger weit vorverstellt werden als bei einer Arbeitskammer mit einer anderen Zündungshistorie, d. h. bei der es zwischen Auslassungen weniger hintereinander weg erfolgende Zündungen gibt.
  • Das Diagnosemodul 165 kann dazu ausgeführt sein, die obigen Unterschiede bei Zündungshistorien, Arbeitskammerbetriebsparametern und -bedingungen bei der Bestimmung des Arbeitskammerbezugsdrehmoments zu berücksichtigen. Beispielsweise sind bei einigen Implementierungen unterschiedliche Zündungshistorien und Betriebsparameter der Arbeitskammern basierend auf dem Zündungsanteil bekannt. Das bedeutet, dass für verschiedene Zündungsanteile bekannt ist, inwieweit sich Parameter, wie z. B. Zündzeitpunktvorverstellung und MAC, zwischen verschiedenen Arbeitskammern unterscheiden. Um dies zu berücksichtigen, berechnet das Diagnosemodul eine Drehmomentabgabe für jede Arbeitskammer. Bei der Berechnung werden Betriebsparameter (z. B. Zündzeitpunktvorverstellung, MAC, usw.) angenommen, bei denen es sich um den Durchschnitt der verschiedenen bekannten Parameter für mehrere Arbeitskammern handelt, und dann werden für jede Arbeitskammer Anpassungen vorgenommen. Alternativ dazu können einzelne Betriebsparameter für jede einzelne Arbeitskammer bestimmt werden. Diese Parameter können mit der Zündungshistorie der Arbeitskammer und auch mit anderen Motorparametern, wie z. B. dem Zündungsanteil, variieren.
  • Zur Wiederholung, es versteht sich, dass die Drehmomentistabgabe einer bestimmten Arbeitskammer bei Skip Fire-Betrieb zwischen verschiedenen Motorzyklen variieren kann, selbst bei stationärem Betrieb des Motors. Dies liegt zum Teil daran, dass die Zündungshistorie des einzelnen Zylinders oftmals von Motorzyklus zu Motorzyklus anders ist. Wenn beispielsweise ein Vier- oder Achtzylindermotor mit einem Zündungsanteil von 2/3 stationär betrieben wird, hat jeder Zylinder in der Regel eine Zündfolge, die FFSFFSFFSFFS.... (wobei F = Zündung und S = Auslassung) entspricht, obgleich der Takt der Folgen für die verschiedenen Zylinder variiert. Bei dieser Folge ist die Drehmomentabgabe des Zylinders bei der Zündung, die unmittelbar auf die Auslassung folgt, größer als bei der Zündung, die unmittelbar auf eine vorherige Zündung folgt. Diese Unterschiede können ohne Weiteres bei den Drehmomentabgabeberechnungen für einzelne Arbeitskammern berücksichtigt werden.
  • Das Drehmoment und die Betriebsparameter der Arbeitskammer können unter Verwendung einer geeigneten Methode, eines geeigneten Modells, eines geeigneten Algorithmus oder einer geeigneten Formel bestimmt werden. Beispielsweise wird bei einigen Ausführungsformen die Luftmassenladung unter Verwendung einer Eingabe von einem Luftdurchsatzmesser und/oder unter Verwendung einer Geschwindigkeitsdichtenberechnung berechnet. Wie in der anhängigen US-Patentanmeldung Nr. 13/794,157 beschrieben wird, kann ein Skip Fire-Betrieb die Genauigkeit dieser allseits bekannten MAC-Bestimmungsverfahren gefährden. Bei einigen Ausführungsformen können die Verfahren zur MAC-Bestimmung, die in der US-Patentanmeldung Nr. 13/794,157 , auf die hier in ihrer Gesamtheit Bezug genommen wird, beschrieben werden, verwendet werden. Ein oder mehrere Betriebsparameter können auch auf den Motorparametern, die tatsächlich zum Betrieb des Motors verwendet werden, basieren, z. B. auf einer Eingabe von der Antriebsstrangeinstellungsbestimmungseinheit 30 basieren. Nachfolgend werden einige Beispiele der Formeln, die zur Berechnung der Betriebsparameter und des Arbeitskammerbezugsdrehmoments verwendet werden, beschrieben.
  • Sobald das Arbeitskammerbezugsdrehmoment bestimmt worden ist, verwendet das Diagnosemodul 165 das Arbeitskammerbezugsdrehmoment zur Bestimmung des Motorbezugsdrehmoments. Bei einigen Ausführungsformen bestimmt das Diagnosemodul 165 ein Motornettodrehmoment (z. B. das gesamte an den Motor angelegte Drehmoment, das durch Reibung oder Pumpverluste verlorengegangenes Drehmoment beinhaltet) sowie ein Motorbremsmoment (z. B. von dem Motor erzeugtes Drehmoment, nachdem Pumpverluste und Reibung berücksichtigt wurden). Zur Schätzung des Motorbremsmoments bestimmt das Diagnosemodul 165 die Auswirkungen der Reibung/Pumpverluste (z. B. durch Reibung verursachte Drehmomentverluste). Bei verschiedenen Ausführungsformen bestimmt das Diagnosemodul 165 die Auswirkungen von Reibung basierend auf dem Skip Fire-Zündungsanteil.
  • Das Diagnosemodul 165 ist dazu ausgeführt, dann das berechnete Motorbezugsbremsmoment mit dem von der Motordrehmomentbestimmungseinheit 20 berechneten Betriebsdrehmoment zu vergleichen. Bei verschiedenen Ausführungsformen bestimmt das Diagnosemodul 165, wenn die Diskrepanz zwischen zwei Werten einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, dass z. B. in dem Motor oder der Motorsteuerung ein Fehler vorliegen kann. Bei einigen Ausführungsformen sendet das Diagnosemodul 165 ein Signal, das verursacht, dass eine Warnung oder ein Signal z. B. auf dem Armaturenbrett eines Fahrzeugs angezeigt wird, um anzuzeigen, dass das Problem angegangen werden sollte. Dieses Warnsignal kann auch in ein OBD-System des Fahrzeugs integriert sein.
