DE102007039468A1

DE102007039468A1 - Steuerstrategie und -Modell zum Dieselverbrennungsmoodus-Umschalten

Info

Publication number: DE102007039468A1
Application number: DE102007039468A
Authority: DE
Inventors: Qian Rochester Chen; Charles H. Troy Folkerts
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2006-08-24
Filing date: 2007-08-21
Publication date: 2008-05-08
Anticipated expiration: 2027-08-22
Also published as: US20080047523A1; DE102007039468B4; US7367290B2; CN101131128B; CN101131128A

Abstract

Ein Steuersystem zum Umschalten eines Verbrennungsmodus für Dieselmaschinen wird zur Verfügung gestellt. Das System umfasst: ein Umschaltermittlungsmodul, das eine Umschaltanforderung auslöst, um auf der Grundlage der Maschinendrehzahl sowie der Kraftstoffmenge und/oder des Drehmoments zwischen einem Modus mit vorgemischter Kompressionszündung (PCI-Modus) und/oder einem Dieselverbrennungsmodus umzuschalten; ein Übergangsmodul, das den PCI-Modus und/oder den Dieselverbrennungsmodus auf der Grundlage der Umschaltanforderung anweist; und ein Steuermodul, das die Soll-Luftströmung, die gewünschte Kraftstoffmenge und/oder den gewünschten Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung auf der Grundlage der Anweisung steuert.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft Verfahren und Systeme zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung einer Dieselbrennkraftmaschine.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Aussagen in diesem Abschnitt stellen lediglich Hintergrundinformationen in Bezug auf die vorliegende Offenbarung zur Verfügung und begründen vielleicht keinen Stand der Technik.
Herkömmlicherweise gibt es zwei hauptsächliche Formen von Brennkraftmaschinen mit hin- und hergehenden Kolben oder von drehenden Brennkraftmaschinen: Diesel- und Funkenzündungsmaschinen. Während diese Maschinenarten eine ähnliche Architektur und ähnliche mechanische Macharten aufweisen, weist jede von ihnen unterschiedliche Betriebseigenschaften auf. Zum Beispiel führen Funkenzündungsmaschinen, um die Verbrennung auszulösen, dem Maschinenzylinder ein Luft/Kraftstoff-Gemisch zu, während sie den Zündzeitpunkt steuern. Demgegenüber verdichten Dieselmaschinen Luft in dem Zylinder, während sie den Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung steuern, um den Start der Verbrennung auszulösen.
Einer der Hauptvorteile, den die Dieselmaschine in Bezug auf die Maschine mit vorgemischter Ladung und Funkenzündung aufweist, ist der höhe re thermische Wirkungsgrad. Dies liegt allgemein an dem höheren Verdichtungsverhältnis und dem magereren Verbrennungsbetrieb, der durch die Dieselmaschine bereitgestellt wird. Ein Abstrich gegenüber dem höheren thermischen Wirkungsgrad der Dieselmaschine besteht darin, dass es schwieriger oder teurer ist, die gleichen Auspuffendrohr-NOx-Emissionsniveaus zu erreichen wie die funkengezündeten Maschinen. Dies liegt an der mageren Luft/Kraftstoff-Steuerart der Dieselmaschine.
Die vorgemischte Kompressionszündung (PCI von premixed compression ignition) ist eine fortschrittliche Dieselverbrennungstechnik, die ein großes Potential zum Reduzieren von Dieselmaschinenemissionen aufweist. Bei der PCI wird Kraftstoff viel früher in dem Verbrennungstakt in die Verbrennungskammer des Zylinders eingespritzt, als es für eine Dieselverbrennung getan würde. Die gewünschte Kraftstoffmenge wird zugeführt, deutlich bevor der Kolben den oberen Totpunkt (TDC) der Verdichtung erreicht. Der früh eingespritzte Kraftstoff wird ausreichend mit der Luft gemischt, bevor der Kolben den Verdichtungs-TDC erreicht. Somit stellt die Technik einen mageren und gut gemischten Zustand des Luft/Kraftstoff-Gemischs vor der Zündung bereit.
Die PCI-Verbrennung ist jedoch auf Niedriglast-Betriebsbedingungen beschränkt. Daher ist während anderer Betriebsbedingungen eine Dieselverbrennung erforderlich. Da die PCI-Verbrennung und die Dieselverbrennung unterschiedliche Erfordernisse für den Prozentsatz an Abgasrückführung (AGR), das Luft/Kraftstoff-Verhältnis und den Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung aufweisen, wird das Problem, wie zwischen diesen zwei Verbrennungsmodi weich umzuschalten ist, ein Anliegen. Übermäßiger Rauch, NOx und Verbrennungslärm folgt aus einem Mangel an effektiver Steuerung des Verbrennungsmodus-Umschaltens.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Dementsprechend wird ein Steuersystem zum Verbrennungsmodus-Umschalten für Dieselmaschinen zur Verfügung gestellt. Das System umfasst ein Umschaltermittlungsmodul, das eine Umschaltanforderung auslöst, um auf der Grundlage der Maschinendrehzahl sowie der Kraftstoffmenge und/oder des Drehmoments zwischen einem Modus mit vorgemischter Kompressionszündung (PCI-Modus) und einem Dieselverbrennungsmodus umzuschalten. Ein Übergangsmodul weist auf der Grundlage der Umschaltanforderung den PCI-Modus und/oder den Dieselverbrennungsmodus an. Ein Steuermodul steuert die Soll-Luftströmung, die gewünschte Kraftstoffmenge und/oder den gewünschten Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung auf der Grundlage der Anweisung.
