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Hintergrund und Kurzdarlegung
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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.
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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.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
eine Motorteilansicht;
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2 und 3 zeigen
beispielhafte Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, bei
dem eine Feuchtigkeitserfassung eingesetzt wird, um die Steuerung
der Verbrennung zu unterstützen.
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Eingehende
Beschreibung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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2–3 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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
-
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.
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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.
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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.
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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.
-
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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
-
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.
-
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.
-
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.