  • Die Motordrehmomentbestimmungseinheit 20, die Zündungsanteil- und Antriebsstrangeinstellungenbestimmungseinheit 30, das Zündungszeitpunktbestimmungsmodul 50, das Diagnosemodul 165 und die anderen dargestellten Komponenten von 1 können in vielfältigen verschiedenen Formen vorliegen und ihre Funktionalitäten können als Alternative in ein ECU integriert sein oder von anderen stärker integrierten Komponenten, von Unterkomponentengruppen oder durch die Verwendung einer großen Vielfalt alternativer Ansätze bereitgestellt werden. Bei verschiedenen alternativen Implementierungen können diese Funktionsblöcke algorithmisch unter Verwendung eines Mikroprozessors, ECU oder einer anderen Rechenvorrichtung, unter Verwendung analoger oder digitaler Komponenten, unter Verwendung programmierbarer Logik, unter Verwendung von Kombinationen aus den Vorstehenden und/oder auf eine beliebige andere geeignete Art und Weise erzielt werden.
  • Die Skip Fire-Steuerung 70 und das ECU wirken für einen Skip Fire-Betrieb des Motors zusammen. Eine große Vielfalt an Skip Fire-Motorsteuerungsverfahren kann verwendet werden. Im Allgemeinen zieht eine Skip Fire-Motorsteuerung das selektive Auslassen der Zündung gewisser Zylinder während ausgewählter Zündungsgelegenheiten in Betracht. Somit kann ein bestimmter Zylinder während eines Motorzyklus gezündet werden und kann dann während des nächsten Motorzyklus ausgelassen und dann während des nächsten selektiv ausgelassen oder gezündet werden. Auf diese Art und Weise ist eine noch feinere Steuerung des effektiven Motorhubraums möglich. Beispielsweise führt das Zünden jedes dritten Zylinders in einem Vierzylindermotor zu einem effektiven Hubraum, der ein Drittel des gesamten Motorhubraums beträgt, wobei es sich um einen anteiligen Hubraum handelt, der durch einfaches Deaktivieren eines Satzes von Zylindern nicht erzielbar ist. Gleichermaßen führt das Zünden jedes zweiten Zylinders in einem Dreizylindermotor zu einem effektiven Hubraum von 1/2, wobei es sich um einen anteiligen Hubraum handelt, der durch einfaches Deaktivieren eines Satzes von Zylindern nicht erzielbar ist. Das US-Patent Nr. 8,131,445 (das von der Rechtsnachfolgerin der vorliegenden Anmeldung eingereicht wurde und auf das hier in seiner Gesamtheit Bezug genommen wird) lehrt verschiedene Skip Fire-Motorsteuerung-Implementierungen.
  • Wie oben erörtert wird, ist das Diagnosemodul 165 (oder eine andere geeignete Komponente) dazu ausgeführt, eine oder mehrere unabhängige Bezugsschätzungen/-berechnungen, die das Motordrehmoment angeben, bereitzustellen, die zur Bereitstellung einer Überprüfung der Hauptberechnung verwendet werden können. Wenn die Differenz zwischen den beiden Werten einen Schwellenwert überschreitet, kann ein angemessenes Fehlerkennzeichen in den OBD-Systemen gesetzt werden. Wenn die Differenz hoch genug ist, kann der Fahrer durch die Aktivierung einer Motor-Warnleuchte oder den Einsatz eines anderen angemessenen Fahrerbenachrichtigungsmechanismus gewarnt werden.
  • Wie für den Fachmann verständlich ist, kann die Drehmomentabgabe eines Zylinders verschiedenartig berechnet werden, und es gibt eine Vielfalt verschiedener Parameter, die im Allgemeinen das erwartete Drehmoment eines Zylinders angeben. Somit muss es sich bei der bzw. den Bezugsüberprüfung (en) nicht notwendigerweise um eine direkte Drehmomentberechnung handeln. Stattdessen kann die Bezugsüberprüfung für einen beliebigen Parameter erfolgen, der im Allgemeinen für das Motordrehmoment repräsentativ ist, und der Bezugswert kann mit dem entsprechenden Wert, der von der Skip Fire-Steuerung 10 bei der Bestimmung der verschiedenen Motoreinstellungen verwendet wird, verglichen werden.
  • Beispielsweise wird, wie in der Technik allseits bekannt ist, oftmals die Luftmassenladung (MAC) eines Zylinders bei Zylinderdrehmomentberechnungen verwendet und kann gelegentlich stellvertretend für die Angabe der erwarteten Zylinderdrehmomentabgabe verwendet werden. Somit können Parameter, wie die MAC, die eine Motorleistung angeben, von dem Diagnosemodul bei der Bezugsüberprüfung bestimmt und mit den Werten der entsprechenden Parameter, die von der Skip Fire-Steuerung 10 verwendet werden, verglichen oder in Werte, die von der Skip Fire-Steuerung verwendet werden, umgewandelt und damit verglichen werden. Wenn die Skip Fire-Steuerung beispielsweise Parameter, wie z. B. Motordrehmomentanteil (ETF) oder Zylinderdrehmomentanteil (CTF) gemäß obiger Beschreibung verwendet, können die von der Diagnoseeinheit 165 als Bezugsüberprüfung berechneten Werte in ETF oder CTF umgewandelt und mit den entsprechenden Werten, die von der Skip Fire-Steuerung 10 verwendet werden, verglichen werden oder umgekehrt.
