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Hintergrund und Kurzdarlegung
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Ein
Verbrennungsmotor für
ein Fahrzeug kann in verschiedenen Verbrennungsbetriebsarten arbeiten.
Ein Beispiel ist Fremdzündung
(SI, kurz vom engl. Spark Ignition), bei der eine von einer Zündvorrichtung
vorgenommene Zündung
zum Einleiten von Verbrennung eines Kraftstoff- und Luftgemisches
verwendet wird. Eine andere beispielhafte Betriebsart ist die homogene
Kompressionszündung (HCCI,
kurz vom engl. Homogeneous Charge Compression Ignition), bei der
ein Kraftstoff- und Luftgemisch eine Temperatur erreicht, bei der
Selbstzündung
erfolgt, ohne dass eine Zündung
von einer Zündvorrichtung
erforderlich ist. Bei manchen Bedingungen kann HCCI verglichen mit
SI eine größere Kraftstoffwirtschaftlichkeit
und verringerte NOx-Erzeugung aufweisen. Bei manchen Bedingungen aber,
beispielsweise bei hohen oder niedrigen Motorlasten, kann es schwierig
sein, zuverlässige
HCCI-Verbrennung zu erreichen. Somit kann der Motor abhängig von
Betriebsbedingungen entweder SI- und/oder HCCI-Verbrennung nutzen.
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Ein
anderes Problem bezüglich
HCCI-Verbrennung ist die Möglichkeit
von vermehrtem NVH (Geräuschbildung,
Vibration und Rauheit, kurz vom engl. Noise, Vibration and Harshness)
aufgrund einer schnelleren Energiefreisetzungsrate aus der schnelleren
Verbrennung, wodurch eine gesteigerte Druckanstiegsrate und ein
höherer
Spitzendruck erzeugt werden. Die höhere HCCI-Druckanstiegsrate kann
die normalen unausgeglichenen sekundäre Kräfte (OoBSF, kurz vom engl.
Out of Balance Secondary Forces) des Motors dämpfen. OoBSF entstehen, wenn
der lineare Hub des Hubkolbens und der Pleuelstangen in Kurbelwellendrehbewegung überführt wird.
Dadurch kann der Kolben keiner einfachen harmonischen Bewegung folgen.
Vielmehr bewegt sich beginnend am oberen Totpunkt (TDC, kurz vom
engl. Top Dead Center) der Kolbenstellung der Kolben während der
ersten 90 Grad Kurbelwinkel (CAD, kurz vom englischen Crank Angle
Degrees) über
den halben zulässigen
Bohrungshub. Dann bewegt sich der Kolben während der nächsten beiden Sätze von
90 CAD um eine verringerte Strecke. Schließlich legt der Kolben während der
letzten 90 CAD (270 bis 360 Grad) den halben verbleibenden Hub zurück, wobei
er abermals den Zyklus beendet. Daher kann die Kolbengeschwindigkeit
während
einer vollständigen
Umdrehung beginnend bei TDC als schnell – langsam – langsam – schnell bezeichnet werden.
Wenn sich die Kolbengeschwindigkeit ändert, können die OoBSF das Fahrgefühl, NVH
und beschleunigten Komponentenverschleiß im Motor beeinflussen. Somit
kann die während
der natürlichen
Kolbengeschwindigkeitsänderung
eintretende höhere
HCCI-Druckanstiegsrate
die OoBSF-Wirkungen verstärken.
Weiterhin kann eine Änderung
des NVH vorliegen, die während
eines Betriebsartwechsel in oder aus der HCCI-Betriebsart beobachtet wird.
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Während Ausgleichswellen
zum Lösen
der NVH-Probleme der HCCI-Verbrennung verwendet werden können, kann
die Verwendung von Ausgleichswellen während der SI-Betriebsart die
Kraftstoffwirtschaftlichkeit beeinträchtigen und Schwankungen des
Zylinderdrehmoments verstärken.
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Ein
Ansatz zum Lösen
des vorstehenden Nachteils kann ein Verfahren zum Betreiben eines Motors
mit einer verstellbaren Ausgleichswelle umfassen, was das Verstellen
des Betriebs der Ausgleichswelle während Motorbetriebs als Reaktion
auf eine Verbrennungsbetriebsart des Motors umfasst. Zum Beispiel
kann ein Verstellen der Ausgleichswelle bei Wechseln verwendet werden,
um die NVH-Differenz zwischen Betriebsarten zu verbessern und somit
die Fahrerwahrnehmung des Wechsels abzuschwächen. Als weiteres Beispiel
kann das Verstellen der Ausgleichswelle in unterschiedlicher Weise für verschiedene
Verbrennungsbetriebsarten zum Verbessern von NVH in beiden Betriebsarten
verwendet werden, indem die unterschiedlichen Verbrennungseigenschaften
und ihre Wirkung auf OoBSF berücksichtigt
werden, während
auch Probleme bezüglich
Kraftstoffwirtschaftlichkeit angegangen werden. Z. B. kann der Ausgleichswellenbetrieb
unter Bedingungen, bei denen die NVH-Wirkungen nicht gegeben sind,
beispielsweise während
der SI-Betriebsart, deaktiviert werden, wodurch die Kraftstoffwirtschaftlichkeit
durch Mindern von Reibungsverlusten der Ausgleichswellen verbessert
wird.
