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Auf Feuchtigkeit basierende Verbrennungssteuerung bei einem Motor mit mehreren Verbrennungsbetriebsarten

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DE102006051767A1
DE102006051767A1 DE200610051767 DE102006051767A DE102006051767A1 DE 102006051767 A1 DE102006051767 A1 DE 102006051767A1 DE 200610051767 DE200610051767 DE 200610051767 DE 102006051767 A DE102006051767 A DE 102006051767A DE 102006051767 A1 DE102006051767 A1 DE 102006051767A1
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Abstract

System und Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Benzin-Verbrennungsmotors, der in einer Fremdzündungsbetriebsart und einer homogenen Kompressionszündungsbetriebsart laufen kann. Das Verfahren und die Systemumsetzung umfassen das Ermitteln der Feuchtigkeit von Luft, die in einen Verbrennungszylinder des Motors gesaugt werden soll, sowie das Steuern eines Betriebsparameters des Motors, der die Betriebsart der homogenen Kompressionszündung beeinflusst.

Description

  • Hintergrund und Kurzdarlegung
  • [0001]
    Homogene Kompressionszündung oder HCCI (vom engl. Homogeneous Charge Compression Ignition) kombiniert bestimmte Aspekte von Motoren mit Fremdzündungs(SI, vom engl. Spark Ignition) und Dieselselbstzündungsverbrennung. Im Gegensatz zu einem herkömmlichen SI- oder Dieselmotor erfolgt die HCCI-Verbrennung spontan und in dem gesamten Brennraum im Wesentlichen homogen. Wie bei einem Selbstzündungsmotor kann HCCI ein magerer Verbrennungsprozess sein. Diese Bedingungen ergeben eine niedrigere lokale Flammentemperatur, die die bei dem Prozess erzeugte Menge an Salpetersäure (NO) und Stickstoffdioxid (NO2) (NO + NO2 = NOx) senkt.
  • [0002]
    Verglichen mit einem Fremdzündungsmotor wird die Temperatur der Ansaugfüllung während HCCI-Betrieb oft zu Beginn des Verdichtungstakts angehoben, um Selbstzündungsbedingungen zum Ende des Verdichtungstakts zu erreichen. Die vorliegende Erfinderin hat erkannt, dass die Umgebungsfeuchtigkeit der in den Motor während des Ansaugtakts eingesaugten Luft die Verbrennungstemperatur mittels Verdünnung der Füllung mit Material, das nicht oxidiert werden kann, und da die spezifische Wärmekapazität von Wasser höher als Luft ist, beeinflusst. Somit erfordert bei zunehmender Feuchtigkeit das Konstanthalten der Selbstzündungssteuerzeiten eine höhere anfängliche Füllungstemperatur. Das Hemmen der Kohlenwasserstoff-Selbstzündung durch Wasserzugabe ist jedoch viel stärker als durch die Abnahme der Systemtemperatur erklärt werden kann. Manche Forscher auf dem Gebiet theoretisieren, dass Wasserzugabe eine chemische Hemmung auf die Kohlenwasserstoff-Selbstzündungskinetik ausübt. Die Verwendung von Erfassung oder Schätzung von Feuchtigkeit kann somit verbesserte Anpassungen mehrerer Motorbetriebsbedingungen ermöglichen, um zum Verwirklichen oder Halten von HCCI-Verbrennung beizutragen, selbst wenn ein Fahrzeug unterschiedliche Werte an Umgebungsfeuchtigkeit erfahren mag.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • [0003]
    1 zeigt eine Motorteilansicht;
  • [0004]
    2 und 3 zeigen beispielhafte Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, bei dem eine Feuchtigkeitserfassung eingesetzt wird, um die Steuerung der Verbrennung zu unterstützen.
  • Eingehende Beschreibung
  • [0005]
    1 zeigt einen Zylinder eines Mehrzylindermotors sowie die mit dem Zylinder verbundene Ein- und Auslassstrecke. Weiter mit 1 wird ein Verbrennungsmotor 10 mit Direkteinspritzung, der mehrere Brennräume umfasst, durch ein elektronisches Motorsteuergerät 12 gesteuert. Ein Brennraum 30 des Motors 10 wird mit Brennraumwänden 32 mit einem darin positionierten und mit einer Kurbelwelle 40 verbundenen Kolben 36 gezeigt. Ein (nicht dargestellter) Startermotor ist mit der Kurbelwelle 40 mittels einer (nicht dargestellten) Schwungscheibe verbunden. In diesem speziellen Beispiel weist der Kolben 36 eine (nicht dargestellte) Aussparung oder Mulde auf, um die Bildung von Schichtladungen aus Luft und Kraftstoff zu unterstützen. Der Brennraum bzw. Zylinder 30 wird mit einem Ansaugkrümmer 44 und Abgaskrümmer 48 mittels jeweiliger (nicht dargestellter) Einlassventile 52a und 52b und (nicht dargestellter) Auslassventile 54a und 54b in Verbindung stehend gezeigt. Das Einspritzventil 66A wird mit dem Brennraum 30 zum Zuführen eingespritzten Kraftstoffs direkt in diesen proportional zur Impulsbreite des vom Steuergerät 12 mittels eines herkömmlichen elektronischen Treibers 68 empfangenen Signals fwp direkt verbunden gezeigt. Dem Einspritzventil 66A wird durch eine herkömmliche (nicht dargestellte) Hochdruck-Kraftstoffanlage mit Kraftstofftank, Kraftstoffpumpen und einem Verteilerrohr Kraftstoff zugeführt.
  • [0006]
    Der Ansaugkrümmer 44 wird mit einem Drosselklappengehäuse 58 mittels einer Drosselklappe 62 in Verbindung stehend gezeigt. In diesem bestimmten Beispiel ist die Drosselklappe 62 mit einem Elektromotor 94 verbunden, so dass die Stellung der Drosselklappe 62 mittels des Elektromotors 94 durch das Steuergerät 12 gesteuert wird. Diese Konfiguration wird allgemein als elektronische Drosselsteuerung (ETC, vom englischen Electronic Throttle Control) bezeichnet, die auch während der Leerlaufdrehzahlsteuerung verwendet wird. In einer (nicht dargestellten) alternativen Ausführung, die dem Fachmann bekannt ist, ist ein Bypass-Luftdurchlass parallel zur Drosselklappe 62 angeordnet, um den angesaugten Luftstrom während der Leerlaufdrehzahlsteuerung mittels eines in dem Luftdurchlass positionierten Drosselsteuerungsventils zu steuern.
  • [0007]
    Ein Abgassensor 76 ist stromaufwärts eines Katalysators 70 mit dem Abgaskrümmer 48 verbunden gezeigt. Zu beachten ist, dass der Sensor 76 abhängig von der nachstehend unter Bezug auf 1B beschriebenen Abgaskonfiguration verschiedenen unterschiedlichen Sensoren entspricht. Der Sensor 76 kann einer von vielen bekannten Sensoren zum Liefern eines Hinweises auf das Abgas-Kraftstoff-/Luftverhältnis sein, beispielsweise ein linearer Sauerstoffsensor oder UEGO (unbeheizte Lambdasonde), ein Zweizustand-Sauerstoffsensor bzw. EGO, eine HEGO (beheizte EGO), ein NOx-, HC- oder CO-Sensor.
  • [0008]
    Eine herkömmliche verteilerlose Zündanlage 88 liefert dem Brennraum 30 mittels der Zündkerze 92 als Reaktion auf ein Frühzündungssignal SA vom Steuergerät 12 einen Zündfunken. Auch wenn Fremdzündungskomponenten gezeigt werden, kann der Motor 10 (oder ein Teil der Zylinder desselben) in einem Selbstzündungsmodus mit oder ohne Zündunterstützung betrieben werden, wie nachstehend eingehender erläutert wird.