  • Beispielhaft besteht ein spezieller Bezugsüberprüfungsansatz darin, einen Nettomitteldruck (NMEP - Net Mean Effective Pressure) jeder gezündeten Arbeitskammer zu berechnen. Der NMEP kann auf verschiedene Art und Weise bestimmt werden. Beispielhaft kann oftmals eine Polynomgleichung zur Berechnung des NMEP innerhalb eines erwarteten Zylinderbetriebsbereichs erstellt werden. Beispielsweise wird nachstehend eine beispielhafte Formel zur Bestimmung des NMEP einer durchschnittlichen gezündeten Arbeitskammer angegeben: NMEP = − 1,0694 − 0,0046082 a − 0,11426 b + 0,0090753 b 2 + 14,6983 c − 1,4779 c 2 + 0,059602 ac − 0,00070015 a 2 c + 0,15207 ac 2 − 00012281 d + ( 3,1081 * 10 − 8 ) d 2 − 0,00049374 cd
    Figure DE112017002792T5_0002
    wobei a = Zündzeitpunktvorverstellung (0-60° BTDC), b = Luft/Kraftstoff-Verhältnis (AFR), c = MAC (g/Zyl/Zyk) und d = Motordrehzahl (U/min). Um Gl. 1 zur Bestimmung von NMEP zu verwenden, müssen die vier einzusetzenden Variablen bestimmt werden. Die Zündzeitpunktvorverstellung (Variable „a“ in Gl. 1) kann von der Antriebsstrangeinstellungenbestimmungseinheit 30 erhalten werden. Die Motordrehzahl (Variable „d“ in Gl. 1) kann von einem Kurbelwellendrehzahlsensor bestimmt werden. Die MAC (Variable „c“ in Gl. 1) kann unter Verwendung einer von einem Nockenphasensensor erfassten Nockenphase, eines von einem Einlasskrümmerdrucksensor erfassten Einlasskrümmerdrucks, einer von einem Temperatursensor erfassten Lufttemperatur und einer von einem Kurbelwellendrehungssensor erfassten Motordrehzahl bestimmt werden. Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis (Variable „b“ in Gl. 1) kann direkt unter Verwendung eines stromabwärts des Motors in einem Auslasssystem positionierten Sensors gemessen werden. Wenn alle Variablen bekannt sind, kann Gl. 1 zur Bestimmung des NMEP für den durchschnittlichen gezündeten Arbeitszyklus für eine bestimmte Arbeitskammer verwendet werden. Unter Verwendung des bekannten Zündungsanteils kann das Motorbetriebsdrehmoment basierend auf den Drehmomenten (NMEP), die von den einzelnen Arbeitskammern erzeugt werden, bestimmt werden. Es versteht sich, dass die oben angegebene NMEP-Formel lediglich ein Beispiel ist und dass die Art des verwendeten Polynoms und der tatsächlichen Werte der verwendeten Konstanten für irgendeine bestimmte Motorkonstruktion variieren. Wie oben erörtert wird, kann diese Berechnung alternativ dazu von Zylinder zu Zylinder erfolgen und die Ergebnisse der gezündeten Zylinder können zur Bestimmung des Nettodrehmoments des Motors summiert werden.
  • Ein weiterer Bezugsüberprüfungsansatz wäre die Berechnung von MAC basierend auf einem Polynom auf eine ähnliche Art und Weise. Beispielsweise könnte eine motorspezifische Formel für MAC wie folgt aussehen: MAC = − 0,50137 + 7,1986 e − 05 * a+0 ,090317*b − 0,0035901 * b ∧ 2 + 0,073815 * c − 0,00034443 * c ∧ 2 − 0,00049097 * a*c+2 ,3724e − 06 * a ∧ 2 * c − 2 ,8312e − 05 * a*c ∧ 2 + 2,2408 e − 05 * d − 5,1431 e − 09 * d ∧ 2 + 2,7313 e − 06 * c*d;
    Figure DE112017002792T5_0003
    wobei: a = Zündzeitpunktvorverstellung (0-60 BTDC), b = Luft/Kraftstoff-Verhältnis (AFR), c = NMEP (Bar) und d = U/min. In diesem Beispiel kann der durchschnittliche erwartete Wert für NMEP bei der MAC-Berechnung verwendet werden.
  • Als Nächstes wird ein bestimmter Bezugsüberprüfungsansatz beschrieben. Bei dieser Ausführungsform bestimmt das Diagnosemodul 165 ein Motorbezugsdrehmoment unter Verwendung eines Drehmomentmodells, wobei das Drehmomentmodell Schätzen des Drehmoments auf der Arbeitskammerebene beinhaltet. Das bedeutet, dass das Diagnosemodul 165 eine geschätzte Drehmomenthöhe, die eine einzelne (gezündete) Arbeitskammer erzeugt, zum Zwecke der Beurteilung der Genauigkeit des in Schritt 210 berechneten Motordrehmoments bestimmt. Die Auswirkung von negativem Drehmoment eines nicht gezündeten, ausgelassenen Zylinders kann auch bei der Motorbezugsdrehmomentberechnung einbezogen werden. (Es wird angenommen, dass herkömmliche Motorsysteme Drehmoment zu diesem Zweck nicht auf der Arbeitskammerebene schätzen.) Das Arbeitskammerdrehmoment kann ein beliebiger Wert, der dem Arbeitskammerdrehmoment entspricht, dazu proportional ist oder dieses darstellt, sein. Beispielsweise wird bei einigen der hier beschriebenen Beispiele der Nettomitteldruck (NMEP) für eine Arbeitskammer berechnet, obgleich irgend ein anderer geeigneter Wert verwendet werden kann, z. B. indizierter Mitteldruck (IMEP - Indicated Mean Effective Pressure), Zylinderdrehmomentanteil (CTF) usw.
  • Zur Bestimmung des Arbeitskammerdrehmoments bestimmt das Diagnosemodul 165 verschiedene Betriebsparameter, wie z. B. Zündzeitpunktvorverstellung, Luft/Kraftstoff-Verhältnis, Luftmassenladung und Motordrehzahl (z. B. obige Variablen a-d). Die Variablen werden im Allgemeinen unter Verwendung eines anderen Verfahrens als jenes, das zur Bestimmung des Motorbetriebsdrehmoments verwendet wird, berechnet, um eine unabhängige Schätzung des Motordrehmoments bereitzustellen.
  • Beispielsweise kann die Luftmassenladung auf verschiedene Art und Weise bestimmt werden. Jegliches bekanntes Luftmassenladungsberechnungsverfahren kann verwendet werden, z. B. Methoden, die die Eingabe von einem Luftdurchsatzmesser einbeziehen, können anstatt eines geschwindigkeitsdichtenbasierten Ansatzes verwendet werden. Alternativ dazu kann der Ansatz, der in der anhängigen US-Patentanmeldung Nr. 13/794,157 , auf die hier in ihrer Gesamtheit Bezug genommen wird, beschrieben wird, verwendet werden. Anstatt der Messung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gemäß obiger Beschreibung kann eine Kraftstoffladung basierend auf einem Einspritzventilverhaltensverlauf berechnet werden. Unter Verwendung eines MAC-Werts, der durch ein beliebiges bekanntes Verfahren berechnet wird, kann ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis bestimmt werden.
