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DE102011014832A1 - System und verfahren zum schätzen einerdrehmomentabgabe eines motors mit homogenerkompressionszündung - Google Patents

System und verfahren zum schätzen einerdrehmomentabgabe eines motors mit homogenerkompressionszündung Download PDF

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DE102011014832A1
DE102011014832A1 DE102011014832A DE102011014832A DE102011014832A1 DE 102011014832 A1 DE102011014832 A1 DE 102011014832A1 DE 102011014832 A DE102011014832 A DE 102011014832A DE 102011014832 A DE102011014832 A DE 102011014832A DE 102011014832 A1 DE102011014832 A1 DE 102011014832A1
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hcci
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Jonathan T. Shibata
Allen B. Rayl
Andrew P. Bagnasco
Jun-Mo Kang
Peter Kafarnik
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GM Global Technology Operations LLC
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Abstract

Ein Steuersystem für einen Motor mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Motor) umfasst ein Kraftstoffanforderungs-Schätzmodul, ein Drehmoment-Schätzmodul und ein Drehmoment-Steuermodul. Das Kraftstoffanforderungs-Schätzmodul schätzt eine Kraftstoffanforderung des HCCI-Motors basierend auf einem mittleren effektiven Soll-Druck (Soll-IMEP) von Zylindern in dem HCCI-Motor. Das Drehmoment-Schätzmodul schätzt eine Drehmomentabgabe des HCCI-Motors basierend auf der geschätzten Kraftstoffanforderung. Das Drehmoment-Steuermodul stellt die Drehmomentabgabe des HCCI-Motors basierend auf der geschätzten Drehmomentabgabe und einer Soll-Drehmomentabgabe ein.

Description

  • GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft Verbrennungsmotoren und insbesondere ein System und ein Verfahren zum Schätzen einer Drehmomentabgabe eines Motors mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Motors).
  • HINTERGRUND
  • Die hierin vorgesehene Hintergrundbeschreibung dient zu dem Zweck, den Kontext der Offenbarung allgemein darzustellen. Sowohl die Arbeit der derzeit genannten Erfinder, in dem Maß, in dem sie in diesem Hintergrundabschnitt beschrieben ist, als auch Aspekte der Beschreibung, die zum Zeitpunkt der Einreichung nicht auf andere Weise als Stand der Technik gelten, sind weder ausdrücklich noch implizit als Stand der Technik gegen die vorliegende Offenbarung zugelassen.
  • Motoren mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Motoren) verbrennen ein Luft- und Kraftstoffgemisch (L/K-Gemisch) in Zylindern, um Kolben anzutreiben und ein Antriebsdrehmoment zu erzeugen. HCCI-Motoren können in einem Verbrennungsmodus mit Funkenzündung (SI-Verbrennungsmodus) oder in einem HCCI-Verbrennungsmodus arbeiten, um das L/K-Gemisch zu zünden. Zusätzlich können die HCCI-Motoren in einem gemischten Verbrennungsmodus arbeiten, der eine HCCI-Verbrennung mit Funkenunterstützung umfasst. Der SI-Verbrennungsmodus, der gemischte Verbrennungsmodus oder der HCCI-Verbrennungsmodus können beispielsweise basierend auf einer Motordrehzahl und/oder einer Motorlast ausgewählt werden.
  • Spezieller zündet der SI-Vrbrennungsmodus das L/K-Gemisch in den Zylindern unter Verwendung eines Zündfunkens (z. B. von Zündkerzen). Der HCCI-Verbrennungsmodus zündet andererseits das L/K-Gemisch, indem das L/K-Gemisch bis zu einem Punkt der automatischen Zündung komprimiert wird. Mit anderen Worten kann eine Erhöhung der Temperatur und/oder des Drucks des L/K-Gemischs zu einer Zündung des L/K-Gemischs führen.
  • In dem HCCI-Verbrennungsmodus kann die Zündung jedoch zu einer Zeit an mehreren verschiedenen Orten auftreten. Mit anderen Worten kann das L/K-Gemisch nahezu gleichzeitig brennen. Daher arbeitet der HCCI-Verbrennungsmodus nahe bei einem idealen Verbrennungszyklus (z. B. dem Otto-Zyklus). Die nahezu ideale Verbrennung kann im Vergleich zu dem SI-Verbrennungsmodus zu einer verbesserten Kraftstoffwirtschaftlichkeit und/oder zu verringerten Emissionen führen. Der HCCI-Verbrennungsmodus kann jedoch aufgrund des Fehlens eines direkten Verbrennungsauslösers schwieriger zu steuern (und dadurch weniger stabil) sein.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Ein Steuersystem für einen Motor mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Motor) umfasst ein Kraftstoffanforderungs-Schätzmodul, ein Drehmoment-Schätzmodul und ein Drehmoment-Steuermodul. Das Kraftstoffanforderungs-Schätzmodul schätzt eine Kraftstoffanforderung des HCCI-Motors basierend auf einem mittleren effektiven Soll-Druck (Soll-IMEP) von Zylindern in dem HCCI-Motor. Das Drehmoment-Schätzmodul schätzt eine Drehmomentabgabe des HCCI-Motors basierend auf der geschätzten Kraftstoffanforderung. Das Drehmoment-Steuermodul stellt die Drehmomentabgabe des HCCI-Motors basierend auf der geschätzten Drehmomentabgabe und einer Soll-Drehmomentabgabe ein.
  • Ein Verfahren zum Steuern eines Motors mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Motors) umfasst, dass eine Kraftstoffanforderung des HCCI-Motors basierend auf einem mittleren effektiven Soll-Druck (Soll-IMEP) von Zylindern in den HCCI-Motor geschätzt wird, dass eine Drehmomentabgabe des HCCI-Motors basierend auf der geschätzten Kraftstoffanforderung geschätzt wird und dass die Drehmomentabgabe des HCCI-Motors basierend auf der geschätzten Drehmomentabgabe und einer Soll-Drehmomentabgabe eingestellt wird.
  • Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Offenbarung werden anhand der nachstehend vorgesehenen ausführlichen Beschreibung offensichtlich werden. Es versteht sich, dass die ausführliche Beschreibung und die speziellen Beispiele nur zu Darstellungszwecken gedacht sind und den Umfang der Offenbarung nicht einschränken sollen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorliegende Offenbarung wird anhand der ausführlichen Beschreibung und der begleitenden Zeichnungen verständlicher werden, wobei:
  • 1 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsystems mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Motorsystems) gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
  • 2 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsteuermoduls (ECM) gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
  • 3 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Drehmoment-Schätzmoduls gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
  • 4 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Kraftstoffanforderungs-Schätzmoduls gemäß der vorliegenden Offenbarung ist; und
  • 5 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Schätzen einer Drehmomentabgabe eines HCCI-Motors gemäß der vorliegenden Offenbarung ist.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Die folgende Beschreibung ist nur beispielhafter Natur und ist in keiner Weise dazu gedacht, die Offenbarung, ihre Anwendungsmöglichkeit oder Verwendungen einzuschränken. Zu Zwecken der Klarheit werden die gleichen Bezugszeichen in den Zeichnungen verwendet, um ähnliche Elemente zu identifizieren. Wie hierin verwendet, sollte die Formulierung A, B und/oder C derart ausgelegt werden, dass sie ein logisches (A oder B oder C) unter Verwendung eines nicht exklusiven logischen Oders bedeutet. Es versteht sich, dass Schritte innerhalb eines Verfahrens in unterschiedlicher Reihenfolge ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu verändern.
  • Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck Modul auf einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC), einen elektronischen Schaltkreis, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, fest zugeordnet oder als Gruppe) und einen Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, einen Schaltkreis der Schaltungslogik und/oder andere geeignete Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
  • Motorsteuersysteme können die Drehmomentabgabe eines Motors steuern, um ein Soll-Drehmoment zu erreichen. Ein Motorsteuersystem kann beispielsweise die Drehmomentabgabe des Motors steuern, indem die Drehmomentabgabe des Motors basierend auf verschiedenen messbaren Motorparametern geschätzt wird und die Luft, der Kraftstoff und/oder der Zündfunken dementsprechend eingestellt werden. Spezieller kann ein analytisches Drehmomentmodell die verschiedenen Motorparameter mit der Drehmomentabgabe des Motors in Beziehung setzen. Es können jedoch unterschiedliche Motorparameter verwendet werden, um die Drehmomentabgabe des Motors zu schätzen, was von einem Verbrennungsverfahren abhängt.
  • Typische Motorsteuersysteme umfassen Drehmomentmodelle für eine Verbrennung mit Funkenzündung (SI-Verbrennung) oder eine Verbrennung mit Kompressionszündung (d. h. Diesel-Verbrennung). Motoren mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Motoren) können jedoch in einem von drei Verbrennungsmodi arbeiten: mit SI-Verbrennung, mit HCCI-Verbrennung (ähnlich der Kompressionszündung oder der Diesel-Verbrennung) und mit gemischter Verbrennung (d. h. einer HCCI-Verbrennung mit Zündfunkenunterstützung). Mit anderen Worten können typische Motorsteuersysteme die Drehmomentabgabe eines HCCI-Motors, der in dem gemischten Verbrennungsmodus arbeitet, nicht genau schätzen. Daher können typische HCCI-Motoren unter einer verschlechterten Kraftstoffwirtschaftlichkeit, einer verringerten Leistung und/oder erhöhten Emissionen leiden, während sie in dem gemischten Verbrennungsmodus arbeiten.
  • Daher werden ein System und ein Verfahren dargestellt, welche die Drehmomentabgabe eines HCCI-Motors, der in dem gemischten Verbrennungsmodus arbeitet, genauer schätzen. Spezieller können das System und das Verfahren die Drehmomentabgabe des HCCI-Motors basierend auf einer Motordrehzahl (RPM), einer Kraftstoffmenge (d. h. einer Kraftstoffmasse), einem Zündfunkenzeitpunkt und basierend auf Einlass- und Auslass-Nockenwellenphasenstellern (ICAM bzw. ECAM) schätzen. Darüber hinaus können das System und das Verfahren die Drehmomentabgabe des HCCI-Motors basierend auf mehr als einem Modell (z. B. dem SI- und dem gemischten Modus) schätzen und die zwei resultierenden Drehmomentschätzungen mitteln, wie beispielsweise während eines Übergangs zwischen Verbrennungsmodi. Das System und das Verfahren können darüber hinaus die Drehmomentabgabe des Motors (z. B. die Luft, den Kraftstoff und/oder den Zündfunken) anschließend basierend auf der geschätzten Drehmomentabgabe und einer Soll-Drehmomentabgabe (d. h. entsprechend einer Eingabe von einem Fahrer) einstellen.
  • Nun auf 1 Bezug nehmend, ist ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften HCCI-Motorsystems 100 dargestellt. Das Motorsystem 100 weist einen HCCI-Motor 102 auf, der ein Luft/Kraftstoffgemisch (L/K-Gemisch) verbrennt, um ein Antriebsdrehmoment für ein Fahrzeug basierend auf einer Fahrereingabe von einem Fahrereingabemodul 104 zu erzeugen. Luft wird durch ein Drosselventil 112 in einen Einlasskrümmer 110 eingelassen. Lediglich beispielhaft kann das Drosselventil 112 ein Schmetterlingsventil mit einem rotierbaren Blatt umfassen. Ein Motorsteuermodul (ECM) 114 steuert ein Drossel-Aktuatormodul 116, welches das Öffnen des Drosselventils 112 regelt, um die Luftmenge zu steuern, die in den Einlasskrümmer 110 eingelassen wird.