  • [0009]
    Das Steuergerät 12 kann so ausgelegt sein, dass es den Brennraum 30 veranlasst, durch Steuern der Einspritzsteuerzeiten entweder in einer homogenen Kraftstoff /Luftbetriebsart oder einer geschichteten Kraftstoff-/Luftbetriebsart zu arbeiten. Bei der Schichtbetriebsart aktiviert das Steuergerät 12 während des Motorverdichtungstakts das Einspritzventil 66A, so dass Kraftstoff direkt in die Mulde des Kolben 36 eingespritzt wird. Hierdurch werden geschichtete Kraftstoff-/Luftschichten gebildet. Die Schichten am nächsten zur Zündkerze enthalten ein stöchiometrisches Gemisch oder ein leicht unterstöchiometrisches Gemisch, und die anschließenden Schichten enthalten zunehmend magere Gemische. Während der homogenen Fremdzündungsbetriebsart aktiviert das Steuergerät 12 das Einspritzventil 66A während des Ansaugtakts, so dass ein im Wesentlichen homogenes Kraftstoff-/Luftgemisch gebildet wird, wenn der Zündkerze 92 durch die Zündanlage 88 Zündspannung geliefert wird. Das Steuergerät 12 steuert die von dem Einspritzventil 66A gelieferte Kraftstoffmenge, so dass das homogene Kraftstoff-/Luftgemisch im Raum 30 im Wesentlichen bei Stöchiometrie, einem unterstöchiometrischen Wert oder einem überstöchiometrischen Wert gewählt werden kann.
  • [0010]
    Das gesamte Kraftstoff-/Luftverhältnis ist bei Berücksichtigung des Brennraums als Ganzes bei Betrieb mit einem geschichteten Kraftstoff-/Luftgemisch mager. Auf lokaler Ebene variiert das Kraftstoff-/Luftverhältnis aber von keinem Kraftstoff hin zu sehr fetten Taschen. Es ist auch eine weitere geteilte Betriebsart möglich, bei der bei Betrieb im Schichtmodus zusätzlicher Kraftstoff während des Auspufftakts eingespritzt wird.
  • [0011]
    Ein Stickstoff(NOx)-Absorptionsmittel bzw. -Filter 72 wird stromabwärts des Katalysators 70 angeordnet gezeigt. Der NOx-Filter 72 ist ein Dreiwegekatalysator, der NOx absorbiert, wenn der Motor 10 überstöchiometrisch arbeitet. Das absorbierte NOx wird anschließend mit HC und CO zur Reaktion gebracht und katalysiert, wenn das Steuergerät 12 den Motor 10 veranlasst, entweder in einer fetten homogenen Betriebsart oder einer nahezu stöchiometrischen homogenen Betriebsart zu arbeiten. Ein solcher Betrieb erfolgt während eines NOx-Spülzyklus, wenn es erwünscht ist, gespeichertes NOx aus dem NOx-Filter 72 zu spülen, oder während eines Dampfspülzyklus zum Rückgewinnen von Kraftstoffdämpfen aus einem Kraftstofftank 180 und einem Kraftstoffdampfspeicherkanister 184 mittels eines Spülsteuerventils 168 oder während Betriebsarten, die mehr Motorleistung erfordern oder während Betriebsarten, die die Temperatur der Schadstoffbegrenzungsvorrichtungen regeln, zum Beispiels eines Katalysators 70 oder eines NOx-Filters 72. Es versteht sich, dass verschiedene unterschiedliche Arten und Konfigurationen von Schadstoffbegrenzungsvorrichtungen und Spülsystemen eingesetzt werden können.
  • [0012]
    In 1 wird das Steuergerät 12 als herkömmlicher Mikrocomputer gezeigter, welcher umfasst: einen Mikroprozessor 102, Input/Output-Ports 104, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, das in diesem besonderen Beispiel als Festwertspeicherchip 106, Arbeitsspeicher 108, batteriestromgestützter Speicher 110 und herkömmlicher Datenbus gezeigt wird. Das Steuergerät 12 wird gezeigt, wie es neben den zuvor beschriebenen Signalen von mit dem Motor 10 gekoppelten Sensoren verschiedene Signale empfängt, darunter Messung der eingeleiteten Luftmasse (MAF) von einem Luftmengenmesser 100, der mit dem Drosselklappengehäuse 58 verbunden ist; Motorkühlmitteltemperatur (ECT) von einem mit einem Kühlmantel 114 verbundenen Temperaturfühler 112; ein Zündungsprofil-Aufnehmersignal (PIP) von einem mit der Kurbelwelle 40 verbundenen Hallgeber 118; und eine Drosselklappenstellung TP von einem Drosselklappenstellungssensor 120; und ein Krümmerdrucksignal (MAP) von einem Sensor 122. Ein Motordrehzahlsignal RPM wird durch das Steuergerät 12 aus dem Signal PIP in herkömmlicher Weise erzeugt, und das Krümmerdrucksignal MAP von einem Krümmerdrucksensor liefert einen Hinweis auf Unterdruck bzw. Druck in dem Ansaugkrümmer. Während stöchiometrischen Betriebs kann dieser Sensor einen Hinweis auf Motordrehmoment geben. Ferner kann dieser Sensor zusammen mit Motordrehzahl eine Füllungsschätzung (einschließlich Luft) liefern, die in den Zylinder eingelassen wird. In einem Beispiel erzeugt der Sensor 118, der auch als Motordrehzahlsensor verwendet wird, eine vorbestimmte Anzahl an gleichmäßig beabstandeten Impulsen pro Umdrehung der Kurbelwelle.
  • [0013]
    In diesem speziellen Beispiel können eine Temperatur Tcat1 des Katalysators 70 und eine Temperatur Tcat2 einer Schadstoffbegrenzungsvorrichtung 72 (die ein NOx-Filter sein kann) aus dem Motorbetrieb gefolgert werden, wie in U.S. Pat. Nr. 5,414,994 offenbart wird, deren Beschreibung hiermit durch Erwähnung Bestandteil dieser Anmeldung wird. In einer anderen Ausführung wird die Temperatur Tcat1 durch einen Temperatursensor 124 geliefert und die Temperatur Tcat2 wird durch einen Temperatursensor 126 geliefert.
  • [0014]
    Weiter mit 1 wird eine Nockenwelle 130 des Motors 10 mit Kipphebeln 132 und 134 zum Betätigen der Einlassventile 52a, 52b und der Auslassventile 54a, 54b in Verbindung stehend gezeigt. Die Nockenwelle 130 ist mit einem Gehäuse 136 direkt verbunden. Das Gehäuse 136 bildet ein Zahnrad mit mehreren Zähnen 138. Das Gehäuse 136 ist mit einer (nicht dargestellten) Innenwelle hydraulisch gekoppelt, die wiederum mittels einer (nicht dargestellten) Steuerkette direkt mit der Nockenwelle 130 verbunden ist. Daher drehen das Gehäuse 136 und die Nockenwelle 130 bei einer Geschwindigkeit, die im Wesentlichen gleich der der inneren Nockenwelle ist. Die innere Nockenwelle dreht bei einem konstanten Geschwindigkeitsverhältnis zur Kurbelwelle 40. Durch Manipulieren der Hydraulikkopplung, wie später hierin beschrieben wird, kann aber die relative Position der Nockenwelle 130 zur Kurbelwelle 40 durch Hydraulikdrücke in einem Frühverstellraum 142 und Spätverstellraum 144 verändert werden. Durch Zulassen, dass Hydraulikfluid hohen Drucks in den Frühverstellraum 142 eintritt, wird die relative Beziehung zwischen der Nockenwelle 130 und der Kurbelwelle 40 auf früh verstellt. Somit öffnen und schließen die Einlassventile 52a, 52b und Auslassventile 54a, 54b im Verhältnis zur Kurbelwelle 40 früher als normal. Durch Zulassen, dass Hydraulikfluid hohen Drucks in den Spätverstellraum 144 eintritt, wird analog die relative Beziehung zwischen der Nockenwelle 130 und der Kurbelwelle 40 auf spät verstellt. Dadurch öffnen und schließen die Einlassventile 52a, 52b und die Auslassventile 54a, 54b im Verhältnis zur Kurbelwelle 40 später als normal.