Bei anderen Merkmalen wird ein Verfahren zum Umschalten zwischen einem Modus mit vorgemischter Kompressionszündung (PCI-Modus) und einem Dieselverbrennungsmodus für Dieselmaschinen zur Verfügung gestellt. Das Verfahren umfasst, dass eine Umschaltanforderung ausgelöst wird, um auf der Grundlage der Maschinendrehzahl sowie der Kraftstoffmenge und/oder des Drehmoments zwischen einem Modus mit vorgemischter Kompressionszündung (PCI-Modus) und einem Dieselverbrennungsmodus umzuschalten; dass der PCI-Modus und/oder der Dieselverbrennungsmodus auf der Grundlage der Umschaltanforderung angewiesen wird; und dass die Soll-Luftströmung, die gewünschte Kraftstoffmenge und/oder der gewünschte Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung auf der Grundlage des angewiesenen Modus gesteuert wird.
Weitere Anwendungsgebiete werden aus der hier gegebenen Beschreibung ersichtlich. Es sollte zu verstehen sein, dass die Beschreibung und spezielle Beispiele nur zu Zwecken der Veranschaulichung gedacht sind und nicht dazu gedacht sind, den Umfang der vorliegenden Offenbarung einzuschränken.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur Darstellungszwecken und sind nicht dazu gedacht, den Umfang der vorliegenden Offenbarung in irgendeiner Weise einzuschränken.
1 ist ein Funktionsblockschaltbild einer Dieselmaschine.
2 ist eine Querschnittsansicht eines Zylinders einer Dieselmaschine.
3 ist ein Datenflussdiagramm eines Steuersystems zum Dieselverbrennungsmodus-Umschalten.
4 ist ein Diagramm, das Modusübergänge darstellt.
5 ist ein Zustandsübergangsdiagramm, das die Koordination des Verbrennungsmodus-Umschaltens veranschaulicht.
6 veranschaulicht ein Steuermodell zur Abgasrückführung.
7 veranschaulicht ein Drehmomentsteuerungsmodell.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und ist nicht dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder ihren Gebrauch einzuschränken. Es sollte zu verstehen sein, dass in allen Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen ähnliche oder entsprechende Teile und Merkmale angeben. Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff Modul auf eine applikationsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppen-) und einen Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
Nun auf 1 Bezug nehmend ist ein beispielhaftes Dieselmaschinensystem 10 schematisch dargestellt. Es ist einzusehen, dass das Dieselmaschinensystem 10 lediglich beispielhafter Natur ist und dass die hier beschriebene Steuerstrategie zum Dieselverbrennungsmodus-Umschalten in verschiedenen Dieselmaschinensystemen ausgeführt sein kann. Das Dieselmaschinensystem 10 umfasst eine Dieselmaschine 12, einen Ansaugkrümmer 14, ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem 16 und ein Abgassystem 18. Die beispielhafte Maschine 12 umfasst sechs Zylinder 20, die in nebeneinander liegenden Zylinderreihen 22, 24 in V-artiger Anordnung konfiguriert sind. Obwohl 1 sechs Zylinder darstellt (N = 6), ist einzusehen, dass die Maschine 12 zusätzliche oder weniger Zylinder 20 umfassen kann. Zum Beispiel werden Maschinen mit 2, 4, 5, 8, 10, 12 und 16 Zylindern in Betracht gezogen.
Luft wird in den Ansaugkrümmer 14 eingesaugt, auf die Zylinder 20 verteilt und darin verdichtet. 2 stellt einen Zylinder 20 detaillierter dar. Kraftstoff wird durch das Common-Rail-Einspritzsystem 16 (1) in einen Einlasskanal 31 des Zylinders 20 und/oder direkt in den Zylinder 20 eingespritzt. Die Wärme der verdichteten Luft zündet das Luft/Kraftstoff-Gemisch. Ein Einlassventil 32 öffnet und schließt selektiv, um es der Luft zu ermöglichen, in den Zylinder 20 einzutreten. Die Einlassventilstellung wird durch eine Einlassnockenwelle (nicht gezeigt) reguliert. Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 33 spritzt Kraftstoff in den Zylinder 20 ein. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 33 wird gesteuert, um ein gewünschtes Luft-zu-Kraftstoff-Verhältnis (A/F-Verhältnis) in dem Zylinder 20 zu einer Zeit und in einer Menge bereitzustellen, die durch die Steuerstrategie zum Dieselverbrennungsmodus-Umschalten ermittelt werden. Eine zusätzliche Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die in Phantomdarstellung bei 34 gezeigt ist, kann an oder nahe dem Einlasskanal 31 des Zylinders 20 vorgesehen sein und sie kann gleichermaßen gemäß der Steuerstrategie zum Dieselverbrennungsmodus-Umschalten gesteuert werden.