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Die
vorliegenden Erfinder haben die obigen Sachverhalte und Ansätze erkannt.
Hierin werden noch weitere Sachverhalte, Beispiele und Vorteile beschrieben.
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Eingehende Beschreibung der
Zeichnungen
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1 ist
ein schematisches Diagramm eines Zylinders und zugehöriger Systeme
eines beispielhaften Motors;
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2 ist
eine Kurve, die einen Vergleich eines Bereichs einer HCCI-Verbrennungsbetriebsart und
eines Bereichs einer SI-Verbrennungsbetriebsart zeigt.
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3 ist
ein schematisches Diagramm eines Motor- und Steuerkettensystems;
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4–6 sind
Flussdiagramme, die beispielhafte Routinen zum Steuern eines Motorsystems,
beispielsweise des Motors von 1 und/oder 3 zeigen.
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Eingehende Beschreibung
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Wie
hierin in weiterem Detail beschrieben wird, kann ein Verbrennungsmotor
mit mehreren Betriebsarten verwendet werden, bei dem verstellbare Ausgleichswellen
zum Vorsehen unterschiedlichen Betriebs abhängig von der Verbrennungsbetriebsart und/oder
den Wechseln zwischen Verbrennungsbetriebsarten verwendet werden.
In dem Motor können verschiedene
unterschiedliche Verbrennungsbetriebsarten verwendet werden, darunter
homogene Kompressionszündung
und Fremdzündung.
Diese sind jedoch einfach zwei beispielhafte Verbrennungsbetriebsarten,
und es können
verschiedene andere eingesetzt werden, beispielsweise Zylinderabschaltung
(z. B. keine Verbrennung), geschichtete Verbrennung, magere Verbrennung,
fette Verbrennung usw.
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1 zeigt
einen beispielhaften Motor 24. Motor 24 wird in 1 als
Direkteinspritz-Benzinmotor
mit einer Zündkerze
gezeigt; Motor 24 kann aber ein Dieselmotor ohne eine Zündkerze
oder eine andere Art von Motor sein. Der Verbrennungsmotor 24 kann
mehrere Zylinder umfassen, wovon ein Zylinder in 1 gezeigt
wird, der durch ein elektronisches Steuergerät 48 gesteuert wird.
Der Motor 24 umfasst einen Brennraum 29 und Zylinderwände 31 mit
einem darin angeordneten und mit einer Kurbelwelle 39 verbundenen
Kolben 35. Der Brennraum 29 wird mit einem Ansaugkrümmer 43 und
dem Abgaskrümmer 47 mittels
eines Einlassventils 52 bzw. Auslassventils 54 in
Verbindung stehend gezeigt. Während nur
ein Einlass- und ein Auslassventil gezeigt werden, kann der Motor
mit mehreren Einlass- und/oder Auslassventilen ausgelegt sein. Zudem
wird der Ansaugkrümmer 43 mit
einer elektronischen Drossel 125 in Verbindung stehend
gezeigt.
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Der
Motor 24 wird weiterhin mit einer Abgasrückführungsanlage
(AGR) ausgelegt gezeigt, die zum Befördern von Abgas von dem Ansaugkrümmer 47 mittels
eines AGR-Kanals 130 zu dem Ansaugkrümmer 43 ausgelegt
ist. Die von der AGR-Anlage zugeführte Abgasmenge kann von einem
AGR-Ventil 134 gesteuert werden Ferner kann das Abgas in
dem AGR-Kanal 130 durch einen AGR-Sensor 132 überwacht
werden, der zum Messen von Temperatur, Druck, Gaskonzentration etc.
ausgelegt sein kann. Unter manchen Bedingungen kann die AGR-Anlage zum
Regeln der Temperatur des Luft- und Kraftstoffgemisches in dem Brennraum
genutzt werden, was ein Verfahren zum Steuern der Steuerzeiten von Selbstzündung für die HCCI-Verbrennung an die Hand
gibt.
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Bei
manchen Ausführungsformen,
kann wie in 1 gezeigt ein variabler Ventilbetrieb
durch ein System veränderlicher
Nockensteuerzeiten (VCT, vom engl. Variable Cam Timing), ein System
veränderlichen
Ventilhubs (VVL, vom engl. Variable Valve Lift), ein System für Nockenprofilumschalten
(CPS, vom engl. Cam Profile Switching), ein System elektrischer
Ventilbetätigung
(EVA, vom engt. Electric Valve Timing) und/oder Kombinationen derselben
vorgesehen werden. Ferner können
verschiedene Arten von veränderlicher
Ventilzeitsteuerung verwendet werden, beispielsweise hydraulische
schaufelartige Aktoren. 1 zeigt ein Beispiel mit einem
Einlassnocken 60, der ein Einlassventil 52 betätigt, und
einem Auslassnocken 62, der ein Auslassventil 54 betätigt. Der
Ventilbetrieb kann auch zum Regeln von in dem Brennraum zurückgehaltenen
Rückständen verwendet werden,
wodurch ein Verfahren zum Steuern der Steuerzeiten der Selbstzündung für HCCI-Verbrennung
vorgesehen wird.