  • [0015]
    Die Zähne 138, die mit dem Gehäuse 136 und der Nockenwelle 130 verbunden sind, ermöglichen eine Messung der relativen Nockenposition mittels eines Nockensteuersensors 150, der ein Signal VCT zum Steuergerät 12 liefert. Zähne 1, 2, 3 und 4 werden bevorzugt zur Messung der Nockensteuerzeiten verwendet und sind gleichmäßig beabstandet (zum Beispiel in einem V-8-Motor mit dualer Bank um 90 Grad voneinander beabstandet), während ein Zahn 5 bevorzugt zur Zylinderidentifizierung verwendet wird, wie hierin später beschrieben wird. Ferner sendet das Steuergerät 12 Steuersignale (LACT, RACT) zu (nicht dargestellten) herkömmlichen Solenoidventilen, um das Strömen von Hydraulikfluid entweder in den Frühverstellraum 142, den Spätverstellraum 144 oder keinen davon zu steuern.
  • [0016]
    Die relativen Nockensteuerzeiten werden mit Hilfe des in U.S. Pat. Nr. 5,548,995 beschriebenen Verfahrens gemessen, welches hiermit durch Erwähnung Bestandteil dieser Anmeldung wird. Allgemein gesagt gibt die Zeit bzw. der Drehwinkel zwischen der ansteigenden Flanke des PIP-Signals und dem Empfangen eines Signals von einem der mehreren Zähne 138 auf dem Gehäuse 136 ein Maß der relativen Nockensteuerzeiten. Für das spezielle Beispiel eines V-8-Motors mit zwei Zylinderbänken und eines Rads mit fünf Zähnen wird ein Maß der Nockensteuerzeiten für eine bestimmte Bank viermal pro Umdrehung empfangen, wobei das Extrasignal für die Zylinderidentifizierung verwendet wird.
  • [0017]
    Der verarbeitete Sensorausgang von Sensor 160 kann einen Hinweis sowohl auf die Sauerstoffkonzentration im Abgas als auch auf die NOx-Konzentration geben. Zum Beispiel liefert ein Signal 162 dem Steuergerät eine Spannung, die die O2-Konzentration angibt, während Signal 164 eine Spannung liefert, die die NOx-Konzentration angibt. Alternativ kann der Sensor 160 ein HEGO, UEGO, EGO oder eine andere Art von Abgassensor sein. Ferner ist wie vorstehend unter Bezug auf Sensor 76 beschrieben zu beachten, dass Sensor 160 abhängig von der Systemkonfiguration verschiedenen anderen Sensoren entsprechen kann.
  • [0018]
    Wie vorstehend beschrieben zeigt 1 lediglich einen Zylinder eines Mehrzylindermotors und dass jeder Zylinder seinen eigenen Satz an Einlass-/Auslassventilen, Einspritzventilen, Zündkerzen, etc. hat. In einer anderen Ausführung kann eine Kanal-Kraftstoffeinspritzauslegung verwendet werden, bei der ein Einspritzventil mit dem Ansaugkrümmer 44 in einem Kanal verbunden ist, statt direkt mit dem Zylinder 30.
  • [0019]
    Es versteht sich, dass die Beispiele von 1A und 1B nur zwei Beispiele sind und dass viele andere Motorkonfigurationen möglich sind. Anstelle der vorstehend erläuterten Nockenmechanismen können zum Beispiel Ein- und Auslassventile (z.B. Einlassventile 52a, 52b und Auslassventile 54a, 54b) elektromechanisch oder elektrohydraulisch betätigt werden.
  • [0020]
    Ferner leitet in den offenbarten Ausführungen eine Abgasrückführungsanlage (AGR) einen erwünschten Teil von Abgas mittels eines (nicht dargestellten) AGR-Ventils vom Abgaskrümmer 48 zum Ansaugkrümmer 44. Alternativ kann ein Teil der Verbrennungsgase durch Steuern der Auslassventilsteuerzeiten in den Brennräumen zurückgehalten werden.
  • [0021]
    Der Motor 10 arbeitet in verschiedenen Betriebsarten, einschließlich magerer Betrieb, fetter Betrieb und Betrieb „nahe der Stöchiometrie". Betrieb „nahe der Stöchiometrie" bezeichnet einen um das stöchiometrische Kraftstoff-/Luftverhältnis schwingenden Betrieb. Typischerweise wird dieser schwingende Betrieb durch Rückmeldung von Abgassauerstoffsensoren geregelt. In dieser nahezu stöchiometrischen Betriebsart wird der Motor innerhalb in etwa einem Kraftstoff-/Luftverhältnis des stöchiometrischen Kraftstoff/Luftverhältnisses betrieben. Dieser schwingende Betrieb ist typischerweise in der Größenordnung von 1 Hz, kann aber schneller und langsamer als 1 Hz variieren. Ferner liegt die Amplitude der Schwingungen typischerweise bei unter 0,35 k/l von der Stöchiometrie; kann aber unter verschiedenen Betriebsbedingungen größer sein. Zu beachten ist, dass dieses Schwingen bezüglich Amplitude oder Zeit nicht symmetrisch sein muss. Ferner ist zu beachten, dass eine Kraftstoff-/Luft-Ausrichtung integriert werden kann, bei der die Ausrichtung leicht mager oder fett oder stöchiometrisch (z.B. innerhalb 1 k/l-Verhältnisses der Stöchiometrie eingestellt werden kann). Ferner ist zu beachten, dass diese Ausrichtung und das magere und fette Schwingen durch eine Schätzung der Sauerstoffmenge geregelt werden können, die in stromaufwärts und/oder stromabwärts befindlichen Dreiwegekatalysatoren gespeichert ist.
  • [0022]
    Wie vorstehend beschrieben wird die Regelung des Kraftstoff-/Luftverhältnisses zum Vorsehen des Betriebs nahe der Stöchiometrie verwendet. Ferner können Rückmeldungen von Abgassauerstoffsensoren zum Steuern des Kraftstoff-/Luftverhältnisses während des mageren und während des fetten Betriebs verwendet werden. Insbesondere kann ein schaltender beheizter Abgassauerstoffsensor (HEGO) für die Steuerung des stöchiometrischen Kraftstoff-/Luftverhältnisses durch Steuern des eingespritzten Kraftstoffs (oder zusätzlicher Luft mittels Drossel oder VCT) basierend auf Rückmeldung von dem HEGO-Sensor und dem Soll-Kraftstoff-/Luftverhältnis verwendet werden. Ferner kann ein UEGO-Sensor (der einen im Wesentlichen linearen Ausgang gegenüber dem Abgas-Kraftstoff-/Luftverhältnis liefert) zum Steuern des Kraftstoff-/Luftverhältnisses während des mageren, fetten und stöchiometrischen Betriebs verwendet werden. In diesem Fall wird die Kraftstoffeinspritzung (oder zusätzliche Luft mittels Drossel oder VCT) basierend auf einem Soll-Kraftstoff-/Luftverhältnis und dem Kraftstoff-/Luftverhältnis vom Sensor verstellt. Des weiteren könnte bei Bedarf ein individuelles Zylinder-Kraftstoff-/Luftverhältnis verwendet werden.
  • [0023]
    Es kann auch eine Feuchtigkeitserfassung in Verbindung mit den dargestellten Ausführungen verwendet werden. Beispielsweise wird ein absoluter oder relativer Feuchtigkeitssensor 140 zum Messen von Feuchtigkeit der Umgebungsluft gezeigt. Dieser Sensor kann sich entweder in dem in den Krümmer 44 eindringenden Einlassluftstrom befinden oder durch den Motorraum des Fahrzeugs strömende Umgebungsluft messen. Ferner ist in einer anderen Ausführung ein zweiter Feuchtigkeitssensor (141) gezeigt, der im Inneren des Fahrzeugs angeordnet und mit einem zweiten Steuergerät 143 verbunden ist, das mittels einer Leitung 145 mit dem Steuergerät 12 kommuniziert. Die hierin nachstehend beschriebenen Steuervorgänge können im Steuergerät 12 oder im Steuergerät 143 oder einer Kombination derselben angesiedelt sein. Ferner ist zu beachten, dass der Innenraumfeuchtigkeitssensor in einer Klimatisierungsanlage eingesetzt werden kann, die das Klima im Fahrgastraum des Fahrzeugs steuert. Im Einzelnen kann er zum Steuern der Klimaanlage und speziell dafür verwendet werden, ob die Klimaanlagen-Verdichterkupplung aktiviert oder deaktiviert werden soll, die den Verdichter zum Betrieb des Verdichters mit dem Motor koppelt.