Ein Kolben 35 verdichtet das A/F-Gemisch in dem Zylinder 20. Die Verdichtung der heißen Luft zündet den Kraftstoff in dem Zylinder 20, was den Kolben 35 antreibt. Der Kolben 35 treibt wiederum eine Kurbelwelle (nicht gezeigt) an, um ein Antriebsdrehmoment zu erzeugen. Verbrennungsabgas in dem Zylinder 20 wird aus einem Abgaskanal 36 gedrängt, wenn sich ein Auslassventil 37 in einer offenen Stellung befindet. Die Auslassventilstellung wird durch eine Auslassnockenwelle (nicht gezeigt) reguliert. Obwohl ein einzelnes Einlassventil und ein einzelnes Auslassventil 32, 37 dargestellt ist, ist einzusehen, dass die Maschine 12 mehrere Einlass- und Auslassventile 32, 37 pro Zylinder 20 umfassen kann.
Wieder auf 1 Bezug nehmend werden die Abgase von den Zylindern 20 und in das Abgassystem 18 abgelassen. Das Abgassystem 18 umfasst Abgaskrümmer 28, 30, Abgasleitungen 27, 29, einen Katalysator 38 und einen Dieselpartikelfilter (DPF) 40. Ein erstes und ein zweites Abgassegment ist durch die erste und die zweite Zylinderreihe 22, 24 definiert. Die Abgaskrümmer 28, 30 leiten die Abgassegmente von den entsprechenden Zylinderreihen 22, 24 in die Abgasleitungen 27, 29. In einigen Fällen kann das Dieselmaschinensystem 10 einen Turbolader 26 umfassen, der zusätzliche Luft zur Verbrennung mit dem Kraftstoff und der Luft, die von dem Ansaugkrümmer 14 eingesaugt sind, in die Zylinder 20 pumpt. Das Abgas wird in den Turbolader 26 geleitet, um den Turbolader 26 anzutreiben. Ein kombinierter Abgasstrom strömt von dem Turbolader 26 durch den Katalysator 38 und den DPF 40 hindurch. Der DPF 40 filtert Partikel aus dem kombinierten Abgasstrom, während dieser in die Atmosphäre strömt.
In einigen Fällen kann das Dieselmaschinensystem ein Abgasrückführungssystem (AGR-System) (nicht gezeigt) umfassen. Ein AGR-System umfasst ein AGR-Ventil (nicht gezeigt), welches die Abgasströmung zurück in den Ansaugkrümmer 14 reguliert. Die Abgasmasse, die zurück in den Ansaugkrümmer 14 geführt wird, hilft dabei, die Temperatur der Luft in dem Krümmer 14 zu reduzieren und beeinflusst die Maschinendrehmomentausgabe.
Ein Controller 42 reguliert den Betrieb des Dieselmaschinensystems 10 gemäß der Steuerstrategie zum Dieselverbrennungsmodus-Umschalten der vorliegenden Offenbarung. Insbesondere ermittelt der Controller 42, ob ein Umschalten zwischen einer PCI- und einer herkömmlichen Dieselverbrennung gewünscht ist und steuert die Maschine, um dementsprechend zwischen den Verbrennungsmodi umzuschalten. Der Controller 42 kommuniziert mit einem Ansaugkrümmer-Ladedrucksensor (Boost-Sensor) 44, einen Luftmassensensor (MAF-Sensor) 45, einem Maschinendrehzahlsensor 46 und einem Ansaugkrümmertemperatursensor 47. Der Boost-Sensor 44 erzeugt ein Signal, das den Luftdruck in dem Ansaugkrümmer 14 angibt. Der MAF-Sensor 45 erzeugt ein MAF-Signal auf der Grundlage der Luftströmung in die Maschine 12. Der Maschinendrehzahlsensor 46 erzeugt ein Signal, das die Maschinendrehzahl (RPM) angibt. Der Ansaugkrümmertemperatursensor 47 erzeugt ein Temperatursignal auf der Grundlage der Temperatur der Luft in dem Ansaugkrümmer 14. Ein Abgasdrucksensor 48 erzeugt ein Abgasdrucksignal auf der Grundlage des Drucks des Abgases, das aus dem Turbolader 26 strömt.
Nun auf 3 Bezug nehmend stellt ein Datenflussdiagramm eine Ausführungsform eines Steuersystems 49 zum Dieselverbrennungsmodus-Umschalten dar, das in dem Controller 42 integriert sein kann. Verschiedene Ausführungsformen von Steuersystemen 49 zum Dieselverbrennungsmodus-Umschalten gemäß der vorliegenden Offenbarung können eine beliebige Anzahl von Submodulen umfassen, die in dem Controller 42 integriert sind. Die gezeigten Submodule können kombiniert und/oder weiter unterteilt sein, um den Verbrennungsmodus in ähnlicher Weise zu steuern. Bei verschiedenen Ausführungsformen umfasst der Controller 42 von 3 ein Umschaltermittlungsmodul 50, ein Übergangsmodul 52, ein Luft/AGR-Schätzmodul 54 und ein Luft/Kraftstoff-Steuermodul 56.