  • Es versteht sich, dass sich die MAC zwischen aufeinanderfolgenden Zündungen, insbesondere bei Motoren mit einer geringeren Anzahl an Arbeitskammern, d. h. Drei- und Vierzylindermotoren, stark unterscheiden kann. Man betrachte den Fall eines Vierzylindermotors, der mit einem Zündungsanteil von 3/4 betrieben wird. In diesem Fall hat die erste Zündung nach der ausgelassenen Zündungsgelegenheit eine relativ hohe MAC, die zweite Zündung eine mittelmäßige MAC und die dritte und letzte Zündung eine niedrigere MAC. Der Einlasskrümmer füllt sich dann während der ausgelassenen Zündungsgelegenheit wieder auf und der Zyklus wird wiederholt.
  • Das Diagnosemodul 165 berechnet das Motorbezugsdrehmoment unter Verwendung eines Drehmomentmodells, wobei das Drehmomentmodell die Schätzung des Drehmoments auf einer Arbeitskammerebene beinhaltet. Wie zuvor beschrieben wurde, variiert die Drehmomentabgabe einer Arbeitskammer mit ihrer Zündungshistorie. Somit können die Werte der in Gl. 1 verwendeten Variablen auf bekannte Art und Weise von Arbeitskammer zu Arbeitskammer angepasst werden, um ein genaueres Motorbezugsdrehmoment bereitzustellen. Alternativ dazu können bei der Berechnung Betriebsparameter (z. B. Zündzeitpunktvorverstellung, MAC, usw.) angenommen werden, bei denen es sich um den Durchschnitt der verschiedenen bekannten Parameter für mehrere Arbeitskammern handelt, und dann werden für jede Arbeitskammer Anpassungen vorgenommen. Das Drehmomentmodell kann Gl. 1 oder ein anderes Drehmomentmodell basierend auf einer anderen Gleichung und möglicherweise andere einzusetzende Variablen verwenden. Alternativ dazu kann eine Nachschlagetabelle zur Bestimmung des Motorbezugsdrehmoments verwendet werden.
  • Nach der Schätzung des Arbeitskammerdrehmoments bestimmt das Diagnosemodul 165 ein Motorbezugsdrehmoment. In diesem bestimmten Beispiel bestimmt das Diagnosemodul 165 ein Netto-Motorbezugsdrehmoment. Das bedeutet, dass das Diagnosemodul das gesamte Drehmoment, das von dem Motor erzeugt wird (von dem ein Teil in Form von Reibung oder Pumpverlusten verlorengehen kann), bestimmt.
  • Zur Bestimmung des Netto-Motorbezugsdrehmoments wird das Arbeitskammerbezugsdrehmoment bei verschiedenen Ausführungsformen zur Bestimmung des Drehmoments auf Motorebene anstatt auf Arbeitskammerebene skaliert. Bei verschiedenen Ausführungsformen basiert die Skalierung auf einem Zündungsanteil, der zum Betrieb der Arbeitskammern des Motors verwendet wird (z. B. dem Zündungsanteil 119 von 1).
  • Das Diagnosemodul 165 bestimmt dann ein Motorbezugsbremsmoment. Das Motorbezugsbremsmoment gibt die Drehmomentabgabe des Motors an und berücksichtigt somit Faktoren wie z. B. Reibung und Pumpverluste. Bei verschiedenen Implementierungen ist das Motorbezugsbremsmoment das Netto-Motorbezugsdrehmoment minus dem durch Reibung und Pumpverluste verlorengegangenem Drehmoment.
  • Reibung kann verschiedenartig geschätzt werden. Bei einigen Ausführungsformen basiert die Reibungsschätzung beispielsweise auf dem Zündungsanteil. Dies liegt daran, dass der Zündungsanteil/die Zündungshäufigkeit das Ausmaß an Pumpverlusten und Reibung in einem Skip Fire-Motorsteuerungssystem beeinflussen können. Wenn beispielsweise mehr Arbeitskammern gezündet werden, kann es aufgrund der wiederholten Öffnung und Schließung der Einlass- und Auslassventile mehr Reibung und Pumpverluste geben. Wenn mehr Arbeitskammern ausgelassen werden, kann es geringere Pumpverluste geben, da die Ventile nicht so oft geöffnet und geschlossen werden. Anders ausgedrückt kann bzw. können die Reibungsschätzung und/oder die Berechnung des Bezugsbremsmoments basierend auf dem Netto-Bezugsdrehmoment in Abhängigkeit von dem Zündungsanteil variieren.
  • Es gibt viele andere mögliche Ursachen für Reibung und Pumpverluste. Beispielsweise können Arbeitskammern verschiedenartig ausgelassen werden. Bei verschiedenen Ansätzen ist in der Arbeitskammer eine Niederdruckfeder ausgebildet, d. h. nach dem Auslassen von Abgasen aus der Arbeitskammer in einem vorherigen Arbeitszyklus werden weder die Einlassventile noch die Auslassventile während eines nachfolgenden Arbeitszyklus geöffnet, wodurch sich ein Niederdruck/Vakuum in der Arbeitskammer bildet. Bei noch weiteren Ausführungsformen ist eine Hochdruckfeder in der ausgelassenen Arbeitskammer ausgebildet, d. h. das Austreten von Luft und/oder Abgasen aus der Arbeitskammer wird verhindert. Diese anderen Arten von Ansätzen können andere Auswirkungen auf Reibung oder Pumpverluste haben. Bei verschiedenen Ausführungsformen werden bei der Berechnung des Motorbezugsbremsmoments und der Schätzung von Reibung/Pumpverlusten diese Auswirkungen berücksichtigt.
  • Es kann ein/e beliebige/s/r geeignete/s/r Datenstruktur, Formel, Algorithmus oder Steuerungssystem zur Bestimmung des Motorbezugsbremsmoments verwendet werden. Bei einigen Ausführungsformen kann eine Nachschlagetabelle verwendet werden. Beispielsweise kann das Diagnosemodul 165 auf eine Nachschlagetabelle zurückgreifen, die den Zündungsanteil als Index verwendet und für einen gegebenen Zündungsanteil Reibung und/oder ein Motorbezugsbremsmoment angibt. Die Nachschlagetabelle kann Indizes für andere Betriebsparameter, z. B. Motordrehzahl usw., enthalten.