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Der
Motor 24 wird auch mit einem damit gekoppelten Einspritzventil 65 zum
Zuführen
von flüssigem
Kraftstoff proportional zur Pulsbreite des Signals FPW von dem Steuergerät 48 direkt
zum Brennraum 29 gezeigt. Wie gezeigt kann der Motor so
ausgelegt sein, dass der Kraftstoff direkt in den Motorzylinder eingespritzt
wird, was als Direkteinspritzung bezeichnet werden kann. Eine verteilerlose
Zündanlage 88 liefert
dem Brennraum 29 mittels der Zündkerze 92 als Reaktion
auf das Steuergerät 48 einen
Zündfunken.
Eine universelle Lambdasonde (UEGO) 76 wird stromaufwärts eines
Katalysators 70 angeschlossen gezeigt. Die Lambdasonde 76 wird
mit dem Abgaskrümmer 48 stromaufwärts des
Katalysators 70 verbunden gezeigt. Die Lambdasonde 76 kann
alternativ eine Lambdasonde (EGO) sein, beispielsweise eine beheizte
Lambdasonde (HEGO). Das Signal von der Sonde 76 kann während der
Regelung von Luft/Kraftstoff vorteilhaft genutzt werden, um das mittlere
Kraftstoff/Luft-Verhältnis
während
der stöchiometrischen
Betriebsart bei Stöchiometrie
zu halten.
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In 1 wird
das Steuergerät 48 als
Mikrocomputer gezeigt, welcher umfasst: einen Mikroprozessor 102,
Input/Output-Ports 104 und einen Festwertspeicher 106,
einen Arbeitsspeicher 108, einen batteriestromgestützten Speicher 110 und
einen herkömmlichen
Datenbus. Das Steuergerät 48 wird
gezeigt, wie es von den mit dem Motor 24 verbundenen Sensoren
neben den bereits erläuterten
Signalen verschiedene Signale empfängt, darunter: Motorkühlmitteltemperatur
(ECT) von einem mit einem Kühlmantel 114 verbundenen
Temperaturfühler 112; einen
mit einem Gaspedal verbundenen Pedalstellungssensor 119;
eine Messung von Motorkrümmerdruck
(MAP) von einem mit dem Ansaugkrümmer 43 verbundenen
Drucksensor 122; eine Messung (ACT) der Motoransauglufttemperatur
oder Krümmertemperatur
von einem Temperatursensor 117; und eine Motorposition
von einem Hallgeber 118, der die Position der Kurbelwelle 39 erfasst.
In manchen Ausführungsformen
kann der geforderte Radabtrieb durch Pedalstellung, Fahrzeuggeschwindigkeit
und/oder Motorbetriebsbedingungen etc. ermittelt werden. Das Steuergerät 48 empfängt ferner
eine Eingabe von einem durch den Fahrer wählbaren Schalter 84,
der vom Fahrzeugbediener in mehrere Stellungen gebracht werden kann
und eine Fahrerpräferenz
bezüglich
der Fahrzeugleistung anzeigt, beispielsweise Leistungskompromisse.
Der Bediener kann zum Beispiel verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit
wählen, während er
zum Beispiel vermehrtes NVH toleriert. Weiterhin kann der Fahrer
eine Fahrzeugleistungsbetriebsart (z. B. Drehmoment, Beschleunigung)
statt einer Kraftstoffwirtschaftlichkeitsbetriebsart wählen. Der
Schalter kann verschiedene Bezeichnungen aufweisen, die zum Anzeigen
verschiedener Wahlmöglichkeiten
angeordnet sind.
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1 zeigt
den Motor 24, der mit einer Nachbehandlungsanlage ausgelegt
ist, die einen stromaufwärts
befindlichen Katalysator 70 und einen stromabwärts befindlichen
Katalysator 72 umfasst. Die Katalysatoren können von
unterschiedlicher Art sein, beispielsweise ein Dreiwegekatalysator,
eine Vorrichtung zur harnstoffbasierten selektiven Katalysatorreduktion
(mit zugehöriger
Harnstoffeinspritzanlage), ein NOx-Filter, ein Oxidationskatalysator etc.
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1 zeigt
ferner eine beispielhafte Ausgleichswelle 80, die mittels
einer Strichlinie schematisch mit der Kurbelwelle 39 verbunden
dargestellt wird. Abhängig
von der Auslegung des Motors, der Anzahl an Zylindern etc. können Ausgleichswellen
in unterschiedlicher Anzahl und Ausführung verwendet werden. In
diesem Beispiel ist die Ausgleichswelle 870 mittels eines
Signals 82 von dem Steuergerät 48 verstellbar.