Das Umschaltermittlungsmodul 50 empfängt als Eingabe Maschinenbetriebsparameter, wie z.B. die Maschinendrehzahl 58 und eine tatsächliche Kraftstoffmenge 57 (ermittelt durch andere Submodule in dem Controller 42). Das Umschaltermittlungsmodul 50 ermittelt auf der Grundlage der Maschinenbetriebsparameter, ob ein Übergang zwischen dem PCI-Modus und dem Dieselverbrennungsmodus gewünscht ist. Wenn ein Übergang gewünscht ist, gibt das Umschaltermittlungsmodul 50 eine Umschaltanforderung 60 an das Übergangsmodul 52 aus. Das Luft/AGR-Schätzmodul 54 empfängt als Eingabe Maschinenbetriebsparameter, wie z.B. die Maschinendrehzahl 58, die tatsächliche Kraftstoffmenge 57, die Luftmassenströmung 70, den Ladedruck in dem Ansaugkrümmer 72, die Temperatur in dem Ansaugkrümmer 74 und den Abgasdruck 76. Das Luft/AGR-Schätzmodul 54 ermittelt, ob das Luft/AGR-Erfordernis für die PCI- oder die Dieselverbrennung erfüllt ist. Das Luft/AGR-Erfordernisschätzmodul gibt eine Luft/AGR-Bedingung 78 an das Übergangsmodul 52 aus.
Das Übergangsmodul 52 empfängt als Eingabe die Umschaltanforderung 60 und die Luft/AGR-Bedingung 78. Das Übergangsmodul 52 koordiniert auf der Grundlage der Bedingungen der Luft (wenn es zu einer Dieselverbrennung geht) oder der AGR (wenn es zur PCI geht), wann und wie zwischen den Verbrennungsmodi überzugehen ist. Sobald das Übergangsmodul 52 den korrekten Modus ermittelt, zu dem überzugehen ist, wird ein gewünschter Modus 80 an das Luft/Kraftstoff-Steuermodul 56 ausgegeben. Das Luft/Kraftstoff-Steuermodul 56 empfängt als Eingabe den Modus 80 und Maschinenbetriebsparameter, wie z.B. die Maschinendrehzahl 58, die tatsächliche Kraftstoffmenge 57, die Luftmassenströmung 70, die tatsächliche Einspritzzeit 82 und das gewünschte Drehmoment 84. Das Luft/Kraftstoff-Steuermodul 56 ermittelt, wie Übergänge zwischen den Modi und während des Betriebs in dem PCI-Modus und dem Dieselverbrennungsmodus zu steuern sind. Insbesondere steuert das Luft/Kraftstoff-Steuermodul 56 die Soll-Luft 86, die Kraftstoffeinspritzmenge 88 und den gewünschten Zeitpunkt 90. Die Details des Steuersystems 49 zum Dieselverbrennungsmodus-Umschalten werden unten detaillierter beschrieben.
Nun auf 4 Bezug nehmend wird das Umschaltermittlungsmodul 50 von 3 detaillierter diskutiert. Das Umschaltermittlungsmodul 50 ermittelt, ob ein Umschalten zwischen dem PCI-Modus und dem Dieselverbrennungsmodus gewünscht ist. Die Strategie ist gestaltet, um die Ziele des Minimierens des Umschaltens zwischen den zwei Verbrennungsmodi und des Maximierens der PCI-Verbrennungszeit zu optimieren, um einen Vorteil aus den niedrigen Emissionsniveaus der PCI-Verbrennung zu ziehen.
4 stellt fünf Maschinenbetriebspunkt-Übergangsszenarien dar, die mit A-E gekennzeichnet sind. Betriebsbedingungen der Maschine sind in drei Verbrennungsmodi eingeteilt: in den Dieselverbrennungsmodus 100, den PCI-Modus 102 und den Hysteresemodus oder übergehenden Modus 104. Die Umschaltanforderung 60 wird auf der Grundlage der entlang der Y-Achse bei 106 gezeigten Kraftstoffmenge und der entlang der X-Achse bei 108 gezeigten Maschinendrehzahl ermittelt. Bei einer alternativen Ausführungsform wird die Umschaltanforderung 60 auf der Grundlage des Drehmoments und der Maschinendrehzahl ermittelt. Die Strategie zum Ermitteln der Umschaltanforderung 60 beruht auf den Übergangsszenarien wie unten beschrieben.
Szenario A veranschaulicht die Kraftstoff- und Drehzahlerfordernisse für den Fall, wenn der Verbrennungsmodus in dem Hysteresebereich zwischen dem PCI- und dem Dieselverbrennungsmodus bleibt (kein Umschalten findet statt). Szenario B veranschaulicht die Kraftstoff- und Drehzahlerfordernisse für den Fall, wenn der Verbrennungsmodus von dem Dieselverbrennungsmodus 100 in den PCI-Modus 102 umschaltet und für einige Zeit in dem PCI-Modus 102 bleibt. Szenario C veranschaulicht die Kraftstoff- und Drehzahlerfordernisse für den Fall, wenn der Verbrennungsmo dus von dem PCI-Modus 102 in den Dieselverbrennungsmodus 100 umschaltet und für einige Zeit in dem Dieselverbrennungsmodus 100 bleibt.