  • Luft aus dem Einlasskrümmer 110 wird in Zylinder des Motors 102 eingelassen. Während der Motor 102 mehrere Zylinder aufweisen kann, ist zu Darstellungszwecken ein einzelner repräsentativer Zylinder 118 gezeigt. Lediglich beispielhaft kann der Motor 102 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 und/oder 12 Zylinder aufweisen. Das ECM 114 kann ein Zylinder-Aktuatormodul 120 anweisen, einige der Zylinder selektiv zu deaktivieren, was die Kraftstoffwirtschaftlichkeit unter bestimmten Motorbetriebsbedingungen verbessern kann.
  • Der Motor 102 kann unter Verwendung eines Viertaktzyklus arbeiten. Die vier Takte, die nachstehend beschrieben sind, werden als der Einlasstakt, der Kompressionstakt, der Verbrennungstakt und der Auslasstakt bezeichnet. Während jeder Umdrehung einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) treten zwei der vier Takte in dem Zylinder 118 auf. Daher sind zwei Kurbelwellenumdrehungen für den Zylinder 118 notwendig, um alle vier der Takte zu durchlaufen.
  • Während des Einlasstakts wird Luft aus dem Einlasskrümmer 110 durch ein Einlassventil 122 in den Zylinder 118 eingelassen. Das ECM 114 steuert ein Kraftstoff-Aktuatormodul 124, das die Kraftstoffeinspritzung regelt, um ein Soll-L/K-Verhältnis zu erreichen. Kraftstoff kann an einem zentralen Ort oder an mehreren Orten, wie z. B. in der Nähe des Einlassventils 122 jedes der Zylinder, in den Einlasskrümmer 110 eingespritzt werden. Bei verschiedenen Implementierungen (nicht gezeigt) kann Kraftstoff direkt in die Zylinder oder in Mischkammern, die den Zylindern zugeordnet sind, eingespritzt werden. Das Kraftstoff-Aktuatormodul 124 kann die Einspritzung von Kraftstoff in die Zylinder stoppen, die deaktiviert sind.
  • Der eingespritzte Kraftstoff vermischt sich mit Luft und erzeugt ein L/K-Gemisch in dem Zylinder 118. Während des Kompressionstakts komprimiert ein Kolben (nicht gezeigt) in dem Zylinder 118 das L/K-Gemisch. Basierend auf einem Signal von dem ECM 114 aktiviert ein Zündfunken-Aktuatormodul 126 eine Zündkerze 128 in dem Zylinder 118, welche das L/K-Gemisch zündet. Der Zeitpunkt des Zündfunkens kann relativ zu der Zeit spezifiziert werden, zu der sich der Kolben an seiner obersten Position befindet, die als oberer Totpunkt (TDC) bezeichnet wird.
  • Das Zündfunken-Aktuatormodul 126 kann durch ein Zeitpunktsignal gesteuert werden, das spezifiziert, wie weit vor oder nach dem TDC der Zündfunken erzeugt werden soll. Da die Kolbenposition direkt auf die Kurbelwellenposition bezogen ist, kann der Betrieb des Zündfunken-Aktuatormoduls 126 mit dem Kurbelwellenwinkel synchronisiert werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Zündfunken-Aktuatormodul 126 die Lieferung des Zündfunkens an die deaktivierten Zylinder stoppen.
  • Das Erzeugen des Zündfunkens kann als ein Zündungsereignis bezeichnet werden. Das Zündfunken-Aktuatormodul 126 kann die Fähigkeit aufweisen, den Zeitpunkt des Zündfunkens für jedes Zündungsereignis zu variieren. Zusätzlich kann das Zündfunkenaktuatormodul 126 die Fähigkeit aufweisen, den Zeitpunkt des Zündfunkens für ein gegebenes Zündungsereignis sogar dann zu variieren, wenn eine Änderung in dem Zeitpunktsignal nach dem Zündungsereignis unmittelbar vor dem gegebenen Zündungsereignis empfangen wird.
  • Während des Verbrennungstakts treibt die Verbrennung des L/K-Gemischs den Kolben abwärts, wodurch die Kurbelwelle angetrieben wird. Der Verbrennungstakt kann als die Zeit zwischen dem Erreichen des TDC durch den Kolben und der Zeit, zu welcher der Kolben zu dem unteren Totpunkt (BDC) zurückkehrt, definiert werden.
  • Während des Auslasstakts beginnt der Kolben, sich wieder von dem BDC aufwärts zu bewegen, und er treibt die Nebenprodukte der Verbrennung durch ein Auslassventil 130 heraus. Die Nebenprodukte der Verbrennung werden mittels eines Abgassystems 134 aus dem Fahrzeug ausgestoßen.
  • Das Einlassventil 122 kann durch eine Einlassnockenwelle 140 gesteuert werden, während das Auslassventil 130 durch eine Auslassnockenwelle 142 gesteuert werden kann. Bei verschiedenen Implementierungen können mehrere Einlassnockenwellen (einschließlich der Einlassnockenwelle 140) mehrere Einlassventile (einschließlich des Einlassventils 122) für den Zylinder 118 und/oder die Einlassventile (einschließlich des Einlassventils 122) mehrerer Reihen von Zylindern (einschließlich des Zylinders 118) steuern. Auf ähnliche Weise können mehrere Auslassnockenwellen (einschließlich der Auslassnockenwelle 142) mehrere Auslassventile für den Zylinder 118 und/oder die Auslassventile (einschließlich des Auslassventils 130) mehrerer Reihen von Zylindern (einschließlich des Zylinders 118) steuern.
  • Das Zylinder-Aktuatormodul 120 kann den Zylinder 118 deaktivieren, indem das Öffnen des Einlassventils 122 und/oder des Auslassventils 130 abgeschaltet wird. Bei verschiedenen anderen Implementierungen können das Einlassventil 122 und/oder das Auslassventil 130 durch andere Einrichtungen als Nockenwellen gesteuert werden, wie beispielsweise durch elektromagnetische Aktuatoren.
  • Die Zeit, zu der das Einlassventil 122 geöffnet wird, kann durch einen Einlass-Nockenphasensteller 148 bezogen auf den Kolben-TDC variiert werden. Die Zeit, zu der das Auslassventil 130 geöffnet wird, kann durch einen Auslass-Nockenphasensteller 150 bezogen auf den Kolben-TDC variiert werden. Ein Phasensteller-Aktuatormodul 158 kann den Einlass-Nockenphasensteller 148 und den Auslass-Nockenphasensteller 150 basierend auf Signalen von dem ECM 114 steuern. Wenn er implementiert ist, kann ein variabler Ventilhub (nicht gezeigt) ebenso durch das Phasensteller-Aktuatormodul 158 gesteuert werden.
  • Das Motorsystem 100 kann eine Ladedruckeinrichtung aufweisen, die unter Druck stehende Luft an den Einlasskrümmer 110 liefert. Beispielsweise zeigt 1 einen Turbolader, der eine heiße Turbine 160-1 aufweist, die durch heiße Abgase angetrieben wird, die durch das Abgassystem 134 strömen. Der Turbolader weist auch einen von der Turbine 160-1 angetriebenen Kompressor 160-2 für kalte Luft auf, der Luft komprimiert, die in das Drosselventil 112 geführt wird. Bei verschiedenen Implementierungen kann ein von der Kurbelwelle angetriebener Turbokompressor (nicht gezeigt) Luft von dem Drosselventil 112 komprimieren und die komprimierte Luft an den Einlasskrümmer 110 liefern.
  • Ein Ladedruck-Regelventil 162 kann dem Abgas ermöglichen, an der Turbine 160-1 vorbeizuströmen, wodurch der Ladedruck (der Betrag der Einlassluftkompression) des Turboladers verringert wird. Das ECM 114 kann den Turbolader mittels eines Ladedruck-Aktuatormoduls 164 steuern. Das Ladedruck-Aktuatormodul 164 kann den Ladedruck des Turboladers modulieren, indem die Position des Ladedruck-Regelventils 162 gesteuert wird. Bei verschiedenen Implementierungen können mehrere Turbolader durch das Ladedruck-Aktuatormodul 164 gesteuert werden. Der Turbolader kann eine variable Geometrie aufweisen, die durch das Ladedruck-Aktuatormodul 164 gesteuert werden kann.
  • Ein Zwischenkühler (nicht gezeigt) kann einen Teil der in der komprimierten Luftladung enthaltenen Wärme dissipieren, die erzeugt wird, wenn die Luft komprimiert wird. Die komprimierte Luftladung kann auch Wärme von Komponenten des Abgassystems 134 absorbiert haben. Obwohl sie zu Darstellungszwecken getrennt gezeigt sind, können die Turbine 160-1 und der Kompressor 160-2 aneinander befestigt sein und die Einlassluft in die unmittelbare Nähe des heißen Abgases bringen.
  • Das Motorsystem 100 kann ein Abgasrückführungsventil (AGR-Ventil) 170 aufweisen, das Abgas selektiv zurück zu dem Einlasskrümmer 110 zurückleitet. Das AGR-Ventil 170 kann stromaufwärts der Turbine 160-1 des Turboladers angeordnet sein. Das AGR-Ventil 170 kann durch ein AGR-Aktuatormodul 172 gesteuert werden.
  • Das Motorsystem 100 kann die Drehzahl der Kurbelwelle in Umdrehungen pro Minute (RPM) unter Verwendung eines RPM-Sensors 180 messen. Die Temperatur des Motorkühlmittels kann unter Verwendung eines Motorkühlmittel-Temperatursensors (ECT-Sensors) 182 gemessen werden. Der ECT-Sensor 182 kann in dem Motor 102 oder an anderen Orten angeordnet sein, an denen das Kühlmittel zirkuliert, wie z. B. einem Kühler (nicht gezeigt).
  • Der Druck in dem Einlasskrümmer 110 kann unter Verwendung eines Krümmerabsolutdrucksensors (MAP-Sensors) 184 gemessen werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann ein Motorunterdruck gemessen werden, der die Differenz zwischen dem Umgebungsluftdruck und dem Druck in dem Einlasskrümmer 110 ist. Die Massenströmungsrate der Luft, die in den Einlasskrümmer 110 strömt, kann unter Verwendung eines Luftmassenstromsensors (MAF-Sensors) 186 gemessen werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann der MAF-Sensor 186 in einem Gehäuse angeordnet sein, das auch das Drosselventil 112 umfasst.
  • Das Drossel-Aktuatormodul 116 kann die Position des Drosselventils 112 unter Verwendung eines oder mehrerer Drosselpositionssensoren (TPS) 190 überwachen. Die Umgebungstemperatur der Luft, die in den Motor 102 eingelassen wird, kann unter Verwendung eines Einlassluft-Temperatursensors (IAT-Sensors) 192 gemessen werden. Das ECM 114 kann Signale von den Sensoren verwenden, um Steuerentscheidungen für das Motorsystem 100 zu treffen.
  • Das ECM 114 kann mit einem Getriebesteuermodul 194 in Verbindung stehen, um ein Wechseln von Gängen in einem Getriebe (nicht gezeigt) abzustimmen. Beispielsweise kann das ECM 114 das Motordrehmoment während eines Gangwechsels verringern. Das ECM 114 kann auch mit einem Hybridsteuermodul 196 in Verbindung stehen, um den Betrieb des Motors 102 und eines Elektromotors 198 abzustimmen.