Die Ausgleichswelle kann zum Verringern von durch Motorzünden erzeugter
Vibration verwendet werden. Wie hierin eingehender beschrieben wird,
kann die Ausgleichswelle mittels des Signals 82 abhängig von
der Motorverbrennungsbetriebsart und basierend auf einem Wechsel
der Verbrennungsbetriebsart verstellt werden. Ein solcher Betrieb
kann zum Vorsehen einer größeren Minderung
von Vibration über
einem ausgeweiteten Motorbetriebsbereich und zum Berücksichtigen
der unterschiedlichen Vibrationseigenschaften der verschiedenen
Motorverbrennungsbetriebsarten verwendet werden. In einem Beispiel
kann die Ausgleichswelle 80 einen sekundären harmonischen
Ausgleichsbalken (die auch als Lanchester-Ausgleichsbalken bezeichnet
werden können)
umfassen. Weiterhin können
mehrere Ausgleichswellen verwendet werden.
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Wie
nachstehend eingehender beschrieben wird, kann die Verbrennung im
Motor 24 abhängig von
verschiedenen Bedingungen von unterschiedlicher Art sein. In einem
Beispiel kann Fremdzündung (SI)
verwendet werden, bei der der Motor eine Zündvorrichtung zum Vornehmen
einer Zündung,
so dass ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff verbrennt, nutzt. In
einem anderen Beispiel kann homogene Kompressionszündung (HCCI)
verwendet werden, bei der ein mi Wesentlichen homogenes Luft/Kraftstoff-Gemisch eine
Selbstzündungstemperatur
in dem Brennraum erreicht und verbrennt, ohne dass eine Zündung von einer
Zündvorrichtung
erforderlich ist. Es sind aber andere Arten von Verbrennung möglich. Zum
Beispiel kann der Motor in einer zündunterstützten Betriebsart arbeiten,
bei der ein Zündfunke
zum Auslösen
von Selbstzündung
eines Luft- und Kraftstoffgemisches verwendet wird. In einem noch
anderen Beispiel kann der Motor in einer Kompressionszündungsbetriebsart
arbeiten, die nicht unbedingt homogen ist. Es versteht sich, dass
die hierin offenbarten Beispiele nicht beschränkende Beispiele der vielen möglichen
Verbrennungsbetriebsarten sind.
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Während der
SI-Betriebsart kann die Temperatur der in den Brennraum eindringenden
Ansaugluft nahe der Umgebungstemperatur liegen und ist daher erheblich
niedriger als die für
Selbstzündung
des Luft- und Kraftstoffgemisches erforderliche Temperatur. Da ein
Zündfunke
zum Auslösen
von Verbrennung in der SI-Betriebsart erforderlich ist, kann die Steuerung
der Ansauglufttemperatur verglichen mit einer HCCI-Betriebsart viel
flexibler sein. Somit kann die SI-Betriebsart über einem bereiten Bereich
von Betriebsbedingungen (beispielsweise höheren und niedrigeren Motorlasten)
verwendet werden, die SI-Betriebsart kann aber verglichen mit HCCI-Verbrennung
unter manchen Bedingungen unterschiedliche Werte an Emissionen und
Kraftstoffwirkungsgrad erzeugen.
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Während des
Betriebs der HCCI-Betriebsart kann das Kraftstoff/Luft-Gemisch durch
Luft und/oder Rückstände (z.
B. überstöchiometrisch)
stark verdünnt
werden, was zu einer niedrigeren Verbrennungsgastemperatur führt. Somit
können
unter manchen Bedingungen Motoremissionen erheblich niedriger als
bei SI-Verbrennung sein. Weiterhin kann der Kraftstoffwirkungsgrad
bei Selbstzündung
eines mageren (oder verdünnten)
Kraftstoff/Luft-Gemisches durch Verringern des Motorpumpverlusts,
Anheben des gasspezifischen Wärmeverhältnisses
und durch Nutzen eines höheren
Kompressionsverhältnisses verbessert
sein. Während
der HCCI-Verbrennung kann die Selbstzündung des Brennraumgases so
gesteuert werden, dass sie bei einem vorgegebenen Zeitpunkt erfolgt,
so dass ein Sollmotordrehmoment erzeugt wird. Da die Temperatur
der in den Brennraum eindringenden Ansaugluft zum Erreichen der erwünschten
Selbstzündungssteuerzeiten
relevant sein kann, kann das Betreiben in der HCCI-Betriebsart bei
hohen und/oder niedrigen Motorlasten schwierig sein.
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Das
Steuergerät 48 kann
dafür ausgelegt sein,
den Motor basierend auf Betriebsbedingungen des Motors und/oder
anderer zugehöriger
Systeme zwischen einer Fremdzündungsbetriebsart
(SI) und einer homogenen Kompressionszündungsbetriebsart (HCCI) wechseln
zu lasse. Ein Beispiel für
ein Kennfeld, das HCCI- und SI-Betriebsarten zeitlich festlegt,
wird bezüglich 2 eingehender
beschrieben.
