DE102008037641A1

DE102008037641A1 - Verfahren zum Steuern von Übergängen zwischen Verbrennungsmodi in einem Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102008037641A1
Application number: DE102008037641A
Authority: DE
Inventors: Jyh-Shin Troy Chen; Chen-Fang Troy Chang; Jun-Mo Ann Arbor Kang
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-08-17
Filing date: 2008-08-14
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2028-08-15
Also published as: US8195375B2; US20090048760A1; CN101476511A; DE102008037641B4; CN101476511B

Abstract

Ein Verbrennungsmotor ist in einem von mehreren Verbrennungsmodi selektiv betreibbar. Ein Verfahren zum Steuern des Motors beinhaltet ein Befehlen, dass der Motorbetrieb von einem ersten Verbrennungsmodus zu einem zweiten Verbrennungsmodus übergeht. Die Motorventile werden gemäß Befehl in einer gewünschten Ventilüberschneidung betrieben, und eine Ventilüberschneidung wird überwacht. Der Motorbetrieb wird zum zweiten Verbrennungsmodus gewechselt, wenn die Motorventilüberschneidung einen vorbestimcht.

Description

Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen der am 17. 08. 2007 eingereichten vorläufigen US-Anmeldung Nr. 60/956,411, die hiermit durch Verweis hierin einbezogen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft ein Steuern eines Betriebs von Verbrennungsmotoren.
HINTERGRUND
Die Aussagen in diesem Abschnitt liefern nur Hintergrundinformation bezüglich der vorliegenden Offenbarung und mögen keinen Stand der Technik bilden.
Bekannte Benzinmotoren bzw. Motoren mit Fremdzündung (im Folgenden 'S1') führen ein Luft/Kraftstoffgemisch in jeden Zylinder ein, welches in einem Kompressionshub komprimiert und durch eine Zündkerze gezündet wird. Bekannte Dieselmotoren bzw. Motoren mit Kompressionszündung spritzen nahe dem oberen Totpunkt (im Folgenden 'TDC') des Kompressionshubs unter Druck gesetzten Kraftstoff in einen Verbrennungszylinder ein, der bei Einspritzung zündet. Eine Verbrennung für sowohl Benzinmo toren als auch Dieselmotoren ist mit durch Fluidmechanik gesteuerten vorgemischten oder Diffusionsflammen verbunden.
Benzinmotoren können in einer Vielzahl verschiedener Verbrennungsmodi arbeiten, die einen homogenen SI-Verbrennungsmodus (im Folgenden 'SI-H'), einen SI-Verbrennungsmodus mit Schichtladung (im Folgenden 'SI-SC') oder einen Verbrennungsmodus mit Kompressions- bzw. Selbstzündung und homogener Ladung (im Folgenden 'HCCI') einschließen. In einem SI-H-Verbrennungsmodus ist die Zylinderladung hinsichtlich Zusammensetzung, Temperatur und restlicher Abgase zum Zeitpunkt einer Fremdzündung homogen. Die Kraftstoffmenge ist zum Zündzeitpunkt, der nahe dem Ende des Kompressionshubes eintritt, überall in der Zylinderkammer gleichmäßig verteilt. Das Luft/Kraftstoffverhältnis ist vorzugsweise stöchiometrisch. In einem SI-SC-Verbrennungsmodus kann das Luft/Kraftstoffverhältnis überstöchiometrisch sein. Die Kraftstoffmenge ist in der Zylinderkammer mit kraftstoffreichen bzw. fetten Schichten um die Zündkerze und magereren Luft/Kraftstoffbereichen weiter außen geschichtet. Der Zeitpunkt für Kraftstoff kann nahe einem Zündzeitpunkt liegen, um zu verhindern, dass das Luft/Kraftstoffgemisch sich in ein gleichmäßig ausgegebenes Gemisch homogenisiert. Die Kraftstoffpulsbreite kann enden, wenn das Zündereignis beginnt oder im Wesentlichen vorher. Bei Zündung brennen die fetten Schichten schnell und effizient. Während der Verbrennungsprozess in die magereren Bereiche fortschreitet, kühlt die Flammenfront schnell, was zu niedrigeren NOx-Emissionen führt.