  • Der Elektromotor 198 kann auch als Generator funktionieren, und er kann verwendet werden, um elektrische Energie zur Verwendung durch elektrische Systeme des Fahrzeugs und/oder zur Speicherung in einer Batterie zu erzeugen. Bei verschiedenen Implementierungen können verschiedene Funktionen des ECM 114, des Getriebesteuermoduls 194 und des Hybridsteuermoduls 196 in ein oder mehrere Module integriert werden.
  • Jedes System, das einen Motorparameter variiert, kann als ein Motoraktuator bezeichnet werden, der einen Aktuatorwert empfängt. Beispielsweise kann das Drossel-Aktuatormodul 116 als ein Aktuator bezeichnet werden, und die Drosselöffnungsfläche kann als der Aktuatorwert bezeichnet werden. In dem Beispiel von 1 erreicht das Drossel-Aktuatormodul 116 die Drosselöffnungsfläche, indem ein Winkel des Blatts des Drosselventils 112 angepasst wird.
  • Auf ähnliche Weise kann das Zündfunken-Aktuatormodul 126 als ein Aktuator bezeichnet werden, während der zugeordnete Aktuatorwert der Betrag der Zündfunkenvorverstellung relativ zu dem Zylinder-TDC ist. Andere Aktuatoren können das Zylinder-Aktuatormodul 120, das Kraftstoff-Aktuatormodul 124, das Phasensteller-Aktuatormodul 158, das Ladedruck-Aktuatormodul 164 und das AGR-Aktuatormodul 172 umfassen. Für diese Aktuatoren können die Aktuatorwerte der Anzahl der aktivierten Zylinder, der Kraftstoffzufuhrrate, dem Einlass- und Auslass-Nockenphasenstellerwinkel, dem Ladedruck bzw. der AGR-Ventilöffnungsfläche entsprechen. Das ECM 114 kann die Aktuatorwerte steuern, um zu bewirken, dass der Motor 102 ein Soll-Motorausgangsdrehmoment erzeugt.
  • Nun auf 2 Bezug nehmend, ist ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsteuersystems dargestellt. Eine beispielhafte Implementierung des ECM 114 umfasst ein Fahrerdrehmomentmodul 202. Das Fahrerdrehmomentmodul 202 kann eine Fahrerdrehmomentanforderung basierend auf einer Fahrereingabe von dem Fahrereingabemodul 104 ermitteln. Die Fahrereingabe kann auf einer Position eines Gaspedals basieren. Die Fahrereingabe kann auch auf einem Tempomat basieren, der ein adaptives Tempomatsystem sein kann, das die Fahrzeuggeschwindigkeit variiert, um eine vorbestimmte Nachfolgedistanz aufrechtzuerhalten. Das Fahrerdrehmomentmodul 202 kann eine oder mehrere Abbildungen der Gaspedalposition auf das gewünschte Drehmoment speichern, und es kann die Fahrerdrehmomentanforderung basierend auf einer Ausgewählten der Abbildungen ermitteln.
  • Ein Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 204 vermittelt zwischen der Fahrerdrehmomentanforderung von dem Fahrerdrehmomentmodul 202 und anderen Achsendrehmomentanforderungen. Die Drehmomentanforderungen können absolute Drehmomentanforderungen wie auch relative Drehmomentanforderungen und Rampenanforderungen umfassen. Lediglich beispielhaft können die Rampenanforderungen eine Anforderung umfassen, dass das Drehmoment bis zu einem minimalen Motorabschaltdrehmoment rampenartig abnimmt oder dass das Drehmoment von einem minimalen Motorabschaltdrehmoment rampenartig zunimmt. Relative Drehmomentanforderungen können vorübergehende oder dauerhafte Drehmomentverringerungen oder -zunahmen umfassen.
  • Die Achsendrehmomentanforderungen können eine Drehmomentverringerung umfassen, die von einem Traktionssteuersystem angefordert wird, wenn ein positiver Radschlupf detektiert wird. Ein positiver Radschlupf tritt auf, wenn das Achsendrehmoment die Reibung zwischen den Rädern und der Straßenoberfläche überwindet und die Räder beginnen, gegenüber der Straßenoberfläche zu rutschen. Die Achsendrehmomentanforderungen können auch eine Anforderung einer Drehmomentzunahme umfassen, um einem negativen Radschlupf entgegenwirken, bei dem ein Reifen des Fahrzeugs bezogen auf die Straßenoberfläche in einer anderen Richtung rutscht, da das Achsendrehmoment negativ ist.
  • Die Achsendrehmomentanforderungen können auch Bremsmanagementanforderungen und Drehmomentanforderungen aufgrund überhöhter Fahrzeuggeschwindigkeit umfassen. Bremsmanagementanforderungen können das Motordrehmoment verringern, um sicherzustellen, dass das Motorausgangsdrehmoment nicht die Fähigkeit der Bremsen übersteigt, das Fahrzeug zu halten, wenn das Fahrzeug gestoppt wird. Die Drehmomentanforderungen aufgrund überhöhter Fahrzeuggeschwindigkeit können das Motorausgangsdrehmoment verringern, um zu verhindern, dass das Fahrzeug eine vorbestimmte Geschwindigkeit überschreitet. Die Achsendrehmomentanforderungen können auch von Fahrzeugstabilitätskontrollsystemen erzeugt werden.
  • Das Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 204 gibt eine vorausgesagte Drehmomentanforderung und eine Momentandrehmomentanforderung basierend auf den Ergebnissen einer Vermittlung zwischen den empfangenen Drehmomentanforderungen aus. Wie nachstehend beschrieben ist, können die vorausgesagte Drehmomentanforderung und die Momentandrehmomentanforderung von dem Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 204 durch andere Module des ECM 114 selektiv angepasst werden, bevor sie verwendet werden, um Aktuatoren des Motors 102 zu steuern.
  • Allgemein ausgedrückt ist die Momentandrehmomentanforderung der Betrag des derzeitigen Soll-Motorausgangsdrehmoments, während die vorausgesagte Drehmomentanforderung der Betrag des Motorausgangsdrehmoments ist, der kurzfristig benötigt werden kann. Das ECM 114 steuert daher den Motor 102, um ein Motorausgangsdrehmoment zu erzeugen, das der Momentandrehmomentanforderung gleich ist. Verschiedene Kombinationen von Aktuatorwerten können jedoch zu demselben Motorausgangsdrehmoment führen. Das ECM 114 kann daher die Aktuatorwerte steuern, um einen schnelleren Übergang zu der vorausgesagten Drehmomentanforderung zu ermöglichen, während das Motorausgangsdrehmoment weiterhin bei der Momentdrehmomentanforderung gehalten wird.
  • Bei verschiedenen Implementierungen kann die vorausgesagte Drehmomentanforderung auf der Fahrerdrehmomentanforderung basieren. Die Momentandrehmomentanforderung kann kleiner als die vorausgesagte Drehmomentanforderung sein, beispielsweise wenn die Fahrerdrehmomentanforderung auf einer vereisten Oberfläche einen Radschlupf verursacht. In einem solchen Fall kann ein Traktionssteuersystem (nicht gezeigt) eine Verringerung mittels der Momentandrehmomentanforderung anfordern, und das ECM 114 verringert das Drehmoment, das durch den Motor 102 erzeugt wird, auf die Momentandrehmomentanforderung. Das ECM 114 steuert den Motor 102 jedoch derart, dass der Motor 102 das Erzeugen der vorausgesagten Drehmomentanforderung schnell wieder aufnehmen kann, sobald der Radschlupf aufhört.
  • Allgemein ausgedrückt kann die Differenz zwischen der Momentandrehmomentanforderung und der höheren vorausgesagten Drehmomentanforderung als eine Drehmomentreserve bezeichnet werden. Die Drehmomentreserve repräsentiert den Betrag eines zusätzlichen Drehmoments, den der Motor 102 mit einer minimalen Verzögerung zu erzeugen beginnen kann. Schnelle Motoraktuatoren werden verwendet, um das Ist-Motorausgangsdrehmoment zu erhöhen oder zu verringern. Nachstehend ist detaillierter beschrieben, wie schnelle Motoraktuatoren im Gegensatz zu langsamen Motoraktuatoren definiert sind.
  • Bei verschiedenen Implementierungen können die schnellen Motoraktuatoren das Motorausgangsdrehmoment in einem Bereich variieren, wobei der Bereich durch die langsamen Motoraktuatoren festgelegt wird. Bei solchen Implementierungen ist die obere Grenze des Bereichs die vorausgesagte Drehmomentanforderung, während die untere Grenze des Bereichs durch die Drehmomentkapazität der schnellen Motoraktuatoren begrenzt ist. Lediglich beispielhaft können die schnellen Motoraktuatoren das Motorausgangsdrehmoment nur um einen ersten Betrag verringern, wobei der erste Betrag ein Maß der Drehmomentkapazität der schnellen Aktuatoren ist. Der erste Betrag kann basierend auf Motorbetriebsbedingungen variieren, die durch die langsamen Motoraktuatoren festgelegt werden. Wenn sich die Momentandrehmomentanforderung in dem Bereich befindet, können die schnellen Motoraktuatoren eingestellt werden, um zu bewirken, dass das Motorausgangsdrehmoment gleich der Momentandrehmomentanforderung ist. Wenn das ECM 114 anfordert, dass die vorausgesagte Drehmomentanforderung ausgegeben werden soll, können die schnellen Motoraktuatoren gesteuert werden, um das Motorausgangsdrehmoment auf die obere Grenze des Bereichs zu verändern, welche die vorausgesagte Drehmomentanforderung ist.
  • Allgemein ausgedrückt können die schnellen Motoraktuatoren das Motorausgangsdrehmoment im Vergleich zu den langsamen Motoraktuatoren schneller verändern. Die langsamen Motoraktuatoren können langsamer als die schnellen Motoraktuatoren auf Änderungen ihrer jeweiligen Aktuatorwerte ansprechen. Ein langsamer Motoraktuator kann beispielsweise mechanische Komponenten umfassen, die Zeit erfordern, um sich in Ansprechen auf eine Änderung des Aktuatorwerts von einer Position in eine andere zu bewegen. Ein langsamer Motoraktuator kann auch durch die Zeitspanne charakterisiert werden, die benötigt wird, damit sich das Motorausgangsdrehmoment zu andern beginnt, sobald der langsame Motoraktuator den veränderten Aktuatorwert zu implementieren beginnt. Allgemein wird diese Ansprechzeit für langsame Motoraktuatoren länger als für schnelle Motoraktuatoren sein. Sogar nachdem sich das Motorausgangsdrehmoment zu verändern beginnt, kann das Motorausgangsdrehmoment zusätzlich länger benötigen, um auf eine Veränderung bei einem langsamen Aktuator vollständig anzusprechen.
  • Lediglich beispielhaft kann das ECM 114 die Aktuatorwerte für die langsamen Aktuatoren auf Werte festlegen, die dem Motor 102 ermöglichen würden, die vorausgesagte Drehmomentanforderung zu erzeugen, wenn die schnellen Motoraktuatoren auf geeignete Werte eingestellt werden würden. In der Zwischenzeit kann das ECM 114 die Aktuatorwerte für die schnellen Aktuatoren auf Werte einstellen, die für die gegebenen Werte der langsamen Aktuatoren bewirken, dass der Motor 102 die Momentandrehmomentanforderung anstelle der vorausgesagten Drehmomentanforderung erzeugt.