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2 zeigt
eine Kurve, die die Bereiche der SI- und HCCI-Verbrennungsbetriebsarten
mit weit offener Drossel (WOT, kurz vom engl. Wide Open Throttle)
für einen
beispielhaften Motor zeigt. Die Kurve von 2 zeigt
die Motordrehzahl als Umdrehungen pro Minute (RPM), die auf der
horizontalen Achse aufgetragen sind, und Motorlast, die auf der vertikalen
Achse aufgetragen ist. Der Betriebsbereich des in 2 beschriebenen
Motors wird unter der WOT-Kurve enthalten gezeigt. Der HCCI-Bereich wird
in dem Motorbetriebsbereich mittig angeordnet gezeigt, und der SI-Bereich
wird die Bereiche höherer
Last und die Bereiche niedrigerer Last, die den HCCI-Bereich umgeben,
einnehmend gezeigt. Weiterhin wird der HCCI-Bereich von einem oberen
Leistungsgrenzwert und einem unteren Leistungsgrenzwert begrenzt
gezeigt. Es versteht sich, dass 2 nur ein
Beispiel des HCCI-Betriebsbereichs zeigt, da andere Auslegungen
möglich
sind. Bei fortschreitender Entwicklung der HCCI-Technologie kann
sich der HCCI-Betriebsbereich ändern,
wenn die Steuerung des HCCI-Prozesses weiter verbessert wird. Ferner versteht
sich, dass der HCCI-Betriebsbereich abhängig von Motorkonfiguration
und/oder Motorbetriebsbedingungen erheblich abweichen kann. Während in 2 nur
zwei Verbrennungsbetriebsarten gezeigt sind, kann der Motor mit
mehr als zwei Verbrennungsbetriebsarten arbeiten.
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Die
durch 2 beschriebenen Betriebsbereiche zeigen, wie ein
Motor ausgelegt sein kann, um in einer SI-Betriebsart zu arbeiten,
wenn die Motorlast höher
oder niedriger als der HCCI-Bereich ist. Wie in 2 gezeigt
wird, kann der Motor in einer HCCI-Betriebsart arbeiten, wenn die Motorleistung größer als
der untere HCCI-Grenzwert und/oder kleiner als der obere4 HCCI-Grenzwert
ist. Die Motorlast kann zum Beispiel so sinken, dass sich der Motor dem
unteren Grenzwert des HCCI-Bereichs nähert. Wird die Motorlast weiter
gesenkt, kann der Motor von der HCCI-Betriebsart zur SI-Betriebsart wechseln,
wenn die Motorlast kleiner als der untere HCCI-Grenzwert wird, so
dass eine zuverlässige
Verbrennung erreicht werden kann.
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Analog
kann der Motor von der SI-Betriebsart zur HCCI-Betriebsart wechseln,
wenn die Motorlast wieder über
den unteren HCCI-Grenzwert steigt.
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Während Wechseln
zwischen Verbrennungsbetriebsarten können die Motorbetriebsbedingungen
so angepasst werden, dass die Verbrennung in der erwünschten
Betriebsart mit den erwünschten Eigenschaften
erreicht wird.
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3 zeigt
ein beispielhaftes schematisches Diagramm eines Motor- und Steuerkettensystems 200 für den Motor 24.
Im Einzelnen wird eine Steuerkette 210 gezeigt, die den
Einlassnocken 60, den Auslassnocken 62, Losräder 212 und 214,
Ausgleichswellen 80 und 82 sowie Kurbelwelle 39 verbindet.
Weiterhin zeigt 2 einen Spanner 220.
Während
dieses Beispiel eine Steuerkette 210 zeigt, kann ein Steuerriemen
als Kopplungsvorrichtung zwischen der Kurbelwelle und Ausgleichswellen
verwendet werden.
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Zu
beachten ist, dass das schematische Diagramm von 3 nicht
maßstabgetreu
ist und somit die relativen Drehzahlen der verschiedenen Wellen und
Nocken in 3 nicht dargestellt werden.
Vielmehr können
in einem Beispiel, in dem eine Ausgleichswelle an beiden Seiten
der Kurbelwelle angeordnet ist, die Ausgleichswellen so ausgelegt
sein, dass sie bei der halben Kurbelwellendrehzahl drehen, damit
strategisch platzierte Gewichte sekundäre Verbrennungskräfte ausgleichen
können.
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Wie
hierin beschrieben können
die Ausgleichswellen beruhend auf einem Signal von einem Steuersystem,
beispielsweise Steuergerät 48,
verstellbar sein. In einem Beispiel können die Ausgleichswellen während des
Motorbetriebs eingerückt und
ausgerückt
sein. Das veränderliche
Einrücken kann
zum Beispiel durch schaltbare Riemenscheiben vorgesehen werden.
Jede Ausgleichswelle und zugeordnete Riemenscheibe kann bei Betrieb
bezüglich
der Kurbelwelle präzis
zeitlich gesteuert werden (zum wirksamen Dämpfen von OoBSF). Wie erwähnt kann
jede Riemenscheibe von der Kurbelwellenriemenscheibe riemen- oder
kettenbetrieben sein und kann unabhängig von den Ausgleichswellen
drehen, wenn die Ausgleichswellen ausgerückt sind. Die Riemenscheiben
können
auf Befehl des Steuergeräts betätigt werden.