Szenario D veranschaulicht die Kraftstoff- und Drehzahlerfordernisse für den Fall, wenn der Verbrennungsmodus von dem Dieselverbrennungsmodus 100 in den PCI-Modus 102 umschaltet und dann zurück in den Dieselverbrennungsmodus 100 umschaltet, nachdem er nur für eine kurze Zeitspanne in dem PCI-Modus 102 war. Bei Ermittlung dieses Szenarios wird der Übergang tatsächlich beschränkt, um für eine bestimmte Verzögerungsdauer in dem Dieselverbrennungsmodus 100 zu verweilen (kein tatsächliches Umschalten findet statt). Während dieses Szenarios wird die Umschaltanforderung 60 korrekt gesetzt, um diese Beschränkung wiederzuspiegeln. Dies verhindert ein unnötiges Zurückschalten und Vorschalten in die PCI-Verbrennung für nur kurze Zeitspannen.
Szenario E veranschaulicht die Kraftstoff- und Drehzahlerfordernisse für den Fall, wenn der Verbrennungsmodus von dem PCI-Modus 102 in den Dieselverbrennungsmodus 100 umschaltet und dann zurück in den PCI-Modus 102 umschaltet, nachdem er nur für eine kurze Zeitspanne in dem Dieselverbrennungsmodus 100 war. In diesem Fall muss das Umschalten stattfinden. Dies liegt an der Tatsache, dass die PCI-Verbrennung nur während Niedriglast-Betriebsbedingungen betrieben werden kann.
Nun auf 5 Bezug nehmend wird das Übergangsmodul 52 von 3 detaillierter diskutiert. Da die Betriebsbedingungserfordernisse für die PCI- und die Dieselverbrennung sehr unterschiedlich sind, ist es unpraktisch, von einem Modus in den anderen umzuschalten, unmittelbar nachdem eine Modusumschaltanforderung 60 ausgegeben wurde. Daher koordiniert das Übergangsmodul 52, wenn die Modusumschaltanforderung 60 dem Übergangsmodul 52 vorgebracht wird, das Umschalten des Verbren nungsmodus im richtigen Moment und unter den passenden Bedingungen. Das Übergangsmodul 52 umfasst ein Verbrennungsmodus-Umschalt-Koordinationssubsystem (CMSCS), das diese Funktionalität durchführt.
Wie in dem Zustandsdiagramm von 5 gezeigt ist, wird der Modus, wenn das CMSCS eine Umschaltanforderung 60 empfängt, um zu einem anderen Verbrennungsmodus umzuschalten, erst auf einen übergehenden Modus gesetzt. Der übergehende Modus kann ein Übergangsmodus 110 von Dieselverbrennung zu PCI und/oder ein Übergangsmodus 112 von PCI zu Dieselverbrennung sein. Zum Beispiel schaltet das CMSCS, wenn der Anfangsmodus der Dieselverbrennungsmodus 100 ist, nach dem Empfangen einer Umschaltanforderung 60, um in den PCI-Modus 102 umzuschalten, den Modus auf den Übergangsmodus 110 von Dieselverbrennung zu PCI um. Während es in diesem Modus ist, prüft das CMSCS die von dem Luft/AGR-Schätzmodul 54 von 3 empfangene Luft/AGR-Bedingung. Wenn die Luft/AGR-Bedingung angibt, dass die AGR ausreichend ist, schaltet das CMSCS den Modus in den PCI-Modus 102 um. Andernfalls schaltet das CMSCS, wenn eine Umschaltanforderung, zurück in den Dieselverbrennungsmodus 100 umzuschalten, empfangen wird, bevor die Luft/AGR-Bedingung 78 angibt, dass die AGR bereit ist, den Modus in den Dieselverbrennungsmodus 100 zurück. Diese Strategie garantiert, dass der gewünschte Verbrennungsmodus nur dann angetreten wird, wenn passende Bedingungen, wie z.B. Luft- und AGR-Prozentsätze, erreicht sind.
In ähnlicher Weise schaltet das CMSCS, wenn der Anfangsmodus der PCI-Modus 102 ist, nach dem Empfangen einer Umschaltanforderung 60, um in den Dieselverbrennungsmodus 100 umzuschalten, den Modus in den Übergangsmodus 112 von PCI- zu Dieselverbrennung um. Während es in diesem Modus ist, prüft das CMSCS die von dem Luft/AGR-Schätzmodul 54 von 3 empfangene Luft/AGR-Bedingung. Wenn die Luft/AGR-Bedingung angibt, dass die Luft/AGR ausreichend ist, schaltet das CMSCS den Modus in den Dieselverbrennungsmodus 100 um. Andernfalls schaltet das CMSCS, wenn eine Umschaltanforderung 60 empfangen wird, um zurück in den PCI-Modus 102 umzuschalten, bevor die Luft/AGR-Bedingung 78 angibt, dass die Luft/AGR bereit ist, den Modus zurück in den PCI-Modus 102.