  • Die schnellen Aktuatorwerte bewirken daher, dass der Motor 102 die Momentandrehmomentanforderung erzeugt. Wenn das ECM 114 entscheidet, das Motorausgangsdrehmoment von der Momentandrehmomentanforderung zu der vorausgesagten Drehmomentanforderung überzuleiten, ändert das ECM 114 die Aktuatorwerte für einen oder mehrere schnelle Motoraktuatoren auf Werte, die der vorausgesagten Drehmomentanforderung entsprechen. Da die langsamen Aktuatorwerte bereits basierend auf der vorausgesagten Drehmomentanforderung eingestellt wurden, ist der Motor 102 in der Lage, die vorausgesagte Drehmomentanforderung nach nur einer solchen Verzögerung zu erzeugen, die den schnellen Motoraktuatoren zuzuschreiben ist. Mit anderen Worten wird die längere Verzögerung vermieden, die ansonsten aus einem Verändern des Motorausgangsdrehmoments unter Verwendung der langsamen Motoraktuatoren resultieren würde.
  • Lediglich beispielhaft kann dann, wenn die vorausgesagte Drehmomentanforderung gleich der Fahrerdrehmomentanforderung ist, eine Drehmomentreserve erzeugt werden, wenn die Momentandrehmomentanforderung aufgrund einer vorübergehenden Drehmoment-Verringerungsanforderung kleiner als die Fahrerdrehmomentanforderung ist. Alternativ kann eine Drehmomentreserve erzeugt werden, indem die vorausgesagte Drehmomentanforderung über die Fahrerdrehmomentanforderung hinaus erhöht wird, während die Momentandrehmomentanforderung bei der Fahrerdrehmomentanforderung gehalten wird. Die resultierende Drehmomentreserve kann plötzliche Zunahmen in dem erforderlichen Motorausgangsdrehmoment absorbieren. Lediglich beispielhaft können plötzliche Lasten einer Klimaanlage oder einer Servolenkungspumpe ausgeglichen werden, indem die Momentandrehmomentanforderung erhöht wird. Wenn die Zunahme der Momentandrehmomentanforderung kleiner als die Drehmomentreserve ist, kann die Zunahme schnell erzeugt werden, indem die schnellen Motoraktuatoren verwendet werden. Die vorausgesagte Drehmomentanforderung kann anschließend ebenso erhöht werden, um die vorhergehende Drehmomentreserve wieder herzustellen.
  • Eine andere beispielhafte Verwendung einer Drehmomentreserve ist es, Fluktuationen in den langsamen Aktuatorwerten zu verringern. Aufgrund ihrer relativ langsamen Geschwindigkeit kann ein Variieren von langsamen Aktuatorwerten eine Steuerinstabilität erzeugen. Zusätzlich können die langsamen Motoraktuatoren mechanische Teile aufweisen, die mehr Leistung benötigen und/oder schneller abgenutzt werden können, wenn sie häufig bewegt werden. Das Erzeugen einer ausreichenden Drehmomentreserve ermöglicht, dass Änderungen in dem Soll-Drehmoment ausgeführt werden, indem die schnellen Motoraktuatoren mittels der Momentandrehmomentanforderung variiert werden, während die Werte der langsamen Motoraktuatoren beibehalten werden. Um beispielsweise eine gegebene Leerlaufdrehzahl aufrechtzuerhalten, kann die Momentandrehmomentanforderung innerhalb eines Bereichs variiert werden. Wenn die vorausgesagte Drehmomentanforderung auf ein Niveau oberhalb dieses Bereichs festgelegt wird, können Veränderungen in der Momentandrehmomentanforderung, welche die Leerlaufdrehzahl aufrechterhalten, unter Verwendung der schnellen Motoraktuatoren ohne die Notwendigkeit ausgeführt werden, die langsamen Motoraktuatoren anzupassen.
  • Lediglich beispielhaft kann der Zündfunkenzeitpunkt in einem Motor mit Funkenzündung ein schneller Aktuator sein, während die Drosselöffnungsfläche ein langsamer Aktuator sein kann. Motoren mit Funkenzündung können Kraftstoffe, die beispielsweise Benzin und Ethanol umfassen, unter Anwendung eines Zündfunkens verbrennen. Im Gegensatz dazu kann ein Motor mit Kompressionszündung Kraftstoffe verbrennen, die beispielsweise Diesel umfassen, indem die Kraftstoffe komprimiert werden.
  • Nachdem ein neuer Aktuatorwert empfangen wurde, kann das Zündfunken-Aktuatormodul 126 in der Lage sein, den Zündfunkenzeitpunkt für das nachfolgende Zündungsereignis zu verändern. Wenn der Zündfunkenzeitpunkt (auch Zündfunkenvorverstellung genannt) für ein Zündungsereignis auf einen kalibrierten Wert eingestellt wird, wird ein maximales Drehmoment in dem Verbrennungstakt unmittelbar nach dem Zündungsereignis erzeugt. Eine Zündfunkenvorverstellung, die von dem kalibrierten Wert abweicht, kann jedoch den Drehmomentbetrag verringern, der in dem Verbrennungstakt erzeugt wird. Daher kann das Zündfunken-Aktuatormodul 126 in der Lage sein, das Motorausgangsdrehmoment durch ein Variieren der Zündfunkenvorverstellung zu verändern, sobald das nächste Zündungsereignis auftritt. Lediglich beispielhaft kann eine Tabelle von Zündfunkenvorverstellungen, die verschiedenen Motorbetriebsbedingungen entsprechen, während einer Kalibrierungsphase der Fahrzeugausgestaltung ermittelt werden, und der kalibrierte Wert wird basierend auf den gegenwärtigen Motorbetriebsbedingungen aus der Tabelle ausgewählt.
  • Im Gegensatz dazu benötigen Änderungen in der Drosselöffnungsfläche länger, um das Motorausgangsdrehmoment zu beeinflussen. Das Drosselaktuatormodul 116 verändert die Drosselöffnungsfläche, indem der Winkel des Blatts des Drosselventils 112 angepasst wird. Sobald ein neuer Aktuatorwert empfangen wird, gibt es daher eine mechanische Verzögerung, wenn sich das Drosselventil 112 basierend auf dem neuen Aktuatorwert von seiner vorhergehenden Position in eine neue Position bewegt. Zusätzlich sind Luftströmungsänderungen basierend auf der Drosselventilöffnung Lufttransportverzögerungen in dem Einlasskrümmer 110 ausgesetzt. Ferner wird eine erhöhte Luftströmung in dem Einlasskrümmer 110 nicht als eine Erhöhung des Motorausgangsdrehmoments realisiert, bis der Zylinder 118 in dem nächsten Einlasstakt zusätzliche Luft aufnimmt, die zusätzliche Luft komprimiert und den Verbrennungstakt beginnt.
  • Unter Verwendung dieser Aktuatoren als ein Beispiel kann eine Drehmomentreserve erzeugt werden, indem die Drosselöffnungsfläche auf einen Wert eingestellt wird, der dem Motor 102 ermöglichen würde, eine vorausgesagte Drehmomentanforderung zu erzeugen. In der Zwischenzeit kann der Zündfunkenzeitpunkt basierend auf einer Momentandrehmomentanforderung eingestellt werden, die kleiner als die vorgesagte Drehmomentanforderung ist. Obwohl die Drosselöffnungsfläche eine ausreichende Luftströmung für den Motor 102 erzeugt, um die vorausgesagte Drehmomentanforderung zu erzeugen, wird der Zündfunkenzeitpunkt basierend auf der Momentandrehmomentanforderung nach spät verstellt (was das Drehmoment verringert). Das Motorausgangsdrehmoment wird daher gleich der Momentandrehmomentanforderung sein.
  • Wenn ein zusätzliches Drehmoment erforderlich ist, beispielsweise wenn der Klimaanlagenkompressor gestartet wird oder wenn eine Traktionssteuerung ermittelt, dass ein Radschlupf aufgehört hat, kann der Zündfunkenzeitpunkt basierend auf der vorausgesagten Drehmomentanforderung eingestellt werden. Mit dem nächsten Zündungsereignis kann das Zündfunken-Aktuatormodul 126 die Zündfunkenvorverstellung auf einen kalibrierten Wert zurücksetzen, der dem Motor 102 ermöglicht, das volle Motorausgangsdrehmoment zu erzeugen, das mit der bereits vorhandenen Luftströmung erreichbar ist. Das Motorausgangsdrehmoment kann daher schnell auf die vorausgesagte Drehmomentanforderung erhöht werden, ohne dass Verzögerungen aufgrund des Änderns der Drosselöffnungsfläche erfahren werden.
  • Das Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 204 kann die vorausgesagte Drehmomentanforderung und die Momentandrehmomentanforderung an ein Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 ausgeben. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 204 die vorausgesagte Drehmomentanforderung und die Momentandrehmomentanforderung an ein Hybridoptimierungsmodul 208 ausgeben. Das Hybridoptimierungsmodul 208 ermittelt, wie viel Drehmoment durch den Motor 102 erzeugt werden sollte und wie viel Drehmoment durch den Elektromotor 198 erzeugt werden sollte. Das Hybridoptimierungsmodul 208 gibt dann eine modifizierte vorausgesagte Drehmomentanforderung und eine modifizierte Momentandrehmomentanforderung an das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 aus. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Hybridoptimierungsmodul 208 in dem Hybridsteuermodul 196 implementiert werden.
  • Die vorausgesagte Drehmomentanforderung und die Momentandrehmomentanforderung, die von dem Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 empfangen werden, werden von einer Achsendrehmomentdomäne (Drehmoment an den Rädern) in eine Antriebsdrehmomentdomäne (Drehmoment an der Kurbelwelle) umgewandelt. Diese Umwandlung kann vor oder nach dem Hybridsteuermodul 208, als Teil von diesem oder an dessen Stelle auftreten.
  • Das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 vermittelt zwischen den Antriebsdrehmomentanforderungen, einschließlich der umgewandelten vorausgesagten Drehmomentanforderung und der umgewandelten Momentandrehmomentanforderung. Das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 erzeugt eine vermittelte vorausgesagte Drehmomentanforderung und eine vermittelte Momentandrehmomentanforderung. Die vermittelten Drehmomente können erzeugt werden, indem eine gewinnende Anforderung unter den empfangenen Anforderungen ausgewählt wird. Alternativ oder zusätzlich können die vermittelten Drehmomente erzeugt werden, indem eine der empfangenen Anforderungen basierend auf einer oder mehreren anderen der empfangenen Anforderungen modifiziert wird.
  • Die anderen Antriebsdrehmomentanforderungen können Drehmomentverringerungen zum Schutz vor überhöhter Motordrehzahl, Drehmomentzunahmen zum Verhindern eines Abwürgens und Drehmomentverringerungen umfassen, die von dem Getriebesteuermodul 194 angefordert werden, um Gangwechsel aufzunehmen. Die Antriebsdrehmomentanforderungen können auch aus einer Kraftstoffabschaltung wegen der Kupplung resultieren, die das Motorausgangsdrehmoment dann verringert, wenn der Fahrer bei einem Fahrzeug mit Schaltgetriebe das Kupplungspedal niederdrückt, um ein Aufbrausen (einen schnellen Anstieg) der Motordrehzahl zu verhindern.
  • Die Antriebsdrehmomentanforderungen können auch eine Motorabschaltanforderung umfassen, die ausgelöst werden kann, wenn ein kritischer Fehler detektiert wird. Lediglich beispielhaft können die kritischen Fehler die Detektion eines Fahrzeugdiebstahls, einen blockierten Anlasser, Probleme mit der elektronischen Drosselsteuerung und unerwartete Drehmomentzunahmen umfassen. Bei verschiedenen Implementierungen wählt die Vermittlung die Motorabschaltanforderung als die gewinnende Anforderung aus, wenn eine Motorabschaltanforderung vorliegt. Wenn die Motorabschaltanforderung vorliegt, kann das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 Null als die vermittelten Drehmomente ausgeben.