Während
dieses Prozesses greift der interne Riemenscheibenmechanismus jede
Ausgleichswelle mit ihrer jeweiligen Riemenscheibe, was sicherstellt,
dass kein Schlupf eingetreten ist, wobei die präzise Phasenregelung beachtet
wird, die in der Standardkonfiguration zwischen der Ausgleichswelle/den
Ausgleichswellen und der Kurbelwelle erforderlich ist. Die Standardkonfiguration
kann auch ein geeigneter Bezugspunkt zum Verstellen der Ausgleichswelle(n)
auf früh
und spät
sein, sollte diese Anwendung in dem System verwendet werden. Die Gewichte
in jeder Ausgleichswelle können
so phasengeregelt werden, dass sie jeder Drehzahl/Last-Bedingung
mit einer Rate verbrannten Massenanteils von zum Beispiel 50% während jedes HCCI-Verbrennungstakts
gegenwirken.
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In
einem anderen Beispiel können
die Ausgleichswellen während
des Motorbetriebs veränderlich
zeitgesteuert werden. Zum Beispiel können Riemenscheiben (und jeweilige
Ausgleichswellen) fähig sein,
nach Befehl seitens des Steuergeräts im Verhältnis zur Kurbelwelle auf früh oder spät zu verstellen.
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In
einer ersten Ausführungsform
können
die Ausgleichswellen eingesetzt werden, wenn ein oder mehrere Zylinder
in einer HCCI-Betriebsart arbeiten und/oder deaktiviert sind, während ein
oder mehrere Zylinder in der SI-Betriebsart arbeiten. Weiterhin kann
zusätzlich
zum Aktivieren/Deaktivieren der Ausgleichswellen beruhend auf der
Verbrennungsbetriebsart die Aktivierung/Deaktivierung alternativ
oder zusätzlich
auf einem Wechsel der Verbrennungsbetriebsart eines oder mehrerer
Zylinder beruhen. In einer zweiten Ausführungsform können die
Ausgleichswellen während
sowohl der SI- als auch der HCCI-Verbrennungsbetriebsart verwendet
werden, aber unterschiedlich zeitgesteuert werden, um dem in der
HCCI-Betriebsart beobachteten vergrößerten IMEP-Bereich entgegenzuwirken. Ferner können die Steuerzeiten
der Ausgleichswellen beruhend auf Wechseln der Verbrennungsbetriebsarten
eines oder mehrerer Zylinder veränderlich
verstellt werden. Weiterhin können
in einer dritten Ausführungsform
bei Bedarf auch Kombinationen der Deaktivierung/Aktivierung von
Ausgleichswellen und veränderlicher Zeitsteuerung
eingesetzt werden.
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Unter
Bezug auf die erste Ausführungsform können die
Ausgleichswellen während
Betriebs mit stationärer
HCCI-Verbrennung aktiviert und genutzt werden und während SI- Betriebsart deaktiviert
werden. Ferner können
die Wellen während
der Wechselphase verwendet werden, wenn die HCCI-Betriebsart zunächst ausgeführt wird
(wobei die NVH-Differenz am stärksten
wahrnehmbar sein kann). Es versteht sich aber, dass das ständige Verwenden
der Ausgleichswellen IMEP und die Kraftstoffwirtschaftlichkeitsvorteile,
die normalerweise mit dem HCCI-Betrieb verbunden sind, verschlechtern
können.
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Unter
Bezug auf die zweite Ausführungsform können die
Ausgleichswellen während
mehreren Verbrennungsbetriebsarten verwendet werden, wobei aber
die Steuerzeiten basierend auf der Betriebsart und/oder den Wechseln
zwischen den Betriebsarten verstellt werden. Die Ausgleichswellenriemenscheiben
können
zum Beispiel veränderlich
zeitgesteuert werden, mit anderen Steuerzeiten in der HCCI-Betriebsart
(zum Mindern von hohem IMEP NVH bei HCCI) verglichen mit der SI-Betriebsart.
In der SI-Betriebsart kann es möglich
sein, die Ausgleichswellenriemenscheiben für die Abstimmung von NVH zeitlich
veränderlich
zu steuern. In einem spezifischen Beispiel könnte NVH im SI-Betrieb kurzzeitig durch
das veränderliche
Zeitsteuern der Ausgleichswellen kurz vor einem Betriebsartwechsel
in die HCCI-Betriebsart verschlechtert sein, was zu einer verringerten
NVH-Differenz während
des Wechselns beiträgt.
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Zusätzlich zum
Verstellen der Ausgleichswellensteuerzeiten beruhend auf Verbrennungsbetriebsart
können
die Steuerzeiten weiterhin innerhalb einer Verbrennungsbetriebsart
basierend auf Betriebsbedingungen verstellt werden.