  • Nach der Schätzung von Reibung/Pumpverlusten durch das Diagnosemodul und/oder der Bestimmung des Motorbezugsbremsmoments vergleicht das Diagnosemodul 165 das Motorbezugs(brems)moment mit dem bei Schritt 205 bestimmten Motorbetriebsdrehmoment. Das Diagnosemodul 165 führt Diagnoseroutinen basierend auf dem Vergleich durch. Wenn beispielsweise die Differenz zwischen dem Motorbezugsbremsmoment und dem Betriebsdrehmoment einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, kann das Diagnosemodul 165 bestimmen, dass es ein Problem mit der Art und Weise der Berechnung des Motorbetriebsdrehmoments gibt. Verschiedene Diagnose-/Abhilfemaßnahmen können dann getroffen werden, z. B. kann das Diagnosemodul 165 ein Signal senden, das die Anzeige einer Warnnachricht verursacht, die angibt, dass ein Motorproblem diagnostiziert und behoben werden sollte.
  • Die in dem Verfahren beschriebenen Operationen können sehr schnell durchgeführt werden. Bei einigen Ausführungsformen werden die in dem Verfahren dargestellten Operationen beispielsweise von Zündungsgelegenheit zu Zündungsgelegenheit (oder von Arbeitszyklus zu Arbeitszyklus) durchgeführt. Bei anderen Ausführungsformen wird das Verfahren 200 nicht so häufig (z. B. von Motorzyklus zu Motorzyklus oder in einem anderen Zeitabstand, der für Diagnosemaßnahmen angemessen ist, wie beispielsweise alle 500 ms) durchgeführt.
  • Die Erfindung ist hauptsächlich im Zusammenhang mit einem Steuerungssystem für einen Viertakt-Hubkolbenmotor, der sich zur Verwendung bei Kraftfahrzeugen eignet, beschrieben worden. Es versteht sich jedoch, dass sich die beschriebenen Skip Fire-Ansätze gut zur Verwendung bei einer großen Vielfalt an Verbrennungsmotoren eignen. Diese schließen Motoren für nahezu jegliche Fahrzeugart - darunter Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Boote, Baugeräte, Luftfahrzeuge, Motorräder, Motorroller usw.; und nahezu jegliche andere Anwendung, die das Zünden von Arbeitskammern beinhaltet und einen Verbrennungsmotor einsetzt, ein. Die verschiedenen beschriebenen Ansätze funktionieren mit Motoren, die unter einer Vielzahl verschiedener thermodynamischer Zyklen betrieben werden - darunter nahezu jede Art von Zweitakt-Hubkolbenmotoren, Dieselmotoren, Ottomotoren, Doppelzyklusmotoren, Millermotoren, Atkinsonmotoren, Wankelmotoren und anderen Arten von Kreiskolbenmotoren, Mischzyklusmotoren (wie Doppel-Otto- und -Dieselmotoren), Sternmotoren usw. Es wird des Weiteren angenommen, dass die beschriebenen Ansätze mit neu entwickelten Verbrennungsmotoren unabhängig davon, ob sie unter Nutzung gegenwärtig bekannter oder später entwickelter thermodynamischer Zyklen betrieben werden, gut funktionieren werden.
  • Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen verwendet das Zündzeitpunktbestimmungsmodul Sigma-Delta-Wandlung. Obgleich angenommen wird, dass sich Sigma-Delta-Wandler gut zur Verwendung bei dieser Anwendung eignen, versteht sich, dass die Wandler eine Vielfalt an Modulationsschemata einsetzen können. Beispielsweise können Pulsbreitenmodulation, Pulshöhenmodulation, CDMA-orientierte Modulation oder andere Modulationsschemata zur Bereitstellung des Steuerimpulssignals verwendet werden. Einige der beschriebenen Ausführungsformen nutzen Wandler erster Ordnung. Jedoch können bei anderen Ausführungsformen Wandler höherer Ordnung oder eine Sammlung vorbestimmter Zündfolgen verwendet werden.
  • Im Allgemeinen wird bei einer Skip Fire-Motorsteuerung das selektive Auslassen der Zündung gewisser Zylinder während ausgewählter Zündungsgelegenheiten beabsichtigt. Somit kann ein bestimmter Zylinder während eines Motorzyklus gezündet werden und kann dann während des nächsten Motorzyklus ausgelassen und dann während des nächsten selektiv ausgelassen oder gezündet werden. Auf diese Weise ist eine noch feinere Steuerung des effektiven Motorhubraums möglich. Beispielsweise führt das Zünden jedes dritten Zylinders in einem Vierzylindermotor zu einem effektiven Hubraum, der ein Drittel des gesamten Motorhubraums beträgt, wobei es sich um einen anteiligen Hubraum handelt, der durch einfaches Deaktivieren eines Satzes von Zylindern nicht erzielbar ist. Theoretisch kann nahezu jeglicher effektive Hubraum unter Verwendung von Skip Fire-Steuerung erzielt werden, obgleich in der Praxis die meisten Implementierungen den Betrieb auf einen Satz verfügbarer Zündungsanteile, -folgen oder -muster beschränken.
  • Es versteht sich, dass die Antriebsstrangsteuerungsauslegungen, die bei der vorliegenden Anmeldung in Betracht gezogen werden, nicht auf die in 1 gezeigten speziellen Anordnungen beschränkt sind. Eines oder mehrere der dargestellten Module können miteinander integriert sein. Alternativ dazu können die Merkmale eines bestimmten Moduls stattdessen unter multiplen Modulen aufgeteilt sein. Die Steuerung kann des Weiteren zusätzliche Merkmale, Module oder Schritte basierend auf anderen Patentanmeldungen, darunter US-Patent und US-Patentanmeldung Nr. 7,954,474 ; 7,886,715 ; 7,849,835 ; 7,577,511 ; 8,099,224 ; 8,131,445 ; 8,131,447 ; 9,200,587 ; 13/963,686 ; 13/953,615 ; 13/886,107 ; 9,239,037 ; 13/963,819 ; 13/961,701 ; 9,120,478 ; 13/843,567 ; 13/794,157 ; 13/842,234 ; 8,616,181 ; 9,086,020 ; 8,701,628 ; 14/207,109 ; und 8,880,258 und vorläufige US-Patentanmeldungen Nr. 14/638,908 und 9,175,613 , auf die hier in ihrer Gesamtheit Bezug genommen wird, umfassen. Jegliche Merkmale, Module und Schritte, die in den obigen Patentschriften beschrieben werden, können der Steuerung 100 hinzugefügt werden. Bei verschiedenen alternativen Implementierungen können diese Funktionsblöcke algorithmisch unter Verwendung eines Mikroprozessors, des ECU oder einer anderen Rechenvorrichtung, unter Verwendung analoger oder digitaler Komponenten, unter Verwendung programmierbarer Logik, unter Verwendung von Kombinationen aus dem Vorstehenden und/oder in einer beliebigen anderen geeigneten Weise erzielt werden.