Nun auf 6 Bezug nehmend wird das Luft/AGR-Schätzmodul 54 von 3 detaillierter diskutiert. Dieses Subsystem umfasst ein prädiktives Echtzeit-Schätzsubmodul 120 und ein Sollvergleichssubmodul. Das Schätzsubmodul 120 schätzt einen Prozentsatz von AGR und einen Prozentsatz von Sauerstoff in dem Ansaugkrümmer auf Grundlage verschiedener Messparameter, wie z.B. der Maschinendrehzahl, der Luftmassenströmung, der Kraftstoffmenge, des Ladedrucks, der Ansaugtemperatur und des Abgasdrucks. Das Sollvergleichssubmodul 122 berechnet einen Sollwert und vergleicht den geschätzten AGR- und Sauerstoff-Prozentsatz mit dem Sollwert, um zu ermitteln, ob die Luft/AGR-Erfordernisse für PCI- oder Dieselverbrennung erfüllt sind. Eine Luft/AGR-Bedingung wird auf der Grundlage gesetzt, ob die Erfordernisse erfüllt sind. Die Luft/AGR-Bedingung wird an das Übergangsmodul 52 von 3 ausgegeben, um den passenden Verbrennungsmodus, der für die Maschine anzuweisen ist, zu ermitteln.
Nun auf 7 Bezug nehmend wird das Luft/Kraftstoff-Steuermodul 56 von 3 detaillierter diskutiert. Dieses Subsystem steuert die Luft und den Kraftstoff zu dem Zylinder, um gleichmäßige Übergänge während des Verbrennungsmodus-Umschaltens zu erzielen. Das Luft/Kraftstoff-Steuermodul 56 ermittelt Sollwerte für die Luftmassenströmung, die Kraftstoffeinspritzmenge und den Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung auf der Grundlage des durch das Übergangsmodul 52 von 3 ermittelten Modus. Während des PCI-Modus und des Dieselverbrennungsmodus werden die Luftmassenströmung, die Kraftstoffeinspritzmenge und der Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung auf der Grundlage der Maschinendrehzahl und der Kraftstoffmenge (oder des Drehmoments) ermittelt. Bei einer beispielhaften Ausführungsform werden für jeden Modus separate Nachschlagetabellen für Luftmassenströmung, Kraftstoffeinspritzmenge, und Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung angewendet. Die Nachschlagetabellen können als zweidimensionale Tabellen mit der Maschinendrehzahl und der Kraftstoffmenge (oder dem Drehmoment) als Indizes ausgeführt sein.
Während der Übergangsmodi werden die Soll-Luftmassenströmung und der gewünschte Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung auf der Grundlage der Maschinendrehzahl und der Kraftstoffmenge (oder des Drehmoments) ermittelt. Bei einer beispielhaften Ausführungsform werden für jeden Übergangsmodus separate Nachschlagetabellen für Luftmassenströmung und Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung angewendet. Die Nachschlagetabellen können als zweidimensionale Tabellen mit der Maschinendrehzahl und der Kraftstoffmenge (oder dem Drehmoment) als Indizes ausgeführt sein. Das in 7 gezeigte Drehmomentsteuerungssubsystem wird jedoch eingesetzt, um die Kraftstoffeinspritzmenge während der Übergangsmodi derart anzupassen, dass das gewünschte Drehmoment aufrechterhalten wird und ein gleichmäßiger Übergang zwischen Verbrennungsmodi erzielt wird.
In 7 ermittelt ein Drehmomentschätzsubmodul 124 ein geschätztes Drehmoment auf der Grundlage des Verbrennungsmodus, der Kraftstoffmenge, der Luftmassenströmung, der Einspritzzeit und der Maschinendrehzahl. Das geschätzte Drehmoment wird bei 126 von einem ermittelten gewünschten Drehmoment subtrahiert. Ein "inverses Drehmoment"- Submodul 128 ermittelt einen Kraftstoffanpassungswert auf der Grundlage der Differenz des Drehmoments und anderer Maschinenbetriebsparameter, wie z.B. der Maschinendrehzahl, des geschätzten Drehmoments und des Verbrennungsmodus. Der Kraftstoffanpassungswert wird dann bei 130 zu der tatsächlichen Kraftstoffmenge addiert und als eine gewünschte Kraftstoffmenge ausgegeben. Die gewünschte Kraftstoffmenge wird dann verwendet, um den Kraftstoff zu dem Zylinder zu steuern.
Fachleute können nun aus der vorangegangenen Beschreibung einsehen, dass die breiten Lehren der vorliegenden Offenbarung in verschiedenen Formen ausgeführt sein können. Daher sollte, obgleich diese Offenbarung in Verbindung mit bestimmten Beispielen davon beschrieben wurde, der wahre Umfang der Offenbarung nicht darauf beschränkt werden, da andere Modifikationen dem Fachmann bei einem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der folgenden Ansprüche ersichtlich werden.

Claims

Steuersystem zum Verbrennungsmodus-Umschalten für Dieselmaschinen, das umfasst: ein Umschaltermittlungsmodul, das eine Umschaltanforderung auslöst, um auf der Grundlage der Maschinendrehzahl sowie der Kraftstoffmenge und/oder des Drehmoments zwischen einem Modus mit vorgemischter Kompressionszündung (PCI-Modus) und/oder einem Dieselverbrennungsmodus umzuschalten; ein Übergangsmodul, das den PCI-Modus und/oder den Dieselverbrennungsmodus auf der Grundlage der Umschaltanforderung anweist; und ein Steuermodul, das auf der Grundlage der Anweisung die Soll-Luftströmung, die gewünschte Kraftstoffmenge und/oder den gewünschten Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung steuert.