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Es
kann zum Beispiel Kompromisse zwischen dem Ausgleichen der normalen
OoBSF des Motors und dem Vermindern von NVH-Differenzen während und
zwischen Wechsel geben. In einem Beispiel kann das Steuersystem
bevorzugt die OoBSF-Wirkungen des Motors bei HCCI IMEP reduzieren,
da deren NVH-Wirkungen größer als
die sein können,
die bei Ändern
von Verbrennungsbetriebsarten auftreten. In einem anderen Beispiel
kann während
des Betriebsartwechsels das Verstellen von Ausgleichswellen auf
früh oder
spät zum
Verstellen anfänglicher
HCCI-IMEP-Punkte verwendet werden, um Probleme mit NVH und ,Fahrgefühl' zu mindern. Sobald
sich dann ein HCCI-Punkt stabilisiert, wenn die Ausgleichswellen
zuvor auf früh
oder spät
verstellt wurden, können
sie angepasst werden, um zum Synchronisieren mit der Kurbelwelle
zurückzukehren und
OoBSF vorrangig zu reduzieren.
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Unter
Bezug nun auf 4 wird eine Routine für den Ausgleichswellenbetrieb
während
des Motorbetriebs beruhend auf Betriebsbedingungen beschrieben.
Die Betriebsbedingungen können
eine Motorverbrennungsbetriebsart umfassen, bei der die Ausgleichswellen
beruhend auf der ausgewählten Verbrennungsbetriebsart,
einer Änderung
der Verbrennungsbetriebsart verstellt werden oder innerhalb einer
Verbrennungsbetriebsart verstellt werden.
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Zunächst ermittelt
die Routine bei 410, ob der Ausgleichswellenbetrieb einschließlich Verstellung
des Ausgleichswellenbetriebs aktiviert ist. Das Aktivieren kann
auf mehreren Betriebsbedingungen beruhen, darunter Motortemperatur,
Umgebungstemperatur, ob eine ausgewählte Verbrennungsbetriebsart
aktiviert ist (beispielsweise, ob die HCCI-Betriebsart aktiviert ist), Zeit seit
Starten des Motors, etc. Wenn Ja, geht die Routine weiter zu 412,
um eine aktuelle Verbrennungsbetriebsart und/oder einen Verbrennungsbetriebsartwechsel
festzustellen. Dann verstellt die Routine bei 414 den Ausgleichswellenbetrieb
beruhend auf Verbrennungsbetriebsart und kann den Betrieb weiter
beruhend auf Betriebsbedingungen verstellen.
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Die
Routine kann zum Beispiel die Ausgleichswellen beruhend auf einer
aktuellen Verbrennungsbetriebsart verstellen, wobei ein anderer
Ausgleichswellenbetrieb für
andere Verbrennungsbetriebsarten verwendet werden kann. Ferner kann
die Routine Ausgleichswellen vor, während oder nach einem Verbrennungsbetriebsartwechsel
verstellen, wie hierin beschrieben wurde. In einem bestimmten Beispiel
kann die Routine Ausgleichswellen während der SI-Betriebsart deaktivieren
und die Ausgleichswellen während
der HCCI-Betriebsart einrücken.
In einem anderen Beispiel kann die Routine Ausgleichswellen zu einer
ersten Steuerzeit im Verhältnis
zur Kurbelwelle während
der HCCI-Betriebsart verstellen und zu einer zweiten anderen Steuerzeit
im Verhältnis
zur Kurbelwelle während
der SI-Betriebsart verstellen. Die Steuerzeiten können abhängig von
der Motorauslegung, den Betriebsbedingungen etc. in der SI-Betriebsart
weiter auf früh
und/oder in der SI-Betriebsart weiter auf spät verstellt werden.
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In
einem noch anderen Beispiel kann die Routine weiterhin den Ausgleichswellenbetrieb
beruhend auf Betriebsparametern, wie Motordrehzahl und/oder Motorlast,
verstellen. In einem Beispiel können
die Ausgleichswellen während
der SI-Betriebsart deaktiviert sein und während HCCI-Betriebs mit höherer Drehzahl/Last
deaktiviert sein, aber während HCCI-Betriebs
niedrigerer Drehzahl/Last aktiviert sein. Dieses Beispiel zeigt
auch, wie die Ausgleichswellen beruhend auf Betriebsbedingungen
weiter verstellt werden können,
z. B. können
die Ausgleichswellen abhängig
vom Betrieb, beispielsweise Drehzahl/Last, innerhalb des HCCI-Betriebs
verstellt werden.
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Unter
Bezug nun auf 5 wird eine beispielhafte Routine
zum Steuern des Einrückens/Ausrückens einer
wählbar
verwendbaren Ausgleichswelle beschrieben. Zunächst ermittelt die Routine
bei 510, ob ein Wechsel in HCCI erwartet wird und ob ausgewählte Betriebsbedingungen
vorliegen. Die ausgewählten
Betriebsbedingungen können
Bedingungen umfassen, bei denen der Ausgleichwellenbetrieb aktiviert
ist, beispielsweise Motortemperatur, Motordrehzahl etc. Wenn die
Antwort auf 510 Ja lautet, geht die Routine weiter zu 512,
um die Ausgleichswellen vor/während/nach
dem Wechsel von der SI- zur HCCI-Betriebsart einzurücken. Zum
Beispiel können
die Wellen während
des Wechsels eingerückt
werden, um die NVH-Differenz zwischen Betriebsarten zu mindern,
oder sie können
während
des Wechsels eingerückt
werden, um den Wechsel zu verdecken, oder sie können nach dem Wechsel eingerückt werden.