  • Bei verschiedenen Implementierungen kann eine Motorabschaltanforderung den Motor 102 separat von dem Vermittlungsprozess einfach abschalten. Das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 kann die Motorabschaltanforderung weiterhin empfangen, sodass beispielsweise geeignete Daten zu den anderen Drehmomentanforderern zurückgeführt werden können. Beispielsweise können alle anderen Drehmomentanforderer informiert werden, dass sie die Vermittlung verloren haben.
  • Ein RPM-Steuermodul 210 kann ebenfalls eine vorausgesagte Drehmomentanforderung und eine Momentandrehmomentanforderung an das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 ausgeben. Die Drehmomentanforderungen von dem RPM-Steuermodul 210 können bei der Vermittlung vorherrschen, wenn sich das ECM 114 in einem RPM-Modus befindet. Der RPM-Modus kann ausgewählt werden, wenn der Fahrer seinen Fuß von dem Gaspedal wegnimmt, beispielsweise wenn sich das Fahrzeug im Leerlauf befindet oder von einer höheren Geschwindigkeit ausrollt. Alternativ oder zusätzlich kann der RPM-Modus ausgewählt werden, wenn die vorausgesagte Drehmomentanforderung von dem Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 204 kleiner als ein kalibrierbarer Drehmomentwert ist.
  • Das RPM-Steuermodul 210 empfängt eine Soll-RPM von einem RPM-Trajektorienmodul 212 und steuert die vorausgesagte Drehmomentanforderung und die Momentandrehmomentanforderung, um die Differenz zwischen der Soll-RPM und der Ist-RPM zu verringern. Lediglich beispielhaft kann das RPM-Trajektorienmodul 212 eine linear abnehmende Soll-RPM für ein Ausrollen des Fahrzeugs ausgeben, bis eine Leerlauf-RPM erreicht ist. Das RPM-Trajektorienmodul 212 kann dann damit fortfahren, die Leerlauf-RPM als die Soll-RPM auszugeben.
  • Ein Reserven/Lastenmodul 220 empfängt die vermittelte vorausgesagte Drehmomentanforderung und die vermittelte Momentandrehmomentanforderung von dem Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206. Das Reserven/Lastenmodul 220 kann die vermittelte vorausgesagte Drehmomentanforderung und die vermittelte Momentandrehmomentanforderung anpassen, um eine Drehmomentreserve zu erzeugen und/oder eine oder mehrere Lasten zu kompensieren. Das Reserven/Lastenmodul 220 gibt anschließend die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung und die angepasste Momentandrehmomentanforderung an das Betätigungsmodul 224 aus.
  • Lediglich beispielhaft kann ein Katalysator-Anspringprozess oder ein Prozess zur Verringerung von Kaltstartemissionen erfordern, dass die Zündfunkenvorverstellung nach spät verstellt wird. Das Reserven/Lastenmodul 220 kann daher die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung über die angepasste Momentandrehmomentanforderung hinaus erhöhen, um einen nach spät verstellten Zündfunken für den Prozess zur Verringerung von Kaltstartemissionen zu erzeugen. Bei einem anderen Beispiel können das L/K-Verhältnis des Motors 102 und/oder die Luftmassenströmung direkt variiert werden, wie z. B. durch ein Testen des Äquivalenzverhältnisses mittels einer eingreifenden Diagnostik und/oder durch ein Spülen eines neuen Motors. Bevor diese Prozesse beginnen, kann eine Drehmomentreserve erzeugt oder erhöht werden, um Verringerungen in dem Motorausgangsdrehmoment schnell auszugleichen, die während dieser Prozesse daraus resultieren, dass das L/K-Gemisch magerer wird.
  • Das Reserven/Lastenmodul 220 kann auch eine Drehmomentreserve in Erwartung einer zukünftigen Last erzeugen oder erhöhen, wie z. B. des Betriebs der Servolenkungspumpe oder des Einrückens einer Klimaanlagen-Kompressorkupplung (A/C-Kompressorkupplung). Die Reserve für das Einrücken der A/C-Kompressorkupplung kann erzeugt werden, wenn der Fahrer die Klimaanlage zum ersten Mal anfordert. Das Reserven/Lastenmodul 220 kann die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung erhöhen, während die angepasste Momentandrehmomentanforderung unverändert belassen wird, um die Drehmomentreserve zu erzeugen. Dann, wenn die A/C-Kompressorkupplung einrückt, kann das Reserven/Lastenmodul 220 die Momentandrehmomentanforderung um die geschätzte Last der A/C-Kompressorkupplung erhöhen.
  • Das Betätigungsmodul 224 empfängt die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung und die angepasste Momentandrehmomentanforderung von dem Reserven/Lastenmodul 220. Das Betätigungsmodul 224 ermittelt, wie die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung und die angepasste Momentandrehmomentanforderung erreicht werden. Das Betätigungsmodul 224 kann für den Motortyp spezifisch sein. Lediglich beispielhaft kann das Betätigungsmodul 224 für Motoren mit Funkenzündung gegenüber Motoren mit Kompressionszündung unterschiedlich implementiert werden oder unterschiedliche Steuerschemata verwenden.
  • Bei verschiedenen Implementierungen kann das Betätigungsmodul 224 die Grenze zwischen den Modulen, die bei allen Motortypen üblich sind, und den Modulen definieren, die für den Motortyp spezifisch sind. Die Motortypen können beispielsweise solche mit Funkenzündung und mit Kompressionszündung umfassen. Die Module vor dem Betätigungsmodul 224, wie beispielsweise das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206, können bei allen Motortypen üblich sein, während das Betätigungsmodul 224 und die nachfolgenden Module für den Motortyp spezifisch sein können.
  • Lediglich beispielhaft kann das Betätigungsmodul 224 in einem Motor mit Funkenzündung das Öffnen des Drosselventils 112 als einen langsamen Aktuator variieren, was einen weiten Bereich für die Drehmomentsteuerung ermöglicht. Das Betätigungsmodul 224 kann Zylinder unter Verwendung des Zylinder-Aktuatormoduls 120 deaktivieren, was auch für einen weiten Bereich der Drehmomentsteuerung sorgt, aber ebenso langsam sein kann und Fahrbarkeits- und Emissionsprobleme mit sich bringen kann. Das Betätigungsmodul 224 kann den Zündfunkenzeitpunkt als einen schnellen Aktuator verwenden. Der Zündfunkenzeitpunkt kann jedoch keinen so großen Bereich für die Drehmomentsteuerung liefern. Zusätzlich kann sich der Betrag der Drehmomentsteuerung ändern, der mit Änderungen in dem Zündfunkenzeitpunkt möglich ist (als Zündfunkenreservekapazität bezeichnet), wenn sich die Luftströmung ändert.
  • Bei verschiedenen Implementierungen kann das Betätigungsmodul 224 eine Luftdrehmomentanforderung basierend auf der angepassten vorausgesagten Drehmomentanforderung erzeugen. Die Luftdrehmomentanforderung kann der angepassten vorausgesagten Drehmomentanforderung gleich sein und die Luftströmung derart einstellen, dass die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung durch Änderungen der anderen Aktuatoren erreicht werden kann.
  • Ein Luftsteuermodul 228 kann Soll-Aktuatorwerte basierend auf der Luftdrehmomentanforderung ermitteln. Beispielsweise kann das Luftsteuermodul 228 den Soll-Krümmerabsolutdruck (Soll-MAP), die Soll-Drosselfläche und/oder die Soll-Luft pro Zylinder (Soll-APC) steuern. Der Soll-MAP kann verwendet werden, um einen Soll-Ladedruck zu ermitteln, und die Soll-APC kann verwendet werden, um Soll-Phasenstellerpositionen zu ermitteln. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Luftsteuermodul 228 auch einen Betrag des Öffnens des AGR-Ventils 170 ermitteln.
  • Das Betätigungsmodul 224 kann auch eine Zündfunken-Drehmomentanforderung, eine Zylinderabschalt-Drehmomentanforderung und eine Kraftstoffmassen-Drehmomentanforderung erzeugen. Die Zündfunken-Drehmomentanforderung kann von einem Zündfunkensteuermodul 232 verwendet werden, um zu ermitteln, wie viel der Zündfunken bezogen auf eine kalibrierte Zündfunkenvorverstellung nach spät verstellt werden soll (was das Motorausgangsdrehmoment verringert).
  • Die Zylinderabschalt-Drehmomentanforderung kann von einem Zylindersteuermodul 236 verwendet werden, um zu ermitteln, wie viele Zylinder deaktiviert werden sollen. Das Zylindersteuermodul 236 kann das Zylinder-Aktuatormodul 120 anweisen, einen oder mehrere Zylinder des Motors 102 zu deaktivieren. Bei verschiedenen Implementierungen kann eine vordefinierte Gruppe von Zylindern gemeinsam deaktiviert werden.
  • Das Zylindersteuermodul 236 kann auch ein Kraftstoffsteuermodul 240 anweisen, die Kraftstofflieferung an die deaktivierten Zylinder zu stoppen, und es kann das Zündfunkensteuermodul 232 anweisen, die Lieferung des Zündfunkens an die deaktivierten Zylinder zu stoppen. Bei verschiedenen Implementierungen stoppt das Zündfunkensteuermodul 232 die Lieferung des Zündfunkens für einen Zylinder nur, sobald ein beliebiges Kraftstoff/Luft-Gemisch, das bereits in dem Zylinder vorhanden war, verbrannt wurde.
  • Bei verschiedenen Implementierungen kann das Zylinder-Aktuatormodul 120 ein Hydrauliksystem umfassen, das Einlass- und/oder Auslassventile für einen oder mehrere Zylinder von den entsprechenden Nockenwellen selektiv abkoppelt, um diese Zylinder zu deaktivieren. Lediglich beispielhaft werden die Ventile für die Hälfte der Zylinder als eine Gruppe durch das Zylinder-Aktuatormodul 120 entweder hydraulisch angekoppelt oder abgekoppelt. Bei verschiedenen Implementierungen können die Zylinder deaktiviert werden, indem die Kraftstoffzufuhr zu diesen Zylindern einfach gestoppt wird, ohne dass das Öffnen und Schließen der Einlass- und Auslassventile gestoppt wird. Bei solchen Implementierungen kann das Zylinder-Aktuatormodul 120 weggelassen werden.
  • Das Kraftstoffsteuermodul 240 kann basierend auf der Kraftstoffmassen-Drehmomentanforderung von dem Betätigungsmodul 224 die Kraftstoffmenge variieren, die an jeden Zylinder geliefert wird. Während des normalen Betriebs des Motors mit Funkenzündung kann das Kraftstoffsteuermodul 240 versuchen, ein stöchiometrisches L/K-Verhältnis aufrechtzuerhalten. Das Kraftstoffsteuermodul 240 kann daher eine Kraftstoffmasse ermitteln, die eine stöchiometrische Verbrennung ergeben wird, wenn sie mit der gegenwärtigen Luftmenge pro Zylinder kombiniert wird. Das Kraftstoffsteuermodul 240 kann das Kraftstoff-Aktuatormodul 124 anweisen, diese Kraftstoffmasse für jeden aktivierten Zylinder einzuspritzen.