Benzinmotoren können angepasst werden, um in einem HCCI-Verbrennungsmodus, worauf auch als Verbrennung mit gesteuerter Selbstzündung verwiesen wird, unter vorbestimmten Drehzahl/Lastbetriebsbedingungen zu arbeiten. Die Verbrennung mit gesteuerter Selbstzündung um fasst einen verteilten, flammlosen Selbstzündungs-Verbrennungsprozess, der durch Oxidationschemie gesteuert wird. Ein Motor, der in dem HCCI-Verbrennungsmodus arbeitet, hat eine Zylinderladung, die in Zusammensetzung, Temperatur und restlichen Abgasen zu Schließzeiten von Einlassventilen vorzugsweise homogen ist. Eine Verbrennung mit gesteuerter Selbstzündung ist ein verteilter, kinetisch gesteuerter Verbrennungsprozess, wobei der Motor bei einem verdünnten Luft/Kraftstoffgemisch, d. h. einem überstöchiometrischen Punkt für Luft/Kraftstoff, mit verhältnismäßig niedrigen Spitzentemperaturen der Verbrennung arbeitet, was zu niedrigen NOx-Emissionen führt. Das homogene Luft/Kraftstoffgemisch minimiert das Auftreten fetter Zonen, die Rauch und Partikelemissionen bilden.
In einem für mehrere Verbrennungsmodi ausgelegten Motor kann ein Umschalten zwischen den verschiedenen Verbrennungsmodi vorteilhaft sein. Verschiedene Verbrennungsmodi in ähnlichen Drehzahl/Lastsituationen können Leistungsunterschiede hinsichtlich Motorstabilität, Emissionen und Kraftstoffverbrauch aufweisen. Ein Übergehen zu einem bestimmten Modus mit der besten Leistung in einer bestimmten Situation ist daher vorzuziehen. Die Auswahl eines Verbrennungsmodus, in dem der Betrieb stattfinden soll, kann darauf gestützt werden, welcher Verbrennungsmodus bei einer bestimmten Motorlast und Drehzahl eine bessere Leistung liefert. Wenn eine Änderung der Drehzahl und/oder Motorlast das Umschalten in einen anderen Verbrennungsmodus rechtfertigt, wird eine Übergangsstrategie ausgeführt, und der Motor geht in den anderen Verbrennungsmodus über.
Wenn die Anzahl von Verbrennungsmodi zunimmt, können ein Übergehen zwischen Verbrennungsmodi und Koordinieren von Übergangen kompliziert sein. Das Motorsteuerungsmodul muss den Motor in mehreren Verbrennungsmodi betreiben und zwischen diesen nahtlos umschalten können. Ohne eine robuste Schaltstrategie könnte ein signifikantes schwankendes Verhalten auftreten, was eine unvollständige Verbrennung und Fehlzündungen zur Folge hat, die zu Drehmomentstörungen und/oder unerwünschten Emissionen führen.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Verbrennungsmotor ist in einem von mehreren Verbrennungsmodi selektiv betreibbar. Ein Verfahren zum Steuern des Motors beinhaltet, dass ein Übergang des Motorbetriebs von einem ersten Verbrennungsmodus zu einem zweiten Verbrennungsmodus befohlen wird. Die Motorventile werden gemäß Befehl in einer gewünschten Ventilüberschneidung betrieben, und eine Ventilüberschneidung wird überwacht. Der Motorbetrieb wird in den zweiten Verbrennungsmodus nur gewechselt, wenn die Motorventilüberschneidung einen vorbestimmten Bereich oder eine vorbestimmte Schwelle erreicht.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine oder mehrere Ausführungsformen werden nun beispielhaft mit Verweis auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
1 eine schematische Zeichnung eines beispielhaften Motorsystems gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
2 und 3 Datengraphen gemäß der vorliegenden Offenbarung sind; und
4A und 4B schematische Blockdiagramme eines Steuerungsschemas gemäß der vorliegenden Offenbarung sind.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Bezug nehmend nun auf die Zeichnungen, worin die Darstellungen allein zum Zwecke einer Veranschaulichung bestimmter beispielhafter Ausführungsformen und nicht zum Zwecke der Beschränkung derselben dienen, zeigt 1 schematisch einen Verbrennungsmotor 10 und ein zugehöriges Steuerungsmodul 5. Der Motor 10 ist in einem Verbrennungsmodus mit gesteuerter Selbstzündung, einem Verbrennungsmodus mit homogener Fremdzündung und einem Verbrennungsmodus mit Fremdzündung und Schichtladung selektiv betreibbar.