  • Die Motorsteuerung und -module, die in 1 dargestellt werden, können in Form von Computercode in einem nichtflüchtigen computerlesbaren Speichermedium (z. B. dem elektronischen Steuergerät eines Fahrzeugs) gespeichert sein. Der Computercode bewirkt bei Ausführung durch einen oder mehrere Prozessoren, dass die Steuerung/der Motor eine der Funktionen und Operationen (z. B. die Operationen des Verfahrens 200 von 2), die hier beschrieben werden, ausführt. Die Motorsteuerung und -module können jegliche Hardware oder Software, die sich zur Durchführung der hier beschriebenen Operationen eignen, umfassen.
  • Die Erfindung ist hauptsächlich im Zusammenhang mit einer Skip Fire-Steueranordnung beschrieben worden, bei der Zylinder während ausgelassener Arbeitszyklen deaktiviert werden, indem sowohl die Einlass- als auch die Auslassventile deaktiviert werden, um zu verhindern, dass Luft während ausgelassener Arbeitszyklen durch die Zylinder gepumpt wird. Es versteht sich jedoch, dass bei einigen Skip Fire-Ventilbetätigungsschemata in Betracht gezogen wird, lediglich die Auslassventile oder lediglich die Einlassventile zu deaktivieren, um die Zylinder effektiv zu deaktivieren und das Pumpen von Luft durch die Zylinder zu verhindern. Einige der beschriebenen Ansätze funktionieren bei derartigen Anwendungen genauso gut. Des Weiteren gibt es, obgleich im Allgemeinen bevorzugt wird, die Zylinder zu deaktivieren und dadurch das Hindurchströmen von Luft durch die deaktivierten Zylinder während ausgelassener Arbeitszyklen zu verhindern, einige besondere Momente, wenn es wünschenswert sein kann, während eines ausgewählten ausgelassenen Arbeitszyklus Luft durch einen Zylinder strömen zu lassen. Beispielhaft kann dies wünschenswert sein, wenn eine Motorbremsung erwünscht ist und/oder aufgrund von speziellen Diagnose- oder Betriebsanforderungen im Zusammenhang mit Abgasgeräten. Die beschriebenen Ventilsteuerungsansätze funktionieren bei derartigen Anwendungen genauso gut.
  • Die Erfindung eignet sich sehr gut zum Einsatz in Verbindung mit dynamischem Skip Fire-Betrieb, bei dem ein Akkumulator oder ein anderer Mechanismus den Teil einer Zündung, der angefordert, jedoch nicht bereitgestellt wurde, oder der bereitgestellt, jedoch nicht angefordert wurde, verfolgt, so dass Zündungsentscheidungen von Zündungsgelegenheit zu Zündungsgelegenheit getroffen werden können. Die beschriebenen Methoden eignen sich jedoch genauso gut zur Verwendung bei nahezu jeglicher Skip Fire-Anwendung (Betriebsmodi, bei denen während des Betriebs in einem bestimmten Betriebsmodus einzelne Zylinder manchmal gezündet und manchmal ausgelassen werden), darunter Skip Fire-Betrieb unter Verwendung von festgelegten Zündungsmustern oder Zündfolgen, wie es bei Einsatz von rollierender Zylinderabschaltung und/oder verschiedenen anderen Skip Fire-Methoden der Fall sein kann. Ähnliche Methoden können auch bei der Steuerung eines Motors mit variablem Hub eingesetzt werden, bei der das Ausmaß der Hübe in jedem Arbeitszyklus dahingehend geändert wird, den Hubraum eines Motors effektiv zu variieren.
  • Bei einigen Anwendungen, die als Multi-Höhen-Skip Fire bezeichnet werden, können einzelne Zündungs-Arbeitszyklen während des Skip Fire-Betriebs absichtlich mit verschiedenen Zylinderabgabehöhen betrieben werden - das bedeutet unter Verwendung absichtlich verschiedener Luftladungs- und entsprechender Kraftstoffzufuhrhöhen. Bei Multi-Höhen-Skip Fire werden die verschiedenen Zündungshöhen während des Betriebs bei zumindest einigen effektiven Zündungsanteilen verteilt eingesetzt. Beispielsweise beschreibt das US-Patent Nr. 9,399,964 , auf das hiermit Bezug genommen wird, einige solcher Ansätze. Das Konzept der Steuerung einzelner Zylinder, das bei dynamischem Skip Fire eingesetzt wird, kann auch auf dynamischen Multi-Ladungshöhen-Motorbetrieb angewendet werden, bei dem alle Zylinder gezündet werden (das heißt es werden keine Zylinder ausgelassen), jedoch einzelne Arbeitszyklen verteilt absichtlich mit verschiedenen Zylinderabgabehöhen betrieben werden. Dynamischer Skip Fire-, dynamischer Multi-Höhen-Skip Fire- und dynamischer Multi-Ladungshöhen-Motorbetrieb können zusammengefasst als verschiedene Arten des Motorbetriebs mit dynamischer Zündungshöhenmodulation angesehen werden, bei dem die Abgabe jedes Arbeitszyklus (z. B. Skip/Fire, hoch/niedrig, Skip/hoch/niedrig usw.) während des Betriebs des Motors, in der Regel auf einer Basis von Arbeitszyklus zu Arbeitszyklus (Zündungsgelegenheit zu Zündungsgelegenheit) eines einzelnen Zylinders, dynamisch bestimmt wird. Es versteht sich, dass sich der Motorbetrieb mit dynamischer Zündungshöhenmodulation von herkömmlichem variablem Hubraum unterscheidet, bei dem bei Eintreten des Motors in einen Betriebszustand mit reduziertem Hubraum ein definierter Satz von Zylindern auf allgemein dieselbe Art und Weise betrieben wird, bis der Motor in einen anderen Betriebszustand übergeht. Die beschriebene Drehmomentsicherungsüberwachungsvorrichtung und die beschriebenen Überwachungsansätze können dazu verwendet werden, die Genauigkeit des berechneten Motorbetriebsdrehmoments unabhängig von der Art der verwendeten Motorsteuerung mit Zündungshöhenmodulation, darunter Skip Fire-Betrieb, Multi-Höhen-Skip Fire-Betrieb, dynamischer Multi-Ladungshöhen-Betrieb usw., zu überprüfen.