  • Basierend auf der Kraftstoffmassen-Drehmomentanforderung kann das Kraftstoffsteuermodul 240 das L/K-Verhältnis bezogen auf die Stöchiometrie einstellen, um das Motorausgangsdrehmoment zu erhöhen oder zu verringern. Das Kraftstoffsteuermodul 240 kann anschließend eine Kraftstoffmasse für jeden Zylinder ermitteln, die das Soll-L/K-Verhältnis erreicht. Bei Dieselsystemen kann die Kraftstoffmasse der primäre Aktuator zum Steuern des Motorausgangsdrehmoments sein.
  • Eine Moduseinstellung kann ermitteln, wie das Betätigungsmodul 224 die angepasste Momentandrehmomentanforderung behandelt. Die Moduseinstellung kann an das Betätigungsmodul 224 geliefert werden, beispielsweise durch das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206, und sie kann Modi auswählen, die einen inaktiven Modus, einen gefälligen Modus, eines Maximalbereichsmodus und einen Selbstbetätigungsmodus umfassen.
  • In dem inaktiven Modus kann das Betätigungsmodul 224 die angepasste Momentandrehmomentanforderung ignorieren und das Motorausgangsdrehmoment basierend auf der angepassten vorausgesagten Drehmomentanforderung einstellen. Das Betätigungsmodul 224 kann daher die Zündfunken-Drehmomentanforderung, die Zylinderabschalt-Drehmomentanforderung und die Kraftstoffmassen-Drehmomentanforderung auf die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung einstellen, was das Motorausgangsdrehmoment für die gegenwärtigen Motorluftströmungsbedingungen maximiert. Alternativ kann das Betätigungsmodul 224 diese Anforderungen auf vorbestimmte (beispielsweise unerreichbar hohe) Werte einstellen, um Drehmomentverringerungen durch die Zündfunkenverstellung nach spät, das Deaktivieren von Zylindern oder das Verringern des Kraftstoff/Luftverhältnisses auszuschließen.
  • in dem gefälligen Modus gibt das Betätigungsmodul 224 die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung als die Luftdrehmomentanforderung aus und versucht, die angepasste Momentandrehmomentanforderung zu erreichen, indem nur die Zündfunkenvorverstellung angepasst wird. Das Betätigungsmodul 224 gibt daher die angepasste Momentandrehmomentanforderung als die Zündfunken-Drehmomentanforderung aus. Das Zündfunkensteuermodul 232 wird den Zündfunken so weit wie möglich nach spät verstellen, um zu versuchen, die Zündfunken-Drehmomentanforderung zu erreichen. Wenn die Verringerung des Soll-Drehmoments größer als die Zündfunkenreservekapazität ist (der Betrag der durch die Zündfunkenverstellung nach spät erreichbaren Drehmomentverringerung), kann die Drehmomentverringerung nicht erreicht werden. Das Motorausgangsdrehmoment wird dann größer als die angepasste Momentandrehmomentanforderung sein.
  • In dem Maximalbereichsmodus kann das Betätigungsmodul 224 die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung als die Luftdrehmomentanforderung und die angepasste Momentandrehmomentanforderung als die Zündfunken-Drehmomentanforderung ausgeben. Zusätzlich kann das Betätigungsmodul 224 die Zylinderabschalt-Drehmomentanforderung verringern (wodurch Zylinder deaktiviert werden), wenn die Verringerung der Zündfunkenvorverstellung alleine nicht in der Lage ist, die angepasste Momentandrehmomentanforderung zu erreichen.
  • In dem Selbstbetätigungsmodus kann das Betätigungsmodul 224 die Luftdrehmomentanforderung basierend auf der angepassten Momentandrehmomentanforderung verringern. Bei verschiedenen Implementierungen kann die Luftdrehmomentanforderung nur so weit verringert werden, wie es notwendig ist, um dem Zündfunkensteuermodul 232 zu erlauben, die angepasste Momentandrehmomentanforderung durch ein Anpassen der Zündfunkenvorverstellung zu erreichen. Daher wird die angepasste Momentandrehmomentanforderung in dem Selbstbetätigungsmodus erreicht, während die Luftdrehmomentanforderung so wenig wie möglich angepasst wird. Mit anderen Worten wird die Verwendung der relativ langsam ansprechenden Drosselventilöffnung minimiert, indem die schnell ansprechende Zündfunkenvorverstellung so weit wie möglich verringert wird. Dies ermöglicht dem Motor 102, so schnell wie möglich zu dem Erzeugen der angepassten vorausgesagten Drehmomentanforderung zurückzukehren.
  • Ein Drehmoment-Schätzmodul 244 kann die Drehmomentabgabe des Motors 102 schätzen. Dieses geschätzte Drehmoment kann von dem Betätigungsmodul 224 verwendet werden, um verschiedene Anforderungen zu erzeugen, die den verschiedenen Motorparametern entsprechen, wie z. B. der Luft, dem Kraftstoff und dem Zündfunken. Lediglich beispielhaft kann eine Drehmomentbeziehung wie z. B. T = f(APC, S, I, E, AF, OT, #) (1) definiert werden, wobei das Drehmoment (T) eine Funktion der Luft pro Zylinder (APC), der Zündfunkenvorverstellung (S), der Einlass-Nockenphasenstellerposition (I), der Auslass-Nockenphasenstellerposition (E), des L/K-Verhältnisses (AF), der Öltemperatur (OT) und der Anzahl der aktivierten Zylinder (#) ist. Zusätzliche Variablen können berücksichtigt werden, wie z. B. der Öffnungsgrad eines Abgasrückführungsventils (AGR-Ventils).
  • Diese Beziehung kann durch eine Gleichung modelliert werden, und/oder sie kann als eine Nachschlagetabelle gespeichert werden. Das Drehmoment-Schätzmodul 244 kann jedoch mehr als ein Drehmomentmodell und/oder mehr als eine Nachschlagetabelle umfassen. Beispielsweise kann das Drehmoment-Schätzmodul 244 drei verschiedene Drehmomentmodelle für die SI-Verbrennung, die Mischmodus-Verbrennung und die HCCI-Verbrennung umfassen.
  • Ein Verbrennungsmodus-Ermittlungsmodul 245 kann ermitteln, in welchem Verbrennungsmodus der HCCI-Motor 102 momentan arbeitet. Mit anderen Worten kann das Verbrennungsmodus-Ermittlungsmodul 245 ermitteln, ob der HCCI-Motor 102 in dem SI-Verbrennungsmodus, dem gemischten Verbrennungsmodus oder dem HCCI-Verbrennungsmodus arbeitet. Zusätzlich oder alternativ kann das Verbrennungsmodus-Ermittlungsmodul 245 auch ermitteln, ob der HCCI-Motor 102 zwischen Verbrennungsmodi wechselt. Beispielsweise kann das Verbrennungsmodus-Ermittlungsmodul 245 den Verbrennungsmodus des HCCI-Motors basierend auf der Luft, dem Kraftstoff, dem Nockenprofil und/oder dem Zündfunken ermitteln, die dem HCCI-Motor 102 zugeführt werden. Lediglich beispielhaft kann das Verbrennungsmodus-Ermittlungsmodul 245 ermitteln, dass der HCCI-Motor 102 in dem HCCI-Verbrennungsmodus arbeitet, wenn der Zündfunken deaktiviert ist. Der ermittelte Modus kann an das Drehmoment-Schätzmodul 244 zur Verwendung bei der Schätzung der Drehmomentabgabe des HCCI-Motors 102 übertragen werden.
  • Ein Kraftstoffanforderungs-Schätzmodul 246 kann eine Kraftstoffanforderung des HCCI-Motors 102 schätzen. Die geschätzte Kraftstoffanforderung kann verwendet werden, um den Kraftstoff, der dem HCCI-Motor 102 zugeführt wird, ähnlich der Drehmomentmodellierung einzustellen. Die geschätzte Kraftstoffanforderung kann auch an das Drehmoment-Schätzmodul 244 zur Verwendung bei der Schätzung der Drehmomentabgabe des HCCI-Motors übertragen werden. Beispielsweise kann die geschätzte Kraftstoffanforderung für nahtlose Übergänge zwischen der SI-Verbrennung und der HCCI-Verbrennung (und umgekehrt) sorgen, indem abrupte Drehmomentänderungen verringert oder beseitigt werden.
  • Das Luftsteuermodul 228 kann ein Soll-Flächensignal an das Drossel-Aktuatormodul 116 ausgeben. Das Drossel-Aktuatormodul 116 regelt dann das Drosselventil 112, um die Soll-Drosselfläche zu erzeugen. Das Luftsteuermodul 228 kann das Soll-Flächensignal basierend auf einem inversen Drehmomentmodell und der Luftdrehmomentanforderung erzeugen. Das Luftsteuermodul 228 kann das geschätzte Luftdrehmoment und/oder das MAF-Signal verwenden, um eine Regelung auszuführen. Beispielsweise kann das Soll-Flächensignal gesteuert werden, um eine Differenz zwischen dem geschätzten Luftdrehmoment und der Luftdrehmomentanforderung zu minimieren.
  • Das Luftsteuermodul 228 kann ein Soll-Krümmerabsolutdrucksignal (Soll-MAP-Signal) an ein Ladedruck-Zeitplanungsmodul 248 ausgegeben. Das Ladedruck-Zeitplanungsmodul 248 verwendet das Soll-MAP-Signal, um das Ladedruck-Aktuatormodul 164 zu steuern. Das Ladedruck-Aktuatormodul 164 steuert dann einen oder mehrere Turbolader (z. B. den Turbolader, der die Turbine 160-1 und den Kompressor 160-2 umfasst) und/oder Turbokompressoren.
  • Das Luftsteuermodul 228 kann auch ein Soll-Luft-pro-Zylinder-Signal (Soll-APC-Signal) an ein Phasensteller-Zeitplanungsmodul 252 ausgegeben. Basierend auf dem Soll-APC-Signal und dem RPM-Signal kann das Phasensteller-Zeitplanungsmodul 252 die Positionen des Einlass- und/oder des Auslass-Nockenphasenstellers 148 und 150 unter Verwendung des Phasensteller-Aktuatormoduls 158 steuern.
  • Wieder auf das Zündfunkensteuermodul 232 Bezug nehmend, können die kalibrierten Zündfunkenvorverstellungswerte basierend auf verschiedenen Motorbetriebsbedingungen variieren. Lediglich beispielhaft kann eine Drehmomentbeziehung invertiert werden, um diese nach der Soll-Zündfunkenvorverstellung aufzulösen. Für eine gegebene Drehmomentanforderung (Tdes) kann die Soll-Zündfunkenvorverstellung (Sdes) ermittelt werden basierend auf Sdes = T–1(Tdes, APC, I, E, AF, OT, #) (2).
  • Diese Beziehung kann durch eine Gleichung und/oder durch eine Nachschlagetabelle verkörpert werden. Das L/K-Verhältnis (AF) kann das Ist-L/K-Verhältnis sein, wie es von dem Kraftstoffsteuermodul 240 angegeben wird.