System nach Anspruch 1, das ferner ein Luftschätzmodul umfasst, welches einen aktuellen Zustand der Luft, welche in die Maschine strömt, ermittelt, und wobei das Übergangsmodul auf der Grundlage des Zustands den PCI-Modus und/oder den Dieselverbrennungsmodus anweist.
System nach Anspruch 2, wobei das Luftschätzmodul den aktuellen Zustand der Luftströmung auf der Grundlage dessen ermittelt, ob ein Prozentsatz der aus der Abgasrückführung (AGR) strömenden Luft ausreichend ist, um zu ermöglichen, dass ein Umschalten stattfindet.
System nach Anspruch 2, wobei das Luftschätzmodul den aktuellen Zustand der Luftströmung auf der Grundlage der Kraftstoffmenge, des Drehmoments, der Maschinendrehzahl, der Luftmassenströmung, des Ladedrucks in dem Ansaugkrümmer, der Temperatur in dem Ansaugkrümmer und/oder des Abgasdrucks ermittelt.
System nach Anspruch 2, wobei das Übergangsmodul nach dem Empfangen der Umschaltanforderung und bis der Zustand angibt, dass die Luftströmung ausreichend ist, um der Umschaltanforderung nachzukommen, und/oder eine nachfolgende Umschaltanforderung empfangen wird, die angibt, in einen vorherigen Modus zurückzuschalten, einen Übergangsmodus von Dieselverbrennung zu PCI und/oder einen Übergangsmodus von PCI zu Dieselverbrennung anweist.
System nach Anspruch 1, wobei das Steuermodul die Soll-Luftströmung, die gewünschte Kraftstoffeinspritzmenge und den gewünschten Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung auf der Grundlage des Modus, der Maschinendrehzahl sowie der tatsächlichen Kraftstoffeinspritzmenge und/oder des Drehmoments steuert.
System nach Anspruch 6, wobei das Steuermodul die Soll-Luftströmung, die gewünschte Kraftstoffeinspritzmenge und den gewünschten Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung während des PCI-Modus und des Dieselverbrennungsmodus auf der Grundlage von separaten Nachschlagetabellen für Zielluftströmung, gewünschte Kraftstoffeinspritzmenge und gewünschten Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung jeweils für den PCI-Modus und den Dieselverbrennungsmodus steuert, und wobei die Nachschlagetabellen durch die Maschinendrehzahl sowie die tatsächliche Kraftstoffeinspritzmenge und/oder das Drehmoment indiziert sind.
System nach Anspruch 5, wobei das Steuermodul die Soll-Luftströmung und den Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung während des Übergangsmodus von Dieselverbrennung zu PCI und des Übergangsmodus von PCI zu Dieselverbrennung auf der Grundlage von separaten Nachschlagetabellen für Soll-Luftströmung und Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung jeweils für den Übergangsmodus von Dieselverbrennung zu PCI und den Übergangsmodus von PCI zu Dieselverbrennung steuert und wobei die Nachschlagetabellen durch die Maschinendrehzahl sowie die tatsächliche Kraftstoffeinspritzmenge und/oder das Drehmoment indiziert sind.
System nach Anspruch 5, wobei das Steuermodul die gewünschte Kraftstoffmenge während des Übergangsmodus von Dieselverbrennung zu PCI und während des Übergangsmodus von PCI zu Dieselverbrennung auf der Grundlage des gewünschten Drehmoments, der tatsächlichen Kraftstoffmenge, der Maschinendrehzahl, der Luftmassenströmung und des Zeitpunkts der Einspritzung steuert.
System nach Anspruch 5, wobei das Steuermodul die Zielluftströmung, die gewünschte Kraftstoffeinspritzmenge und den gewünschten Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung während des Übergangsmodus von Dieselverbrennung zu PCI und des Übergangsmodus von PCI zu Dieselverbrennung auf der Grundlage einer separaten Nachschlagetabelle für Soll-Luftströmung, gewünschte Kraftstoffeinspritzmenge und/oder gewünschten Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung jeweils für den Übergangsmodus von Dieselverbrennung zu PCI und den Übergangsmodus von PCI zu Dieselverbrennung steuert und wobei die Nachschlagetabellen durch die Maschinendrehzahl sowie die tatsächliche Kraftstoffeinspritzmenge und/oder das Drehmoment indiziert sind.
System nach Anspruch 5, wobei das Steuermodul die Soll-Luftströmung, die gewünschte Kraftstoffeinspritzmenge und den gewünschten Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung während des Obergangsmodus von Dieselverbrennung zu PCI und des Übergangsmodus von PCI zu Dieselverbrennung auf der Grundlage des gewünschten Drehmoments, der tatsächlichen Kraftstoffmenge, der Maschinendrehzahl, der Luftmassenströmung und des Zeitpunkts der Einspritzung steuert.