  • Bei Multi-Höhen-Skip Fire-Betrieb, dynamischem Multi-Ladungshöhen-Betrieb usw., wo zwei oder mehr gezündete Ladungshöhen eingesetzt werden, können effektive Zündungsanteile bei den verschiedenen Berechnungen, die auf dem Zündungsanteil basieren, verwendet werden. In diesem Zusammenhang kann der Begriff „effektiver Zündungsanteil“ entweder (i) einem tatsächlichen Zündungsanteil, der einen Prozentsatz (oder Anteil) der Zündungsgelegenheiten, bei denen wirklich eine Zündung erfolgt (die nicht ausgelassen werden), in Bezug auf die Gesamtanzahl von Zündungsgelegenheiten angibt, oder (ii) einem Prozentsatz (oder Anteil) der Zylinder, die mit einer Bezugsabgabenhöhe zur Bereitstellung der Soll-, angeforderten, Ziel- oder bereitgestellten Motorleistung gezündet werden müssten, entsprechen. Eine derartige Bezugsabgabenhöhe kann ein festgelegter Wert, ein relativer Wert oder ein situationsabhängiger Wert sein. Die letztgenannte Verwendung des Ausdrucks „effektiver Zündungsanteil“ ist bei Bezugnahme auf Multi-Höhen-Skip Fire- und Multi-Ladungshöhen-Motorbetrieb, wobei gezündete Arbeitszyklen absichtlich mit verschiedenen Zylinderausgabenhöhen betrieben werden, besonders nützlich.
  • Obgleich nur einige wenige Ausführungsformen der Erfindung detailliert beschrieben wurden, versteht sich, dass die Erfindung in vielen anderen Formen implementiert werden kann, ohne von dem Gedanken oder dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise beschreiben die Zeichnungen und die Ausführungsformen gelegentlich spezielle Anordnungen, Arbeitsschritte und Steuermechanismen. Es versteht sich, dass diese Mechanismen und Schritte dahingehend modifiziert werden können, für die Erfüllung der Anforderungen verschiedener Anwendungen geeignet zu sein. Beispielsweise sind einige oder alle der Operationen und Merkmale des Diagnosemoduls nicht erforderlich und stattdessen können einige oder alle dieser Operationen, soweit angemessen, auf andere Module, wie z. B. die Zündungsanteilberechnungsvorrichtung und/oder die Zündzeitpunktbestimmungseinheit übertragen werden. Darüber hinaus versteht sich, dass, obgleich das in 2 dargestellte Verfahren eine bestimmte Reihenfolge impliziert, diese Reihenfolge nicht erforderlich ist. Bei einigen Ausführungsformen kann bzw. können eine oder mehrere der beschriebenen Operationen neu angeordnet, ersetzt, modifiziert oder entfernt sein. Es wurden verschiedene Motordrehmomentmessungen verwendet, wie z. B. NMEP, IMEP, BMEP usw. Es versteht sich, dass die hier beschriebenen Verfahren unabhängig von der exakten Nomenklatur, die zur Wiedergabe von Motordrehmoment verwendet wird, gleichermaßen anwendbar sind. Gleichermaßen sollte Gl. 1 lediglich als Veranschaulichung interpretiert werden, und andere Arten von Formeln, die andere Variablen verwenden, oder Nachschlagetabellen können zur Bestimmung eines Parameters, der das Motordrehmoment angibt, verwendet werden. Somit sind die vorliegenden Ausführungsformen als beispielhaft und nicht einschränkend zu betrachten und die Erfindung ist nicht auf die hier bereitgestellten Einzelheiten zu beschränken.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (23)

  1. Verfahren zur Durchführung von Diagnosemaßnahmen an einem Motorsteuerungssystem, das den Betrieb eines Motors mit mehreren Arbeitskammern steuert, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bestimmen eines Motorbetriebsdrehmoments; Betreiben eines Motors mit Skip Fire oder Zündungshöhenmodulation zur Bereitstellung des Motorbetriebsdrehmoments; Berechnen eines Motorbezugsdrehmoments unter Verwendung eines Drehmomentmodells, wobei das Drehmomentmodell die Schätzung des Drehmoments auf einer Arbeitskammerebene beinhaltet, wobei das Motorbezugsdrehmoment unter Verwendung einer anderen Methodik als der, die bei der Berechnung des Motorbezugsdrehmoments verwendet wird, bestimmt wird; und dahingehendes Vergleichen des Motorbezugsdrehmoments mit dem Motorbetriebsdrehmoment, die Genauigkeit der Berechnung des Motorbetriebsdrehmoments einzuschätzen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Berechnung des Motorbezugsdrehmoments Unterschiede bei einem oder mehreren Betriebsparametern für verschiedene Arbeitskammern, die durch unterschiedliche Zündungshistorien mindestens einiger der Arbeitskammern hervorgerufen werden, berücksichtigt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei: mindestens zwei Arbeitskammern unterschiedliche Arbeitskammereinstellungen haben; jede der Arbeitskammereinstellungen eine Einstellung für Luftmassenladung oder Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder Zündzeitpunktvorverstellung ist; und das Drehmomentmodell die verschiedenen Arbeitskammereinstellungen berücksichtigt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, wobei das Motorbezugsdrehmoment zumindest zum Teil basierend auf einem Skip Fire-Zündungsanteil, der zum Betreiben des Motors verwendet wird, berechnet wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, wobei das Drehmomentmodell zumindest zum Teil auf einer Berechnung des indizierten Mitteldrucks (IMEP) oder des Nettomitteldrucks (NMEP) einer Arbeitskammer basiert.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, wobei das Drehmomentmodell auf einer Reibungsschätzung basiert und wobei die Reibungsschätzung in Abhängigkeit von einem Skip Fire-Zündungsanteil, der zum Betreiben des Motors verwendet wird, variiert.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner Folgendes umfasst: Schätzen eines Arbeitskammerbezugsdrehmoments; und Skalieren des Arbeitskammerbezugsdrehmoments basierend auf einem Zündungsanteil zur Bestimmung des Motorbezugsdrehmoments.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, das ferner Folgendes umfasst: Schätzen der Reibung basierend auf dem Zündungsanteil; und Bestimmen eines Motorbezugsbremsmoments basierend auf dem Netto-Motorbezugsdrehmoment und der geschätzten Reibung.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, wobei die Berechnung des Motorbezugsdrehmoments und der Vergleich des Motorbezugsdrehmoments mit dem Motorbetriebsdrehmoment von Zündungsgelegenheit zu Zündungsgelegenheit durchgeführt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Berechnung des Motorbezugsdrehmoments den angesteuerten Zündungsanteil berücksichtigt.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Drehmomentmodell zumindest zum Teil auf einer Berechnung des indizierten Mitteldrucks (IMEP) oder des Nettomitteldrucks (NMEP) einer Arbeitskammer basiert.