  • [0024]
    Ferner ist zu beachten, dass Feuchtigkeit geschätzt oder anhand verschiedener Betriebsparameter wie Luftdruck gefolgert werden kann. Alternativ kann Feuchtigkeit basierend auf Selbstzündungskennlinien mittels adaptivem Lernen gefolgert werden. Ferner können Luftdruck und adaptives Lernen in Kombination verwendet werden und können auch mit erfassten Feuchtigkeitswerten verwendet werden.
  • [0025]
    Wie nachstehend eingehender beschrieben wird, kann die Verbrennung im Motor 10 abhängig von Betriebsbedingungen von unterschiedlicher Art/Betriebsart sein. In einem Beispiel kann Fremdzündung (SI) eingesetzt werden, wenn der Motor eine Zündvorrichtung wie eine in dem Brennraum angeschlossene Zündkerze verwendet, um die Steuerzeiten der Verbrennung des Brennraumgases bei einer vorbestimmten Zeit nach dem oberen Totpunkt des Auspufftakts zu regeln. In einem Beispiel ist während des Fremdzündungsbetriebs die Temperatur der in den Brennraum eindringenden Luft beträchtlich niedriger als die zur Selbstzündung erforderliche Temperatur. Während SI-Verbrennung über einem breiten Bereich an Motordrehmoment und Drehzahl eingesetzt werden kann, kann sie verglichen mit anderen Arten der Verbrennung erhöhte NOx-Werte und geringere Kraftstoffwirtschaftlichkeit erzeugen.
  • [0026]
    Eine andere Art der Verbrennung, die vom Motor 10 verwendet werden kann, nutzt homogene Kompressionszündung (HCCI), bei der die Selbstzündung von Brennraumgasen bei einem vorbestimmten Punkt nach dem Verdichtungstakt des Verbrennungszyklus oder nahe dem oberen Totpunkt der Verdichtung erfolgt. Wenn HCCI-Verbrennung eingesetzt wird, wird typischerweise Kraftstoff normalerweise mit Luft homogen vorgemischt, wie bei einem Ottomotor mit Kanaleinspritzung, oder Kraftstoff wird während eines Ansaugtakts direkt eingespritzt, aber mit einem hohen Anteil an Luft zu Kraftstoff. Da das Kraftstoff/Luftgemisch durch Luft oder restliche Abgase stark verdünnt ist, was zu Verbrennungsgastemperaturen mit niedrigerer Spitzentemperatur führt, kann die Erzeugung von NOx verglichen mit Werten, die sich bei SI-Verbrennung finden, reduziert werden. Ferner kann die Kraftstoffwirtschaftlichkeit während des Betriebs in einem Verdichtungsverbrennungsmodus durch Verringern des Motorpumpverlusts, Erhöhen des gasspezifischen Wärmeverhältnisses und durch Nutzen eines höheren Verdichtungsverhältnisses verbessert werden.
  • [0027]
    In der Betriebsart Kompressionszündung ist es häufig wünschenswert, eine enge Steuerung der Steuerzeiten der Selbstzündung auszuüben. Die anfängliche Ansaugfüllungstemperatur beeinflusst die Selbstzündungszeit direkt. Der Beginn der Zündung wird nicht direkt durch ein Ereignis wie die Einspritzung von Kraftstoff im Standarddieselmotor oder die Funkenbildung der Zündkerze im Ottomotor gesteuert.
  • [0028]
    Weiterhin wird die Wärmefreisetzungsrate weder durch die Geschwindigkeit noch die Dauer des Kraftstoffeinspritzprozesses gesteuert, wie dies beim Dieselmotor der Fall ist, und auch nicht durch die turbulente Flammenausbreitungszeit, wie beim Ottomotor.
  • [0029]
    Zu beachten ist, dass die Selbstzündung auch ein Phänomen ist, das Klopfen bei einem Fremdzündungsmotor hervorrufen kann. Klopfen ist bei fremd gezündeten Motoren unerwünscht, da es die Wärmeübertragung innerhalb des Zylinders verstärkt und den Kolben verbrennen oder beschädigen kann. Bei einem HCCI-Motor mit seinem hohen Kraftstoff-/Luftverhältnis verursacht Klopfen im Allgemeinen keine Verschlechterung des Motors, da die verdünnte Füllung die Rate des Druckanstiegs niedrig und die Höchsttemperatur der verbrannten Gase relativ niedrig hält. Die niedrigere Rate des Druckanstiegs mildert die für Fremdzündungsklopfen charakteristischen schädlichen Druckschwankungen.
  • [0030]
    Verglichen mit einem Fremdzündungsmotor muss die Temperatur der Füllung zu Beginn des Verdichtungstakts typischerweise angehoben werden, um Selbstzündungsbedingungen bei oder nahe dem Ende des Verdichtungstakts zu erreichen. Es versteht sich für den Fachmann, dass zahlreiche andere Verfahren verwendet werden können, um die anfängliche Füllungstemperatur anzuheben. Einige derselben umfassen: Erwärmen der Ansaugluft (Wärmetauscher), Halten eines Teils der warmen Verbrennungserzeugnisse im Zylinder (innere AGR) durch Verstellen der Einlass- und/oder Auslassventilsteuerzeiten, Verdichten der Einlassfüllung (Turboladen und Laden), Ändern der Selbstzündungskennlinie des dem Motor gelieferten Kraftstoffs und Erwärmen der Ansaugluftfüllung (externe AGR).
  • [0031]
    Während der HCCI-Verbrennung wird die Selbstzündung des Brennraumgases so gesteuert, dass sie bei einer Sollposition des Kolbens eintritt, um das Sollmotordrehmoment zu erzeugen, und somit muss es nicht erforderlich sein, einen Zündfunken eines Zündmechanismus zum Erreichen von Verbrennung auszulösen. Eine späte Steuerzeit der Zündkerze kann aber nach Erreichen einer Selbstzündungstemperatur als Ersatzzündquelle genutzt werden, sollte die Selbstzündung nicht erfolgen.
  • [0032]
    Eine dritte Art von Verbrennung, die vom Motor 10 ausgeführt werden kann, nutzt eine Zündvorrichtung zum Auslösen (oder Unterstützen) von Verbrennung, wenn sich die Temperatur des Brennraumgases einer Selbstzündungstemperatur nähert (z.B. einen Wert im Wesentlichen nahe Selbstzündung erreicht, ohne Verbrennung zu verwirklichen). Eine solche zündunterstützte Art von Verbrennung kann verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit aufweisen und NOx-Erzeugung verglichen mit SI-Verbrennung verringern, kann aber verglichen mit HCCI-Verbrennung in einem höheren Drehmomentbereich arbeiten. Zündunterstützung kann auch ein insgesamt größeres Fenster zum Steuern von Temperatur bei festgelegten Steuerzeiten in dem Motorzyklus bieten. Ohne Zündunterstützung kann mit anderen Worten eine geringfügige Änderung der Temperatur zu einer recht großen Änderung der Verbrennungssteuerung führen, was die Motorleistung beeinflusst. Im Zündunterstützungsmodus ist es möglich, viele der Vorteile der HCCI-Verbrennung zu erreichen, aber sich auf Zündsteuerung zum Vorsehen der erforderlichen Endenergie zum Erreichen von Selbstzündung zu verlassen und somit die Steuerzeiten der Verbrennung präziser zu steuern. Dadurch kann in einem Beispiel unter gewissen Bedingungen die Zündunterstützung auch während Übergängen zwischen SI-Verbrennung und HCCI verwendet werden.