Verfahren zum Umschalten zwischen einem Modus mit vorgemischter Kompression (PCI-Modus) und einem Dieselverbrennungsmodus für Dieselmaschinen, wobei das Verfahren umfasst, dass: eine Umschaltanforderung ausgelöst wird, um auf der Grundlage der Maschinendrehzahl sowie der Kraftstoffmenge und/oder des Drehmoments zwischen einem Modus mit vorgemischter Kompression (PCI-Modus) und/oder einem Dieselverbrennungsmodus umzuschalten; der PCI-Modus und/oder der Dieselverbrennungsmodus auf der Grundlage der Umschaltanforderung angewiesen wird; und die Soll-Luftströmung, die gewünschte Kraftstoffmenge und/oder der gewünschte Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung auf der Grundlage des angewiesenen Modus gesteuert werden.
Verfahren nach Anspruch 12, das ferner umfasst, dass ein Luftströmungszustand auf der Grundlage von Luftströmungsbetriebsbedingungen der Maschine ermittelt wird und wobei das Anweisen des PCI-Modus und/oder des Dieselverbrennungsmodus auf dem Luftströmungszustand beruht.
Verfahren nach Anspruch 13, das ferner umfasst, dass nach dem Auslösen der Umschaltanforderung ein Übergangsmodus von Dieselverbrennung zu PCI und/oder ein Übergangsmodus von PCI zu Dieselverbrennung angewiesen wird.
Verfahren nach Anspruch 12, das umfasst, dass: die Soll-Luftströmung auf der Grundlage des Modus, der Maschinendrehzahl sowie der tatsächlichen Kraftstoffmenge und/oder des Drehmoments ermittelt wird; und der Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung auf der Grundlage des Modus, der Maschinendrehzahl sowie der tatsächlichen Kraftstoffmenge und/oder des Drehmoments ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, das ferner umfasst, dass die gewünschte Kraftstoffmenge auf der Grundlage des gewünschten Drehmoments, der Maschinendrehzahl, der Luftmassenströmung, des Zeitpunkts der Einspritzung sowie der tatsächlichen Kraftstoffmenge und/oder des Drehmoments ermittelt wird, wenn der Modus in den Übergangsmodus von Dieselverbrennung zu PCI und in den Übergangsmodus von PCI zu Dieselverbrennung angewiesen wird.
Verfahren nach Anspruch 14, das ferner umfasst, dass die gewünschte Kraftstoffmenge während des Übergangsmodus von Dieselverbrennung zu PCI und des Übergangsmodus von PCI zu Dieselverbrennung ermittelt wird, wobei das Ermitteln umfasst, dass: ein Drehmomentwert auf der Grundlage des aktuellen Verbrennungsmodus, der tatsächlichen Kraftstoffmenge, der Luft massenströmung, des Zeitpunkts der Einspritzung und der Maschinendrehzahl geschätzt wird; eine Differenz zwischen dem geschätzten Drehmoment und einem gewünschten Drehmoment ermittelt wird; ein Kraftstoffanpassungswert auf der Grundlage der Differenz und den Maschinenbetriebsparametern ermittelt wird; und der Kraftstoffanpassungswert zu der tatsächlichen Kraftstoffmenge addiert wird, um die gewünschte Kraftstoffmenge zu erzielen.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Ermitteln des Luftströmungszustands ferner auf der Maschinendrehzahl, der Kraftstoffmenge, dem Drehmoment, der Luftmassenströmung, dem Ladedruck in einem Ansaugkrümmer der Maschine, der Temperatur in dem Ansaugkrümmer und/oder dem Abgasdruck beruht.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Ermitteln des Luftströmungszustands umfasst, dass: ein Prozentsatz der Abgasrückführung (AGR), der in einen Ansaugkrümmer der Dieselmaschine strömt, geschätzt wird; ein Prozentsatz von Sauerstoff in dem Ansaugkrümmer geschätzt wird; ein Soll-Abgasrückführungsniveau für den Ansaugkrümmer berechnet wird; ein Soll-Sauerstoffniveau für den Ansaugkrümmer berechnet wird; und der Luftströmungszustand auf der Grundlage eines Vergleichs des geschätzten Prozentsatzes von AGR und der Soll-AGR sowie eines Vergleichs des geschätzten Prozentsatzes von Sauerstoff und dem Soll-Sauerstoff gesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, das umfasst, dass: die Soll-Luftströmung auf der Grundlage des Modus, der Maschinendrehzahl sowie der tatsächlichen Kraftstoffmenge und/oder des Drehmoments ermittelt wird; und die gewünschte Kraftstoffmenge auf der Grundlage des Modus, der Maschinendrehzahl sowie der tatsächlichen Kraftstoffmenge und/oder des Drehmoments ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, das umfasst, dass: die gewünschte Kraftstoffmenge auf der Grundlage des Modus, der Maschinendrehzahl sowie der tatsächlichen Kraftstoffmenge und/oder des Drehmoments ermittelt wird; und der gewünschte Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung auf der Grundlage des Modus, der Maschinendrehzahl sowie der tatsächlichen Kraftstoffmenge und/oder des Drehmoments ermittelt wird.