  12. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Drehmomentmodell zumindest zum Teil auf einer Reibungsschätzung basiert und wobei die Reibungsschätzung in Abhängigkeit von einem Skip Fire-Zündungsanteil, der zum Betreiben des Motors verwendet wird, variiert.
  13. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Berechnung des Motorbezugsdrehmoments und der Vergleich des Motorbezugsdrehmoments mit dem Motorbetriebsdrehmoment von Zündungsgelegenheit zu Zündungsgelegenheit durchgeführt wird.
  14. Motorsteuerung, die Folgendes umfasst: ein Drehmomentschätzungsmodul, das dazu ausgeführt ist, ein Motorbetriebsdrehmoment zu berechnen; eine Zündungssteuerungseinheit, die dazu ausgeführt ist, einen Motor zur Bereitstellung des Motorbetriebsdrehmoments mit Skip Fire oder Zündungshöhenmodulation zu betreiben; und ein Diagnosemodul, das zu Folgendem ausgeführt ist: Berechnen eines Motorbezugsdrehmoments unter Verwendung eines Drehmomentmodells, wobei das Drehmomentmodell das Schätzen des Drehmoments auf einer Arbeitskammerebene beinhaltet; und Vergleichen des Motorbezugsdrehmoments mit dem Motorbetriebsdrehmoment zur Beurteilung der Genauigkeit der Berechnung des Motorbetriebsdrehmoments.
  15. Motorsteuerung nach Anspruch 14, wobei die Berechnung des Motorbezugsdrehmoments Unterschiede bei Betriebsparametern für verschiedene Arbeitskammern, die durch unterschiedliche Zündungshistorien der verschiedenen Arbeitskammern hervorgerufen werden, berücksichtigt.
  16. Motorsteuerung nach Anspruch 14 oder 15, wobei: mindestens zwei der Arbeitskammern unterschiedliche Arbeitskammereinstellungen haben; jede der Arbeitskammereinstellungen eine Einstellung für Luftmassenladung oder Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder Zündzeitpunktvorverstellung ist; und das Drehmomentmodell die verschiedenen Arbeitskammereinstellungen berücksichtigt.
  17. Motorsteuerung nach einem der Ansprüche 14-16, wobei das Motorbezugsdrehmoment zumindest zum Teil basierend auf einem Skip Fire-Zündungsanteil berechnet wird.
  18. Motorsteuerung nach Anspruch 14, wobei das Diagnosemodul ferner zu Folgendem ausgeführt ist: Schätzen eines Arbeitskammerbezugsdrehmoments; und Skalieren des Arbeitskammerbezugsdrehmoments basierend auf einem Zündungsanteil zur Bestimmung des Motorbezugsdrehmoments.
  19. Motorsteuerung nach Anspruch 18, wobei das Diagnosemodul ferner zu Folgendem ausgeführt ist: Schätzen der Reibung basierend auf dem Zündungsanteil; und Bestimmen eines Motorbezugsbremsmoments basierend auf dem Netto-Motorbezugsdrehmoment und der geschätzten Reibung.
  20. Nicht flüchtiges computerlesbares Speichermedium, das ausführbaren Computercode, der greifbar gespeichert ist, umfasst, wobei das computerlesbare Speichermedium Folgendes umfasst: ausführbaren Computercode, der zur Berechnung eines Motorbetriebsdrehmoments eingesetzt werden kann; ausführbaren Computercode, der zum dahingehenden Betrieb eines Motors mit Skip Fire oder Zündungshöhenmodulation, das Motorbetriebsdrehmoment bereitzustellen, eingesetzt werden kann; ausführbaren Computercode, der zur Berechnung eines Motorbezugsdrehmoments unter Verwendung eines Drehmomentmodells eingesetzt werden kann, wobei das Drehmomentmodell das Schätzen des Drehmoments auf einer Arbeitskammerebene beinhaltet; und ausführbaren Computercode, der zum dahingehenden Vergleichen des Motorbezugsdrehmoments mit dem Motorbetriebsdrehmoment, die Genauigkeit der Berechnung des Motorbetriebsdrehmoments zu beurteilen, eingesetzt werden kann.
  21. Computerlesbares Speichermedium nach Anspruch 20, wobei die Berechnung des Motorbezugsdrehmoments Unterschiede bei Betriebsparametern für verschiedene Arbeitskammern, die durch unterschiedliche Zündungshistorien mindestens einiger der Arbeitskammern hervorgerufen werden, berücksichtigt.
  22. Computerlesbares Speichermedium nach Anspruch 20, wobei: mindestens zwei der Arbeitskammern unterschiedliche Arbeitskammereinstellungen haben; jede der Arbeitskammereinstellungen eine Einstellung für Luftmassenladung oder Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder Zündzeitpunktvorverstellung ist; und das Drehmomentmodell die verschiedenen Arbeitskammereinstellungen berücksichtigt.
  23. Computerlesbares Speichermedium nach Anspruch 20, wobei das Motorbezugsdrehmoment zumindest zum Teil basierend auf einem Skip Fire-Zündungsanteil berechnet wird.
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