  • [0033]
    In einer Ausführung kann der Zündunterstützungsmodus betrieben werden, bei dem eine kleine Kraftstoffmenge den Gasen nahe der Zündkerze geliefert wird. Diese kleine Kraftstoffwolke kann genutzt werden, um eine besserte Ausbreitung einer Flamme zu ermöglichen und vermehrten Druck im Zylinder zu erzeugen, um dadurch Selbstzündung des verbleibenden Kraftstoff-/Luftgemisches auszulösen. Somit kann eine verhältnismäßig kleine Wolke fetterer Gase verwendet werden, die sich nahe der Zündkerze befinden, wobei diese auch homogen, geschichtet oder leicht geschichtet sein kann. Ein Vorgehen zum Vorsehen eines solchen Betriebs kann das Nutzen einer zweiten Kraftstoffdirekteinspritzung im Verdichtungstakt sein.
  • [0034]
    Ein Beispiel für eine Anwendung, die mindestens die vorstehend vorgestellten drei Verbrennungsbetriebsarten beinhaltet, kann die Verwendung von SI zum Starten und/oder nach dem Motorstarten während eines Motorwarmlaufzeitraums umfassen. Nach einem solchen Motorstarten und Motorwarmlaufen kann der Verbrennungsprozess durch die zündunterstützte Verbrennung hin zu HCCI-Verbrennung für verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit und Emissionen wechseln. Während Zeiträumen mit hohen Motordrehmomentforderungen kann die Zündunterstützung aktiviert werden, um ordnungsgemäße Verbrennungssteuerzeiten sicherzustellen. Wenn der Motor zu einer niedrigen oder mäßigen Drehmomentforderung zurückgeführt wird, kann die Beteiligung der Zündunterstützung enden, um die vollen Vorteile von HCCI zu verwirklichen.
  • [0035]
    Wie vorstehend erwähnt kann die Feuchtigkeit von in den Motor während des Ansaugtakts eingesaugter Umgebungsluft die Verbrennungstemperatur mittels Verdünnung der Füllung mit Material, das nicht oxidiert werden kann, und da die spezifische Wärmekapazität von Wasser höher als die Luft ist, beeinflussen. Dadurch sollte bei steigender Feuchtigkeit zum Erreichen von Soll-Selbstzündungssteuerzeiten die anfängliche Füllungstemperatur entsprechend den Feuchtigkeitswerten angepasst werden. Der Einsatz von Feuchtigkeitserfassung oder -schätzung kann zum Beispiel somit verbesserte Anpassungen von mehreren Motorbetriebsparametern erlauben, um beim Erreichen oder Halten von HCCI-Verbrennung beizutragen, selbst wenn ein Fahrzeug unterschiedliche Umgebungsfeuchtigkeitswerte erfährt. Dadurch kann eine steigende Feuchtigkeit höhere Anfangstemperaturen erfordern, und eine niedrigere Feuchtigkeit kann eine niedrigere Anfangstemperatur bei einer vorgegeben Selbstzündungssteuerzeit bei vorgegebener Geschwindigkeit und vorgegebenem Drehmoment erfordern.
  • [0036]
    Die Umgebungsfeuchtigkeit der in den Motor während des Ansaugtakts gesaugten Luft beeinflusst auch die Spitzenverbrennungstemperaturen, da sie eine höhere spezifische Wärmekapazität als Luft, das häufigere Verdünnungsmittel, hat. Wenn die Umgebungsfeuchtigkeit der in den Motor während des Ansaugtakts gesaugten Luft zunimmt, wird die Spitzenverbrennungstemperatur mittels Verdünnung der Füllung mit Material, das nicht oxidiert werden kann und anschließend die erforderliche anfängliche Füllungstemperatur zum Erreichen effizienter HCCI-Verbrennung anhebt, gesenkt.
  • [0037]
    Die Umgebungs- bzw. relative Feuchtigkeit kann mit Hilfe von Sensoren 140 und/oder 141 ermittelt werden oder kann aus anderen Daten gefolgert und an das Motorsteuergerät 12 weitergeleitet werden, um die idealen Verstellungen der Motorsteuerparameter für effizienten Betrieb zu ermitteln. Zu beachten ist, dass mehrere andere Parameter sowohl die Spitzenverbrennungstemperatur als auch die erforderliche Temperatur für effizienten HCCI-Betrieb beeinflussen können. Diese und andere anwendbare Parameter können in den im Motorsteuergerät 12 eingebetteten Routinen berücksichtigt und zum Ermitteln optimaler Betriebsbedingungen verwendet werden. Wenn zum Beispiel die Oktanzahl des Kraftstoffs steigt, kann die erforderliche Spitzenverdichtungstemperatur steigen, da der Kraftstoff eine höhere Spitzenverdichtungstemperatur zum Erreichen von Zündung benötigt. Ferner kann der Wert der Füllungsverdünnung durch verschiedene Faktoren beeinflusst werden, darunter sowohl Feuchtigkeit als auch die in der Ansaugfüllung vorhandene Abgasmenge. Auf diese Weise ist es möglich, die Motorbetriebsparameter zum Ausgleich der Wirkung der Feuchtigkeitsveränderung auf die Selbstzündung zu verstellen, d.h. die Wirkung von Wasser macht Selbstzündung weniger wahrscheinlich.
  • [0038]
    23 zeigen beispielhafte Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, bei dem das Erfassen von Feuchtigkeit zur Unterstützung der Steuerung des Motorbetriebs verwendet wird, um eine erwünschte Verbrennungsbetriebsart, typischerweise HCCI, zu erreichen oder zu halten. Die Implementierungen des gezeigten beispielhaften Verfahrens können in Verbindung mit einer beliebigen der hierin gezeigten oder beschriebenen Motorausführungen eingesetzt werden. Zum Beispiel kann die Umgebungsfeuchtigkeit zur Ermittlung genutzt werden, ob die Betriebsarten zu ändern sind, sowie zur Ermittlung der Sollmotorparametereinstellungen in einer beliebigen oder in jeder Betriebsart.
  • [0039]
    Unter Bezug zunächst auf 2 wird eine mögliche Verfahrensumsetzung gezeigt. Bei dem gezeigten Verfahren kann Feuchtigkeitserfassen (z.B. mittels Feuchtigkeitssensor 140 und/oder 141) zum Ermitteln der Feuchtigkeit der in den Ansaugkrümmer 44 eintretenden Umgebungsluft verwendet werden. Die erfasste Feuchtigkeit kann dann in Steuerprogrammen (die z.B. vom Steuergerät 12 ausgeführt werden) zum Steuern eines oder mehrerer Motorbetriebsparameter und somit zum Erreichen von Steuerung bei den verschiedenen verfügbaren Verbrennungsbetriebsarten verwendet werden. Typischerweise wird die Feuchtigkeitsangabe zum Unterstützen eines Auslösens eines Übergangs zum HCCI-Betrieb von einer anderen Verbrennungsbetriebsart und/oder zum Aufrechterhalten stabilen HCCI-Betriebs verwendet.
  • [0040]
    Weiter mit 2 wird bei Schritt 200 die Umgebungs- bzw. relative Feuchtigkeit mit Hilfe von Feuchtigkeitssensoren 140 und/oder 141 ermittelt. Bei Schritt 202 werden basierend auf der erfassten Feuchtigkeit Motorparameter gesteuert und/oder Verbrennungsbetriebsarten gewählt. Aktuelle Betriebsbedingungen können (mit Hilfe der Feuchtigkeitsangabe und anderer Daten) ausgewertet werden und Ermittlungen können vorgenommen werden, ob in einer aktuellen Verbrennungsbetriebsart verweilt werden soll oder ob ein Betriebsartübergang, zum Beispiel von SI zu HCCI oder von HCCI zu HCCI mit Zündunterstützung, ausgelöst werden soll. Gesteuerte Motorparameter können zum Beispiel umfassen: (1) die Ventilsteuerung zum Steuern der in dem Brennraum verbleibenden heißen Restabgase, (2) das Kraftstoff-/Luftverhältnis (k/l), (3) das Ventilmischungsverhältnis von Heiß und Kalt von jeweiligen heißen und kalten Ansaugkrümmern, wobei der heiße Ansaugkrümmer durch einen Wärmetauscher oder ein anderes Verfahren erhitzt wird, (4) die Oktanzahl des Kraftstoffs, (5) die Temperatur der Ansauggase, (6) die aktuelle Motorbetriebsart (SI, HCCI, HCCI mit Zündunterstützung), (7) das erforderliche wirksame Verdichtungsverhältnis (beeinflusst durch Ventilsteuerung), (8) und die Verdichtung von Ansauggasen mittels Turboladen oder Laden, was typischerweise durch ein Kuppeln oder Auskuppeln bezüglich eines Laders und durch Steuern eines Ladedruckregelventils oder einer variablen Düse an einem Turbolader gesteuert werden kann.