  • Wenn die Zündfunkenvorverstellung auf die kalibrierte Zündfunkenvorverstellung eingestellt wird, kann das resultierende Drehmoment so nahe wie möglich bei einem mittleren Bestdrehmoment (MBT) liegen. Das MBT bezieht sich auf das maximale Motorausgangsdrehmoment, das für eine gegebene Luftströmung erzeugt wird, wenn die Zündfunkenvorverstellung erhöht wird, während Kraftstoff mit einer Oktanzahl größer als ein vorbestimmter Schwellenwert und eine stöchiometrische Kraftstoffzufuhr verwendet werden. Die Zündfunkenvorverstellung, bei der dieses maximale Drehmoment auftritt, wird als ein MBT-Zündfunken bezeichnet. Die kalibrierte Zündfunkenvorverstellung kann sich beispielsweise aufgrund der Kraftstoffqualität (wenn beispielsweise Kraftstoff mit geringerer Oktanzahl verwendet wird) und aufgrund von Umweltfaktoren von dem MBT-Zündfunken leicht unterscheiden. Das Drehmoment bei der kalibrierten Zündfunkenvorverstellung kann daher kleiner als das MBT sein.
  • Das Luftsteuermodul 228, das Zündfunkensteuermodul 232, das Zylindersteuermodul 236, das Kraftstoffsteuermodul 240, das Ladedruck-Zeitplanungsmodul 248 und das Phasensteller-Zeitplanungsmodul 252 können gemeinsam als ein ”Drehmoment-Steuermodul” bezeichnet werden. Mit anderen Worten kann das Drehmoment-Steuermodul basierend auf den Drehmomentanforderungen und/oder dem geschätzten Drehmoment, wie sie vorstehend beschrieben sind, die Drehmomentabgabe des Motors 102 steuern, indem die Luft, der Zündfunken, die Zylinder, der Kraftstoff, der Ladedruck und/oder die Phasensteller gesteuert werden. Obgleich diese Module gemeinsam als das Drehmoment-Steuermodul bezeichnet werden können, ist jedoch einzusehen, dass ebenso ein separates Drehmoment-Steuermodul in dem ECM 114 implementiert werden kann.
  • Nun auf 3 Bezug nehmend, ist das Drehmoment-Schätzmodul 244 detaillierter gezeigt. Das Drehmoment-Schätzmodul 244 kann ein Modellauswahlmodul 300, ein SI-Drehmomentschätzmodul 304, ein Mischdrehmoment-Schätzmodul 308 und ein HCCI-Drehmomentschätzmodul 312 umfassen.
  • Das Modellauswahlmodul 300 empfängt den Verbrennungsmodus von dem Verbrennungsmodus-Ermittlungsmodul 245. Der Verbrennungsmodus kann beispielsweise die SI-Verbrennung, die Mischmodus-Verbrennung oder die HCCI-Verbrennung sein. Daher wählt das Modellauswahlmodul 300 eines der drei analytischen Drehmomentmodelle basierend auf dem Modus aus. Speziell kann das Modellauswahlmodul 300 ein SI-Drehmomentmodell, ein Mischdrehmomentmodell oder ein HCCI-Drehmomentmodell auswählen. Mit anderen Worten kann das Modellauswahlmodul 300 ein Aktivierungssignal für das SI-Drehmomentschätzmodul 304, das Mischdrehmoment-Schätzmodul 308 oder das HCCI-Drehmomentschätzmodul 312 erzeugen. Beispielsweise kann das Modellauswahlmodul 300 ein Aktivierungssignal für das SI-Drehmomentschätzmodul 304 erzeugen, wenn der Modus die SI-Verbrennung ist. Auf ähnliche Weise kann das Modellauswahlmodul 300 ein Aktivierungssignal für das Mischdrehmoment-Schätzmodul 308 erzeugen, wenn der Modus die Mischmodus-Verbrennung ist, und es kann ein Aktivierungssignal für das HCCI-Drehmomentschätzmodul 312 erzeugen, wenn der Modus die HCCI-Verbrennung ist.
  • Mit anderen Worten kann das Drehmoment-Schätzmodul 244 eine geschätzte Drehmomentabgabe gemäß dem ausgewählten Drehmomentmodell erzeugen. Alternativ kann das Modellauswahlmodul 300 jedoch mehr als eines von dem SI-Drehmomentschätzmodul 304, dem Mischdrehmoment-Schätzmodul 308 und dem HCCI-Drehmomentschätzmodul 312 aktivieren. Beispielsweise kann das Modellauswahlmodul 300 zwei Modelle auswählen (und dadurch zwei der drei Drehmoment-Schätzmodule 304, 308 und 312 aktivieren), wenn der HCCI-Motor 102 zwischen Verbrennungsmodi wechselt. Die zwei erzeugten Drehmomentschätzungen können anschließend während des Übergangs zwischen den Verbrennungsmodi gemittelt werden, um einen nahtlosen Übergang zu unterstützen, indem die Position von entsprechenden Aktuatoren angepasst wird. Darüber hinaus kann das Modellauswahlmodul 300 bei einer Ausführungsform alle drei Modelle auswählen (und dadurch jedes der drei Drehmoment-Schätzmodule 304, 308, 312 aktivieren) und die drei erzeugten Drehmomentschätzungen mitteln. Alternativ kann das Modellauswahlmodul 300 eine gewichtete Mitteilung der drei Drehmomentschätzungen von den drei Drehmoment-Schätzmodulen 304, 308 bzw. 312 ausführen.
  • Wie zuvor beschrieben wurde, kann das SI-Drehmomentschätzmodul 304 ein Aktivierungssignal von dem Modellauswahlmodul 300 empfangen. Das SI-Drehmomentschätzmodul 304 kann auch eine erste Vielzahl von Motorbetriebsparametern empfangen. Die erste Vielzahl von Motorbetriebsparametern kann beispielsweise die Motordrehzahl (RPM), den Einlass- und den Auslassnockenwellen-Phasenstellerwinkel, den Zündfunkenzeitpunkt und die Luft pro Zylinder (APC) umfassen, ohne auf diese beschränkt zu sein. Wenn es aktiviert ist, schätzt das SI-Drehmomentschätzmodul 304 die Drehmomentabgabe des HCCI-Motors 102 basierend auf der ersten Vielzahl von Motorbetriebsparametern. Mit anderen Worten kann das SI-Drehmomentschätzmodul 304 die Drehmomentabgabe des HCCI-Motors 102 wie folgt schätzen: T = f(R, S, I, E, APC), wobei die geschätzte Drehmomentabgabe (T) eine Funktion der Motordrehzahl (RPM), des Zündfunkenzeitpunkts (S), des Einlass und des Auslassnockenwellen-Phasenstellerwinkels (I bzw. E) und der Luft pro Zylinder (APC) ist. Alternativ oder zusätzlich kann die geschätzte Drehmomentabgabe T eine Funktion des L/K-Verhältnisses, der Öltemperatur und/oder einer Anzahl aktivierter Zylinder sein.
  • Das Mischdrehmoment-Schätzmodul 308 kann ebenso ein Aktivierungssignal von dem Modellauswahlmodul 300 empfangen. Das Mischdrehmoment-Schätzmodul 308 kann auch eine zweite Vielzahl von Motorbetriebsparametern empfangen. Die zweite Vielzahl von Motorbetriebsparametern kann beispielsweise die Motordrehzahl (RPM), den Einlass- und den Auslassnockenwellen-Phasenstellerwinkel, die Kraftstoffmasse, den Zündfunkenzeitpunkt, die Luft pro Zylinder (APC) und eine geschätzte Kraftstoffanforderung (EFR) umfassen. Die geschätzte Kraftstoffanforderung EFR kann beispielsweise durch das Kraftstoffanforderungs-Schätzmodul 246 erzeugt werden. Wenn es aktiviert ist, kann das Mischdrehmoment-Schätzmodul 308 die Drehmomentabgabe des HCCI-Motors 102 basierend auf der zweiten Vielzahl von Motorbetriebsparametern schätzen. Mit anderen Worten kann das Mischdrehmoment-Schätzmodul 308 die Drehmomentabgabe des HCCI-Motors 102 wie folgt schätzen: T = f(R, S, F, I, E, APC, EFR), wobei die geschätzte Drehmomentabgabe (T) eine Funktion der Motordrehzahl (RPM), des Zündfunkenzeitpunkts (S), der Kraftstoffmasse (F), des Einlass- und des Auslassnockenwellen-Phasenstellerwinkels (I bzw. E), der Luft pro Zylinder (APC) und der geschätzten Kraftstoffanforderung (EFR) ist. Zusätzlich oder alternativ kann die geschätzte Drehmomentabgabe T eine Funktion der Kraftstoffströmung, des Kraftstoffeinspritzungszeitpunkts und der Anzahl von Einspritzungen pro Motorzyklus sein.
  • Das HCCI-Drehmomentschätzmodul 312 kann ebenso ein Aktivierungssignal von dem Modellauswahlmodul 300 empfangen. Das HCCI-Drehmomentschätzmodul 312 kann auch eine dritte Vielzahl von Motorbetriebsparametern empfangen. Die dritte Vielzahl von Motorbetriebsparametern kann beispielsweise die Motordrehzahl (RPM), den Einlass- und den Auslassnockenwellen-Phasenstellerwinkel, die Kraftstoffmasse und die Luft pro Zylinder (APC) umfassen. Wenn es aktiviert ist, schätzt das HCCI-Drehmomentschätzmodul 312 die Drehmomentabgabe des HCCI-Motors 102 basierend auf der dritten Vielzahl von Motorbetriebsparametern. Mit anderen Worten kann das HCCI-Drehmomentschätzmodul 308 die Drehmomentabgabe des HCCI-Motors 102 wie folgt schätzen: T = f(R, F, I, E, APC), wobei die geschätzte Drehmomentabgabe (T) eine Funktion der Motordrehzahl (RPM), der Kraftstoffmasse (F), des Einlass- und des Auslassnockenwellen-Phasenstellerwinkels (I bzw. E) und der Luft pro Zylinder (APC) ist. Alternativ oder zusätzlich kann die geschätzte Drehmomentabgabe T eine Funktion der Kraftstoffströmung, des Kraftstoffeinspritzungszeitpunkts und der Anzahl von Einspritzungen pro Motorzyklus sein.
  • Nun auf 4 Bezug nehmend ist das Kraftstoffanforderungs-Schätzmodul 246 detaillierter gezeigt. Das Kraftstoffanforderungs-Schätzmodul 246 kann ein Drehmomentanforderungs-Ermittlungsmodul 400, ein Ermittlungsmodul 404 für einen mittleren effektiven Soll-Druck (Soll-IMEP-Ermittlungsmodul) und ein Schätzmodul 408 umfassen. Lediglich beispielhaft kann das Drehmomentanforderungs-Ermittlungsmodul 400 das Fahrerdrehmomentmodul 202 sein. Das Drehmomentanforderungs-Ermittlungsmodul 400 kann jedoch ebenso ein separates Modul sein.
  • Das Drehmomentanforderungs-Ermittlungsmodul 400 empfängt eine Position einer Beschleunigungseinrichtung und eine Fahrzeuggeschwindigkeit. Zusätzlich kann das Drehmomentanforderungs-Ermittlungsmodul 400 mit einem Getriebe in Verbindung stehen, um ein gegenwärtiges Übersetzungsverhältnis zu ermitteln. Lediglich beispielhaft kann die Beschleunigungseinrichtung ein Gaspedal sein, und die Position kann einem Niederdrücken des Gaspedals entsprechen. Das Drehmomentanforderungs-Ermittlungsmodul 400 ermittelt einen Betrag des durch den Fahrer angeforderten Drehmoments (d. h. eine Drehmomentanforderung) basierend auf der Position der Beschleunigungseinrichtung und der Fahrzeuggeschwindigkeit.