Weiterhin können
unter anderen Bedingungen andere Wechseleinrückpunkte verwendet werden.
Wenn die Antwort auf 510 Nein lautet, geht die Routine
weiter zu 514.
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Als
Nächstes
ermittelt die Routine bei 514, ob die aktuelle Verbrennungsbetriebsart
die HCCI-Betriebsart ist. Wenn Ja, geht die Routine weiter zu 516 um
zu ermitteln, ob die aktuellen Bedingungen innerhalb ausgewählter Bedingungen
liegen, bei denen die Ausgleichswellen eingerückt werden sollten. Zum Beispiel
kann die Routine ermitteln, ob die Motordrehzahl/-last innerhalb
eines ausgewählten Drehzahl/Last-Bereichs
liegt (z. B. niedrigere Drehzahl, niedrigere Last, bei dem Ausgleichswellenbetrieb
NVH der HCCI-Verbrennung
reduzieren soll. Wenn Ja, geht die Routine weiter zu 518,
um die Ausgleichswelten einzurücken
(wenn sie nicht schon eingerückt
sind). Ansonsten geht die Routine weiter zu 520, um die
Ausgleichswellen auszurücken
(wenn sie nicht schon ausgerückt
sind).
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Wie
hierin erwähnt
kann die Routine bei vorgegebenen oder veränderlichen Intervallen wiederholt
ausgeführt
werden.
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Unter
Bezug nun auf 6 wird eine beispielhafte Routine
zum Steuern von Frühverstellen/Spätverstellen
einer veränderlich
zeitgesteuerten Ausgleichswelle beschrieben. Zunächst ermittelt die Routine
bei 610, ob ein Verbrennungsbetriebsartwechsel erwartet
wird. Wenn Ja, passt die Routine die Ausgleichswellensteuerzeiten
bei 612 vor dem Verbrennungsbetriebsartwechsel an, um die NVH-Differenz
zwischen Verbrennungsbetriebsarten zu mindern. Dann lässt die
Routine bei 614 die Verbrennungsbetriebsart wechseln und
kann die Ausgleichswellensteuerzeiten weiter synchron mit dem Wechsel
verstellen. Dann ermittelt die Routine bei 616, ob sich
die Verbrennungsbetriebsart stabilisiert hat (z. B. ob sich die
Verbrennungssteuerzeiten stabilisiert haben, ob sich die Motordrehzahl
stabilisiert hat, etc.) Wenn nicht, kehrt die Routine wieder zum Überwachen
der Verbrennung bei 616 zurück. Ansonsten geht die Routine
weiter zu 618, um die Ausgleichswellensteuerzeiten für eine stabile
Vibrationsreduzierung beruhend auf der aktuellen Verbrennungsbetriebsart
anzupassen. Zum Beispiel können verglichen
mit der HCCI-Betriebsart unterschiedliche Steuerzeiten (z. B. Frühverstellen
und/oder Spätverstellen)
für die
SI-Betriebsart verwendet werden. Zusätzlich können unter manchen Bedingungen
die gleichen Steuerzeiten zwischen Betriebsarten verwendet werden,
beispielsweise spezifischer Drehzahlbereich.
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In
einem Beispiel kann ein Verbrennungssensor mit dem Motor 10 verbunden
sein und kann zum Überwachen
der Verbrennung verwendet werden. Der Sensor kann einen Ionenstromsensor,
einen Zylinderdrucksensor und/oder einen oder mehrere Klopfsensoren
umfassen. Der Verbrennungssensor kann weiterhin als Rückmeldungssignal
für den
Ausgleichswellenbetrieb und die Steuerzeitverstellung verwendet
werden. Des Weiteren kann der Sensor bei HCCI für eine Verbrennungsphasenregelung
zum Verstellen von Kraftstoffeinspritzmengen, Kraftstoffeinspritzsteuerzeiten,
Zylindertemperatur etc. verwendet werden. Auf diese Weise liefert
der Sensor Informationen, die für
viele Facetten der Motorsteuerung verwendet werden.
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Es
versteht sich, dass die hierin offenbarten Konfigurationen und Routinen
beispielhafter Natur sind und dass diese spezifischen Ausführungen
nicht einschrankend betrachtet werden sollten, da zahlreiche Abänderungen
möglich
sind. Zum Beispiel kann die vorstehende Technologie auf V6-, I-4,
I-6, V12, Gegenkolben- und andere Brennkraftmaschinenausführungen
angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst
alle neuartigen und nicht nahe liegenden Kombinationen und Unterkombinationen
der verschiedenen Systeme und Konfigurationen sowie andere Merkmale,
Funktionen und/oder Eigenschaften, die hier offenbart werden.
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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.