  • [0041]
    Wie bei 204 gezeigt, kann der aktuelle Feuchtigkeitswert zum Ermitteln der erwünschten Verbrennungsbetriebsart verwendet werden. In einem Beispiel, bei dem ein hoher Feuchtigkeitswert in der Ansaugfüllungsluft vorliegt, wird die Spitzenfüllungstemperatur während der Verbrennung verglichen mit der während eines Zustands niedriger Feuchtigkeit gesenkt. Anschließend kann der Übergang zur HCCI-Verbrennung verzögert werden, um die Feuchtigkeitswirkung auszugleichen, bis die Ansaugfüllungstemperatur auf einen Wert innerhalb des Sollbereichs für robuste Verbrennung angehoben werden kann. Wenn umgekehrt der Motor bereits in der HCCI-Betriebsart arbeitet, kann es wünschenswert sein, zur SI-Betriebsart zu wechseln. Dies kann eintreten, wenn eine schnelle Änderung der Feuchtigkeit festgestellt wird. Ein Übergang von HCCI zu SI kann zum Beispiel bei mittleren Drehmomentwerten vorgenommen werden, da die HCCI- Selbstzündung zu rau werden kann und Probleme bezüglich Geräuschbildung, Vibration und Rauheit (NVH, vom engl. Noise, Vibration und Harshness) erzeugen kann (z.B. kann die Druckanstiegsgeschwindigkeit im Zylinder zu hoch sein). Nahe dem Übergangspunkt können Maßnahmen zum Mindern der Stärke der Selbstzündung ergriffen werden, beispielsweise Senken der Füllungstemperatur, mehr Verdünnungsmittel, etc. Wenn somit die Feuchtigkeit zunimmt, kann das Steuergerät den Drehmomentübergangswert verzögern, bei dem der Motor zum Beispiel von HCCI- auf SI-Verbrennung wechselt. D.h. die höhere Feuchtigkeit senkt die Neigung zu Selbstzündung und ermöglicht daher einen weiteren Betrieb bei HCCI ohne vermehrtes NVH. Dies kann den Wärmewirkungsgrad durch Verlängern des Betriebs bei HCCI verbessern.
  • [0042]
    Ein weiterer Übergang, der durch Feuchtigkeit beeinflusst werden kann, betrifft den Kaltstartbetrieb bzw. den Betrieb bei niedrigem Drehmomentwert. Wenn die SI-Verbrennung unter einer solchen Bedingung verwendet wird, dann kann dies bei steigender Feuchtigkeit den Wechsel zum HCCI-Betrieb verzögern, da es länger dauern kann, um Ansaugluft, etc. aufzuheizen (da die Motortemperatur und/oder das Abgas kühler als aufgewärmte Betriebstemperaturen sein können).
  • [0043]
    Aus dem obigen Beispiel versteht sich, dass die auf Feuchtigkeit beruhenden Steuerprogramme unabhängig davon anwendbar sind, ob sich Feuchtigkeitswerte während des Motorbetriebs schnell ändern. Typischerweise kann sich Feuchtigkeit verglichen zum Beispiel mit der transienten Reaktion des Motors auf Fahrerforderungen zwar relativ langsam ändern. Dennoch kann die erfasste Feuchtigkeit genutzt werden, um Steuerbedingungen für den Betrieb des Motors einzustellen. Bei der Wahl der Verbrennungsbetriebsart können zum Beispiel Grenzbedingungen und Übergangskriterien auf der erfassten Feuchtigkeit beruhen, so dass Steuerzeiten oder andere Aspekte von Betriebsartübergängen feuchtigkeitsabhängig sind.
  • [0044]
    Bei 206 kann das Verfahren die Verwendung von Feuchtigkeitsinformation zum Steuern von zündunterstützten Betriebsarten des HCCI-Betriebs umfassen. Die Zündunterstützung kann ein insgesamt größeres Fenster zum Steuern von Temperatur bei einem festgelegten Zeitpunkt im Motorzyklus bieten, da zündunterstützte Verbrennung unter Bedingungen durchgeführt werden kann, bei denen eine nicht zündunterstützte HCCI-Verbrennung nicht sein kann. Wenn daher die Füllungstemperatur für robuste HCCI-Verbrennung zu niedrig ist, kann die übergangsweise Zündunterstützung eine Steuerung der Sollzündsteuerzeiten während einer Bedingung hoher Feuchtigkeit zulassen, wie in dem obigen Beispiel erläutert wurde. Durch Verbrennen einer kleinen Menge Kraftstoff-/Luftgemisch unter Zündsteuerung werden die unverbrannten Gase aufgrund der Verdichtungserwärmung der Flammenfront verdichtet. Dadurch verbrennt der Großteil der Gase, die ansonsten ohne diese zündunterstützte Verbrennung nicht selbst gezündet hätten. Bei der Zündunterstützungsbetriebsart ist es möglich, viele der Vorteile der HCCI-Verbrennung zu erreichen, aber auf Zündsteuerung zum Vorsehen der endgültigen Verdichtungserhitzung zu bauen, die zum Erreichen von Selbstzündung erforderlich ist, und somit die Steuerzeiten der Verbrennung präziser zu steuern. Eine solche zündunterstützte Verbrennung kann verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit aufweisen und die NOx-Erzeugung gegenüber der SI-Verbrennung senken. Ohne Einsatz von Zündunterstützung könnte ein relativ hoher Feuchtigkeitswert einen früheren Wechsel zur SI-Verbrennung und einen anschließenden Verlust an Wirkungsgrad erfordern.
  • [0045]
    Weiter mit dem Beispiel einer detektierten hohen Feuchtigkeitsbedingung kann das Verfahren bei 208 das Ermitteln umfassen, dass das Anheben der Füllungstemperatur einen Betrieb in der erwünschten Verbrennungsbetriebsart mit oder ohne Ändern von Betriebsarten oder Anpassen anderer Motorbetriebsparameter erlaubt. Dies kann mit Hilfe mehrerer Verfahren erfolgen. Eines kann ein Verfahren unter Verwenden eines rekuperativen Wärmetauschers zum Vorheizen der Ansaugluftfüllung umfassen und anschließend die Spitzenverbrennungstemperatur anheben. Bei 210 kann die Temperatursteuerung über dualen Ansaugkrümmern eingesetzt werden, indem das Mischen von heißer und kalter Ansaugluftzufuhr basierend auf erfasster Feuchtigkeit gesteuert wird. Wie bereits erwähnt können wiederum Feuchtigkeitsdaten verwendet werden und sind typischerweise ein Faktor in Steuerprogrammen, selbst dort, wo sich Feuchtigkeit während des Motorbetriebs nicht dynamisch ändert. In dem vorliegenden Beispiel ist das Mischen von heißer und kalter Luftzufuhr für einen vorgegebenen Satz an Bedingungen feuchtigkeitsabhängig, selbst wenn keine dynamische Steuerung basierend auf Feuchtigkeit beeinflusst wird.
  • [0046]
    Die Schritte 212 und 214 umfassen ein anderes Verfahren zum Ausüben von Steuerung über Betriebsparametern basierend auf Feuchtigkeit. Wie bei 212 gezeigt, kann der Ventilbetrieb für einen oder mehrere Verbrennungszylinder basierend auf Feuchtigkeit gesteuert werden. Die Nockensteuerung, das Nockenprofilumschalten oder die EVA-Steuerung können zum Beispiel mit Hilfe von Feuchtigkeit als Steuerparameter eingesetzt werden. Bei einem verhältnismäßig hohen Feuchtigkeitswert würde zum Beispiel eine höhere Temperatur für die Ansaugluft erforderlich sein, um HCCI-Verbrennung einzuleiten und zu halten. Dieser Feuchtigkeitseffekt könnte durch Ändern des Ventilbetriebs ausgeglichen werden, um mehr heiße Restgase in den Zylinder von dem Abgaskrümmer während des Ansaugtakts des Kolbens einzusaugen. Dieses Verfahren kann optimiert werden, um die erwünschte Steuerung der Füllungstemperatur auszuüben, wenn sich der Kolben der OT-Verdichtung nähert.