  • Das Soll-IMEP-Ermittlungsmodul 404 empfängt die Drehmomentanforderung. Das Soll-IMEP-Ermittlungsmodul 404 kann auch Signale empfangen, die Energieverluste aufgrund einer Motorreibung und Motorpumpverluste angeben. Das Soll-IMEP-Ermittlungsmodul 404 ermittelt einen Soll-IMEP des HCCI-Motors basierend auf der Drehmomentanforderung und den Energieverlusten aufgrund der Motorreibung sowie den Pumpverlusten. Mit anderen Worten ermittelt das Soll-IMEP-Ermittlungsmodul 404 einen mittleren effektiven Druck, der erforderlich ist, um die Drehmomentanforderung zu erreichen, während sowohl die Motorreibungsverluste als auch die Motorpumpverluste kompensiert werden. Der Soll-IMEP kann beispielsweise einen IMEP, welcher der Drehmomentanforderung entspricht, plus einen IMEP umfassen, welcher den Motorreibungs- und Motorpumpverlusten entspricht.
  • Das Schätzmodul 408 empfängt den Soll-IMEP. Das Schätzmodul 408 kann auch einen Heizwert des Kraftstoffs, eine Energieumwandlungseffizienz des Kraftstoffs, einen Betrag der äußeren AGR und eine Temperatur im Inneren der Zylinder 118 empfangen. Das Schätzmodul 408 schätzt die Kraftstoffanforderung des HCCI-Motors 102. Stattdessen kann das Schätzmodul 408 die geschätzte Kraftstoffanforderung (EFR) basierend auf dem Soll-IMEP, dem Kraftstoffheizwert, der Kraftstoff-Energieumwandlungseffizienz, dem Betrag der äußeren AGR und der Zylindertemperatur erzeugen. Mit anderen Worten erzeugt das Schätzmodul 408 die EFR, indem spezielle chemische Eigenschaften des Kraftstoffs kompensiert werden. Dadurch kann das Schätzmodul 408 die EFR genauer erzeugen. Die genauere EFR kann dadurch die Kraftstoffwirtschaftlichkeit verbessern, die Emissionen verringern und/oder Übergänge zwischen dem SI- und dem HCCI-Verbrennungsmodus und umgekehrt verbessern (z. B. Geräusch, Vibration und/oder Rauheit, oder NVH-Eigenschaften).
  • Nun auf 5 Bezug nehmend, beginnt ein Verfahren zum Schätzen der Drehmomentabgabe des HCCI-Motors 102 bei Schritt 500. Bei Schritt 500 ermittelt das ECM 114, ob der HCCI-Motor 102 eingeschaltet ist (d. h. ob dieser läuft). Wenn ja, kann die Steuerung zu Schritt 504 voranschreiten. Wenn nein, kann die Steuerung zu Schritt 500 zurückkehren.
  • Bei Schritt 504 ermittelt das ECM 114, in welchem Verbrennungsmodus der HCCI-Motor 102 momentan arbeitet. Zusätzlich kann das ECM 114 ermitteln, ob der HCCI-Motor 102 zwischen den Verbrennungsmodi wechselt. Bei Schritt 508 schätzt das ECM 114 die Kraftstoffanforderung des HCCI-Motors 102.
  • Bei Schritt 512 schätzt das ECM 114 die Drehmomentabgabe des HCCI-Motors 102 basierend auf dem gegenwärtigen Verbrennungsmodus. Zusätzlich kann das ECM 114 die Drehmomentabgabe des HCCI-Motors 102 basierend auf der geschätzten Kraftstoffanforderung EFR des HCCI-Motors 102 schätzen. Darüber hinaus kann das ECM 114 mehrere Drehmomentabgabeschätzungen mitteln, die den verschiedenen Verbrennungsmodi entsprechen, wie beispielsweise, wenn der HCCI-Motor 102 zwischen den Verbrennungsmodi wechselt.
  • Bei Schritt 516 stellt das ECM 114 die Drehmomentabgabe des HCCI-Motors 102 basierend auf der Soll-Drehmomentabgabe (d. h. der Fahrereingabe) und der geschätzten Drehmomentabgabe des HCCI-Motors 102 ein. Mit anderen Worten kann das ECM 114 die Drehmomentabgabe erhöhen, wenn die geschätzte Drehmomentabgabe kleiner als die Soll-Drehmomentabgabe ist, oder das ECM 114 kann die Drehmomentabgabe verringern, wenn die geschätzte Drehmomentabgabe größer als die Soll-Drehmomentabgabe ist. Das Einstellen der Drehmomentabgabe des HCCI-Motors 102 kann beispielsweise umfassen, dass Aktuatoren gesteuert werden, um die Luft, den Kraftstoff und/oder den Zündfunken einzustellen, die dem HCCI-Motor 102 zugeführt werden. Die Steuerung kann anschließend zu Schritt 504 zurückkehren.
  • Die breiten Lehren der Offenbarung können in einer Vielzahl von Formen implementiert werden. Während diese Offenbarung spezielle Beispiele aufweist, soll der wahre Umfang der Offenbarung daher nicht auf diese beschränkt sein, da andere Modifikationen für den erfahrenen Praktiker nach einem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der nachfolgenden Ansprüche offensichtlich werden.
  • Bezugszeichenliste
  • LEGENDE ZU Fig. 1
    • 104
    Fahrereingabemodul
    114
    Motorsteuermodul
    116
    Drossel-Aktuatormodul
    120
    Zylinder-Aktuatormodul
    124
    Kraftstoff-Aktuatormodul
    126
    Zündfunken-Aktuatarmodul
    158
    Phasensteller-Aktuatormodul
    160-1
    Turbo (heiß)
    160-2
    Turbo (kalt)
    164
    Ladedruck-Aktuatormodul
    172
    AGR-Aktuatormodul
    194
    Getriebesteuermodul
    196
    Hybridsteuermodul
    198
    Elektromotor
    LEGENDE ZU Fig. 2
    114
    Motorsteuermodul
    116
    Drossel-Aktuatormodul
    120
    Zylinder-Aktuatarmodul
    124
    Kraftstoff-Aktuatormodul
    126
    Zündfunken-Aktuatormodul
    158
    Phasensteller-Aktuatormodul
    164
    Ladedruck-Aktuatormodul
    196
    Hybridsteuermodul
    202
    Fahrerdrehmomentmodul
    204
    Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul
    206
    Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul
    208
    Hybridoptimierungsmodul
    210
    RPM-Steuermodul
    212
    RPM-Trajektorienmodul
    220
    Reserven/Lastenmodul
    224
    Betätigungsmodul
    228
    Luftsteuermodul
    232
    Zündfunkensteuermodul
    236
    Zylindersteuermodul
    240
    Kraftstoffsteuermodul
    244
    Drehmoment-Schätzmodul
    245
    Verbrennungsmodus-Ermittlungsmodul
    246
    Kraftstoffanforderungs-Schätzmodul
    248
    Ladedruck-Zeitplanungsmodul
    252
    Phasensteller-Zeitplanungsmodul

Claims (10)

  1. Steuersystem für einen Motor mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Motor), das umfasst: ein Kraftstoffanforderungs-Schätzmodul, das eine Kraftstoffanforderung des HCCI-Motors basierend auf einem mittleren effektiven Soll-Druck (Soll-IMEP) von Zylindern in dem HCCI-Motor schätzt; ein Drehmoment-Schätzmodul, das eine Drehmomentabgabe des HCCI-Motors basierend auf der geschätzten Kraftstoffanforderung schätzt; und ein Drehmoment-Steuermodul, das die Drehmomentabgabe des HCCI-Motors basierend auf der geschätzten Drehmomentabgabe und einer Soll-Drehmomentabgabe einstellt.
  2. Steuersystem nach Anspruch 1, das ferner umfasst: ein Soll-IMEP-Ermittlungsmodul, das den Soll-IMEP basierend auf einer Drehmomentanforderung, Reibungsverlusten des HCCI-Motors und Pumpverlusten des HCCI-Motors ermittelt.
  3. Steuersystem nach Anspruch 2, das ferner umfasst: ein Drehmomentanforderungs-Ermittlungsmodul, das die Drehmomentanforderung basierend auf einer Eingabe von einem Fahrer eines Fahrzeugs, das den HCCI-Motor umfasst, und einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermittelt.
  4. Steuersystem nach Anspruch 3, das ferner umfasst: ein Schätzmodul, das die Kraftstoffanforderung des HCCI-Motors basierend auf dem Soll-IMEP, einem Heizwert eines Kraftstoffs, der dem HCCI-Motor zugeführt wird, einer Energieumwandlungseffizienz des Kraftstoffs, einem Betrag einer äußeren Abgasrückführung (AGR) und einer Temperatur im Innern der Zylinder des HCCI-Motors schätzt.
  5. Steuersystem nach Anspruch 1, wobei das Drehmoment-Schätzmodul die Drehmomentabgabe des HCCI-Motors dann, wenn der HCCI-Motor in einem gemischten Verbrennungsmodus arbeitet, basierend auf einer HCCI-Motordrehzahl, einer Kraftstoffmenge, die dem HCCI-Motor zugeführt wird, einem Zeitpunkt eines Zündfunkens, der dem HCCI-Motor zugeführt wird, Winkeln eines Einlass- und eines Auslassnockenwellen-Phasenstellers des HCCI-Motors und einer Luftmenge schätzt, die den Zylindern des HCCI-Motors zugeführt wird.
  6. Steuersystem nach Anspruch 1, wobei das Drehmoment-Schätzmodul die Drehmomentabgabe des HCCI-Motors dann, wenn der HCCI-Motor in einem Verbrennungsmodus mit Funkenzündung (SI-Verbrennungsmodus) arbeitet, basierend auf einer HCCI-Motordrehzahl, einem Zeitpunkt eines Zündfunkens, der dem HCCI-Motor zugeführt wird, Winkeln des Einlass- und des Auslassnockenwellen-Phasenstellers des HCCI-Motors und einer Luftmenge schätzt, die den Zylindern des HCCI-Motors zugeführt wird.
  7. Steuersystem nach Anspruch 1, wobei das Drehmoment-Schätzmodul die Drehmomentabgabe des HCCI-Motors dann, wenn der HCCI-Motor in einem HCCI-Verbrennungsmodus arbeitet, basierend auf einer HCCI-Motordrehzahl, einer Kraftstoffmenge, die dem HCCI-Motor zugeführt wird, Winkeln des Einlass- und des Auslassnockenwellen-Phasenstellers des HCCI-Motors und einer Luftmenge schätzt, die jedem Zylinder des HCCI-Motors zugeführt wird.
  8. Steuersystem nach Anspruch 1, wobei das Drehmoment-Steuermodul die Drehmomentabgabe des HCCI-Motors basierend auf der Soll-Drehmomentabgabe und basierend auf zwei geschätzten Drehmomentabgaben einstellt, die zwei verschiedenen Verbrennungsmodi des HCCI-Motors entsprechen, wenn der HCCI-Motor zwischen den zwei verschiedenen Verbrennungsmodi wechselt.
  9. Steuersystem nach Anspruch 8, wobei das Drehmoment-Steuermodul die Drehmomentabgabe des HCCI-Motors basierend auf einem Mittelwert oder einem gewichteten Mittelwert der zwei geschätzten Drehmomentabgaben einstellt.
  10. Steuersystem nach Anspruch 1, wobei das Drehmoment-Steuermodul die Drehmomentabgabe des HCCI-Motors basierend auf einem Mittelwert oder einem gewichteten Mittelwert von drei geschätzten Drehmomentabgaben einstellt, die einer SI-Verbrennung, einer Mischmodus-Verbrennung bzw. einer HCCI-Verbrennung entsprechen.
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