  • [0047]
    Es versteht sich, dass die Feuchtigkeit zum Steuern des Ventilbetriebs bei verschiedenen unterschiedlichen Motoreinstellungen und verschiedenen unterschiedlichen Ventilkonfigurationen verwendet werden kann. Neben dem Ändern der Nockensteuerung in einem System mit oben liegender Nockenwelle kann der Hub des Ein- oder Auslassventils (z.B. mittel EVA) gesteuert werden, die Nockensteuerzeiten des Ein- oder Auslassventils können gesteuert werden, die Steuerzeiten von dualen gleichen Nocken können gesteuert werden, etc.
  • [0048]
    Umgebungsfeuchtigkeit bewirkt ebenfalls eine Verdünnung des Motorzylinderfüllungsgemisches. Wenn die VCT-Steuerung für niedrige Feuchtigkeit optimiert wurde, was dazu führt, dass sie sich direkt am Rand eines effizienten HCCI-Betriebs befindet, würde somit die verringerte Spitzenverbrennungstemperatur, die bei einer Bedingung hoher Feuchtigkeit vorhanden ist, zu ineffizientem HCCI-Betrieb führen. Um dies zu vermeiden, werden Motoren typischerweise mit dem VCT-Steuerprogramm für den schlimmsten Fall eines Tag hoher Feuchtigkeit kalibriert. Daher kann ein Feuchtigkeitssensor, beispielsweise ein Innen- oder Umgebungsfeuchtigkeitssensor, wie er hierin beschrieben wird, verwendet werden. Wenn im Einzelnen das VCT-Steuerprogramm an Feuchtigkeit angepasst wird, dann kann die optimale Steuerung für effiziente HCCI-Verbrennung bei verschiedenen Feuchtigkeitswerten geliefert werden.
  • [0049]
    Weiter mit 2 kann, wie bei 216 gezeigt, der Ladebetrieb ebenfalls basierend auf Feuchtigkeitswerten und/oder durch Berücksichtigen von Feuchtigkeitswerten gesteuert werden. Das Anheben der Ansaugfüllungstemperatur während Betrieb bei hoher Feuchtigkeitsbedingung kann das Verdichten der Ansaugluft und/oder des Kraftstoff/Luftgemisches vor dem Eintreten in den Zylinder mittels Turboladen und/oder Laden umfassen. Das Verdichten der Ansaugfüllung in dem festen Volumen des Ansaugkrümmers führt zu einer Zunahme sowohl von Druck als auch anschließend Temperatur. Dies erlaubt, dass die Füllungstemperatur innerhalb des erwünschten Fensters für erwünschte HCCI-Verbrennung liegt.
  • [0050]
    Zu beachten ist, dass, wenn der Motor 10 ein veränderbares Laden (z.B. von einem Turbolader variabler Geometrie, gekuppeltem Lader, Ladedruckregelventil, etc.) umfasst, das Laden so angepasst werden kann, das die Füllungstemperatur angepasst wird, wenn andere Parameterverstellungen erschöpft sind. Zum Beispiel kann die Spitzenverbrennungstemperatur während einer Bedingung niedriger Feuchtigkeit gesenkt werden. Es versteht sich für den Fachmann, dass zahlreiche andere Verfahren, die einen Turbolader oder Lader verwenden, eingesetzt werden könnten.
  • [0051]
    Routine 219 verkörpert ein anderes Verfahren zum Anheben der Ansaugfüllungstemperatur, das das Umleiten heißer Abgase in einen oder mehrere Zylinder, was für gewöhnlich als externe AGR (Abgasrückführung) bezeichnet wird, und anschließend das Anheben der Temperatur der Ansaugfüllung auf den erforderlichen Wert zur Aufnahme des HCCI-Betriebs umfassen kann. Zum Beispiel kann externe AGR unter gewissen Bedingungen verwendet werden, um die Füllungstemperatur anzupassen. Typischerweise kann der Motor 10 jederzeit mit einem gewissen Maß an AGR arbeiten. Daher kann durch Anpassen der in den Ansaugkrümmer umgeleiteten Menge an heißen Abgasen gegenüber Normalbetriebbedingungen eine Senkung oder Zunahme der Spitzenverbrennungstemperatur während Bedingungen niedriger bzw. hoher Feuchtigkeit verwirklicht werden, was einen robusten HCCI-Betrieb ermöglicht. Es versteht sich für den Fachmann, dass zahlreiche andere Verfahren verwendet werden könnten, die externe AGR nutzen.
  • [0052]
    Weiter mit 2 können, wie bei 220 gezeigt, Einspritzsteuerzeiten als Reaktion auf Feuchtigkeit und/oder andere Betriebsparameter verändert werden. Zum Beispiel verwenden manche HCCI-Verfahren keine vollständig vorgemischte Füllung, sondern weisen ein gewisses Maß an Schichtung auf, die durch die Einspritzzeiten beeinflusst wird. Ferner können die Einspritzsteuerzeiten die Selbstzündungseigenschaften des Kraftstoffs beeinflussen. Daher können die Einspritzsteuerzeiten als Reaktion auf Feuchtigkeitsveränderungen für einen vorgegebenen Betriebszustand verändert werden.
  • [0053]
    Als weiteres Beispiel umfasst ein HCCI-Ansatz das Verwenden von zwei Kraftstoffen, einer, der leichter selbst zündet als der andere (z.B. Kraftstoffe mit niedriger und hoher Oktanzahl), wobei die Selbstzündungssteuerzeiten wie bei 222 durch Verändern des Anteils der Kraftstoffe gesteuert werden. Daher kann bei einem Vorgehen die relative Menge an Kraftstoffeinspritzung zwischen verschiedenen Kraftstoffen so angepasst werden, dass eine Oktanzahl einer gesamten Kraftstofffüllung als Reaktion auf sich verändernde Feuchtigkeitswerte verändert wird, um die Selbstzündungszeiten zu steuern.
  • [0054]
    Unter Bezug nun auf 3 wird eine andere Verfahrensumsetzung gezeigt. Bei 302 umfasst das Verfahren das Ermitteln, ob ein Zustand relativ hoher Feuchtigkeit vorliegt. Dies kann zum Beispiel durch Beurteilen ermittelt werden, ob die Feuchtigkeit einen Grenzwert überschritten hat, ob verglichen mit einem Bezugswert eine festgelegte Zunahme eingetreten ist, etc. Wenn ein solcher Zustand vorliegt, können Betriebsartwahl- und/oder Motorsteuerparameter entsprechend angepasst werden (bei 303). Bei 304 kann zum Beispiel die Füllungstemperatur angehoben werden, um HCCI-Verbrennung zu erreichen oder zu halten. Bei 306 kann der Ventilbetrieb angepasst oder gesteuert oder verändert werden, um mehr heiße Restgase in den Verbrennungszylinder zu saugen, so dass die Füllungstemperaturen zum Erreichen oder Halten von HCCI-Betrieb angehoben werden. Bei 308 kann Laden zum Anheben der Füllungstemperatur verwendet werden. Die erhöhte Feuchtigkeit kann bei 310 bei der Ermittlung zum Auslösen von Zündunterstützung während HCCI-Betriebs eingesetzt werden. Als Reaktion auf eine erhöhte Feuchtigkeit kann, wie bei 312 gezeigt, ein effektives Verdichtungsverhältnis angehoben werden; oder es können hohe Feuchtigkeitswerte in die Steuerung von Beendigung/Aufnahme der Betriebsart einfließen (bei 316). Ferner kann die Oktanzahl eines Kraftstoffs oder einer Kraftstoffmischung als Reaktion auf erhöhte Feuchtigkeit wie bei 320 gezeigt geändert (z.B. gesenkt) werden.
  • [0055]
    Zu beachten ist, dass die obigen Anpassungen allein oder in Kombination verwendet werden können. Ferner können abhängig von den Betriebsbedingungen verschiedene Anpassungen vorgenommen werden, beispielsweise von Temperatur, Geschwindigkeit, Last, etc. Zum Beispiel kann ein Steuergerät unter einer ersten Bedingung die Ventilsteuerung und/oder die Kraftstoffeinspritzsteuerung als Reaktion auf Feuchtigkeitsänderungen anpassen, während unter einer zweiten Bedingung das Steuergerät die Kraftstoffoktanwerte und/oder Ladewerte als Reaktion auf Feuchtigkeitsänderungen anpassen kann. Des weiteren können abhängig vom Feuchtigkeitswert oder dem Grad von Feuchtigkeitswertänderungen verschiedene Maßnahmen ergriffen werden.
  • [0056]
    Es versteht sich, dass die Betriebsartwahl und/oder die Steuerung von Betriebsparametern ebenfalls als Reaktion auf das Erkennen eines verhältnismäßig niedrigen Feuchtigkeitswerts- oder -zustands gesteuert werden kann. Der Ventilbetrieb kann abgewandelt werden (z.B. zum Senken von Restgasanteil), das Laden kann als Reaktion auf den Zustand niedriger Feuchtigkeit angepasst werden, das Auslösen oder Beenden der Betriebsarten HCCI oder HCCI mit Zündunterstützung kann mit dem Zustand niedriger Feuchtigkeit als Faktor etc. gesteuert werden.
  • [0057]
    Es versteht sich, dass die hierin offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und dass diese spezifischen Ausführungen nicht einschränkend aufgefasst werden dürfen, da zahlreiche Abänderungen möglich sind. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst weiterhin alle neuartigen und nicht nahe liegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Einlasskonfigurationen und Verfahrensumsetzungen sowie andere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hier offenbart werden. Die folgenden Ansprüche zeigen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen auf, welche als neuartig und nicht nahe liegend betrachtet werden. Diese Ansprüche können auf „ein" Element oder „ein erstes" Element oder eine Entsprechung desselben verweisen. Diese Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie das Integrieren eines oder mehrerer solcher Elemente umfassen, wobei sie zwei oder mehrere dieser Elemente weder fordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Abänderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche werden, ob sie nun gegenüber dem Schutzumfang der ursprünglichen Ansprüche breiter, enger, gleich oder unterschiedlich sind, ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.

Claims (24)

  1. Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors, welches umfasst Ermitteln von Feuchtigkeit von Luft, die einem Verbrennungszylinder des Motors geliefert wird; Verstellen eines Motorbetriebsparameters basierend auf der Feuchtigkeit, wobei der Motorbetriebsparameter die Selbstzündung des Kraftstoffs und der Luftfüllung beeinflusst.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ermitteln von Feuchtigkeit mittels des Betriebs eines Feuchtigkeitssensors ausgeführt wird, der mit einem den Motor aufweisenden Fahrzeug gekoppelt ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verstellen das Verändern einer Oktanzahl des Kraftstoffs umfasst.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verstellen das Verändern des Ventilbetriebs eines Verbrennungszylinders basierend auf erfasster Feuchtigkeit umfasst.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Verändern des Ventilbetriebs das Verändern des Ventilbetriebs in solcher Art umfasst, dass der Anteil heißer Restgase der Ansaugfüllungen im Verbrennungszylinder verändert wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Anpassen das Verändern des Zylinderventilbetriebs zum Erhöhen des Anteils heißer Restgase der Ansaugfüllungen umfasst, wenn der Sensor eine Feuchtigkeitszunahme erkennt.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verstellen das Verändern des Betriebs eines Turboladers oder Laders des Motors basierend auf erfasster Feuchtigkeit umfasst.
  8. Verbrennungsmotor, welcher umfasst: einen Verbrennungszylinder, der zum gezielten Betreiben in einer Fremdzündungsbetriebsart oder in einer Selbstzündungsbetriebsart ausgelegt ist; ein elektronisches Motorsteuergerät; und einen Sensor, der mit dem elektronischen Motorsteuergerät wirkverbunden ist; wobei der Sensor und das elektronische Motorsteuergerät dafür ausgelegt sind, die Feuchtigkeit von in den Verbrennungsmotor gesaugter Luft zu ermitteln, wobei das elektronische Steuergerät dafür ausgelegt ist, einen oder mehrere Verbrennungsbetriebsart-Parameter des Verbrennungsmotors basierend auf erfasster Feuchtigkeit zu steuern.
  9. Motor nach Anspruch 8, wobei der Verbrennungszylinder weiterhin zum Betreiben in einer zündunterstützten Kompressionszündungsbetriebsart ausgelegt ist und wobei das elektronische Motorsteuergerät dafür ausgelegt ist, das Einleiten und Beenden der zündunterstützten Kompressionszündungsbetriebsart basierend auf erfasster Feuchtigkeit zu steuern.
  10. Motor nach Anspruch 8, wobei der eine oder die mehreren Verbrennungsbetriebsart-Parameter den Betrieb eines Einlassventils und eines Auslassventils des Verbrennungszylinders umfassen.
  11. Motor nach Anspruch 8, wobei der eine oder die mehreren Verbrennungsbetriebsart-Parameter die Temperatur von Ansaugfüllungen für den Verbrennungszylinder umfassen.
  12. Motor nach Anspruch 8, wobei der eine oder die mehreren Verbrennungsbetriebsart-Parameter den Betrieb eines Turboladers oder Laders des Motors umfassen.
  13. Motor nach Anspruch 8, wobei der eine oder die mehreren Verbrennungsbetriebsart-Parameter ein wirksames Verdichtungsverhältnis des Verbrennungszylinders umfassen.
  14. Motor nach Anspruch 8, wobei der Sensor in einer Luftansaugstrecke des Verbrennungszylinders angeordnet ist.
  15. Motor nach Anspruch 8, wobei sich der Sensor in einem Raum des Fahrzeugs befindet, in dem der Motor angeordnet ist.
  16. Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, welches umfasst: Erfassen von Umgebungsfeuchtigkeit; Verstellen eines Betriebsparameters des Motors, wenn sich die Umgebungsfeuchtigkeit ändert, um eine Sollselbstzündungssteuerzeit für homogene Kompressionszündung beizubehalten; Einspritzen von Benzin in einen Verbrennungszylinder des Verbrennungsmotors; und Betreiben des Verbrennungszylinders in einer Betriebsart der homogenen Kompressionszündung.
  17. Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, welches umfasst: während eines ersten Feuchtigkeitswerts Betreiben mit einem Betriebsparameter des Motors, der die Füllungstemperatur in einem ersten Bereich beeinflusst, um eine homogene Kompressionszündungsverbrennung zu erreichen; und während eines zweiten Feuchtigkeitswerts Betreiben mit dem Betriebsparameter des Motors in einem zweiten Bereich, um eine homogene Kompressionszündungsverbrennung zu erreichen.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Betriebsparameter die Einlassventilsteuerzeit für einen Verbrennungszylinder ist.
  19. Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Betriebsparameter die Auslassventilsteuerzeit für einen Verbrennungszylinder ist.
  20. Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Betriebsparameter das Mischen von Luft aus Quellen heißer und kalter Ansaugluft in einer Ansaugluftstrecke stromaufwärts eines Verbrennungszylinders des Verbrennungsmotors steuert.
  21. Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Betriebsparameter ein wirksames Verdichtungsverhältnis eines Verbrennungszylinders des Verbrennungsmotors ist.
  22. Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, welches umfasst: Erfassen von Umgebungsfeuchtigkeit; Verstellen eines Betriebsparameters des Motors als Reaktion auf Änderungen der Umgebungsfeuchtigkeit, um eine Sollselbstzündungssteuerzeit beizubehalten.
  23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellen das Verstellen einer anfänglichen Ladungstemperatur zum Erreichen von Selbstzündung umfasst.
  24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollselbstzündungssteuerzeit mit Motordrehzahl oder Motordrehmoment verändert wird.
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