Der beispielhafte Motor 10 umfasst einen Viertakt-Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern und Direkteinspritzung mit hin- und hergehenden Kolben 14, die innerhalb der Zylinder 15 verschiebbar beweglich sind, welche Verbrennungskammern 16 mit variablen Volumina definieren. Jeder Kolben 14 ist mit einer rotierenden Kurbelwelle 12 verbunden, durch die ihre lineare hin- und hergehende Bewegung in eine Rotationsbewegung übersetzt wird. Ein Luftansaugsystem liefert Ansaugluft an einen Ansaugkrümmer 29, der Luft in einen Ansaugkanal leitet und zu jeder Verbrennungskammer 16 verteilt. Das Luftansaugsystem umfasst ein Luftstrom-Leitungssystem und Einrichtungen zum Überwachen und Steuern des Luftstroms. Die Luftansaugeinrichtungen umfassen vorzugsweise einen Luftmassenstromsensor 32 zum Überwachen des Luftmassenstroms und der Ansauglufttemperatur. Ein Drosselventil 34 umfasst vorzugsweise eine elektronisch gesteuerte Einrichtung, die einen Luftstrom zum Motor 10 als Antwort auf ein Steuerungssignal ('ETC') vom Steuerungsmodul 5 steuert. Ein Drucksensor 36 im Krümmer ist dafür eingerichtet, den Absolutladedruck und barometrischen Druck zu überwachen. Ein externer Stromdurchgang führt Abgase vom Motorauspuff zum Ansaugkrümmer mit einem Stromsteuerventil zurück, worauf als Abgasrückführungsventil ('EGR') 35 verwiesen wird. Das Steuerungsmodul 5 ist betreibbar, um einen Massenstrom von Abgas zum Ansaugkrümmer 29 durch Steuern eines Öffnungsvorgangs des EGR-Ventils 38 zu steuern.
Ein Luftstrom vom Ansaugkrümmer 29 in jede der Verbrennungskammern 16 wird durch ein oder mehr Ansaug- bzw. Einlassventile 20 gesteuert. Ein Strom verbrannter Gase von jeder der Verbrennungskammern 16 zu einem Abgaskrümmer 39 wird durch ein oder mehr Auslassventile 18 gesteuert. Öffnungs- und Schließvorgänge der Einlass- und Auslassventile 20 und 18 werden vorzugsweise mit einer dualen Nockenwelle (wie dargestellt) gesteuert, deren Rotationen mit einer Rotation der Kurbelwelle 12 verknüpft sind und indexiert sind bzw. taktweise ausgeführt werden. Der Motor 10 ist mit Einrichtungen zum Steuern eines Ventilhubs der Einlassventile und der Auslassventile versehen, worauf als Einrichtungen zur variablen Hubsteuerung (im Folgenden 'VLC') verwiesen wird. Die Einrichtungen zur variablen Hubsteuerung in dieser Ausführungsform sind betreibbar, um einen Ventilhub oder ein Öffnen zu einer von zwei verschiedenen Stufen zu steuern, z. B. ein Ventilöffnen mit niedrigem Hub (etwa 4–6 mm) für einen Motorbetrieb mit niedriger Drehzahl und niedriger Last und ein Ventilöffnen mit hohem Hub (etwa 8–10 mm) für einen Motorbetrieb mit hoher Drehzahl und hoher Last. Der Motor ist ferner ausgestattet mit Einrichtungen zum Steuern der Phasenlage (d. h. relative Zeitsteuerung bzw. Zeitpunkt) des Öffnens und Schließens der Einlass- und Auslassventile 20 und 18, worauf als variable Nockenphasensteuerung bzw. -lage ('VCP') verwiesen wird, um eine Phasenlage über diejenige hinaus zu steuern, die durch den zweistufigen VLC-Hub bewerkstelligt wird. Es gibt ein VCP/VLC-System 22 für die Einlassventile 20 und ein VCP/VLC- System 24 für die Motorauslassventile 18. Die VCP/VLC-Systeme 22 und 24 werden durch das Steuerungsmodul 5 gesteuert und liefern eine Signalrückkopplung zum Steuerungsmodul 5 z. B. über Sensoren für die Nockenwellenrotationsstellung für die Einlassnockenwelle und die Auslassnockenwelle. Wenn der Motor 10 im HCCI-Verbrennungsmodus mit einer Ventilstrategie zur Abgasrekompression arbeitet, werden die VCP/VLC-Systeme 22 und 24 vorzugsweise auf Ventilöffnungsvorgänge mit geringem Hub gesteuert. Wenn der Motor im Verbrennungsmodus mit homogener Fremdzündung arbeitet, werden die VCP/VLC-Systeme 22 und 24 vorzugsweise auf Ventilöffnungsvorgänge mit hohem Hub gesteuert, um Pumpverluste zu minimieren. Wenn im HCCI-Verbrennungsmodus gearbeitet wird, können Ventilöffnungen mit geringem Hub und eine negative Ventilüberschneidung befohlen werden, um Reformate in der Verbrennungskammer 16 zu erzeugen. Aufgrund physikalischer und mechanischer Eigenschaften der Systeme kann es eine Zeitverzögerung zwischen einem Befehl, eine Nockenphasenlage und/oder einen Ventilhub eines der VCP/VLC-Systeme 22 und 24 zu ändern, und einer Ausführung des Übergangs geben.
Die Einlass- und Auslass-VCP/VLC-Systeme 22 und 24 haben beschränkte Zuständigkeits- bzw. Befugnisbereiche, über die Öffnen und Schließen der Einlass- und Auslassventile 18 und 20 gesteuert werden können. VCP-Systeme haben einen Befugnisbereich bezüglich der Phasenlage bzw. zur Phasensteuerung von etwa 60° bis 90° einer Nockenwellenrotation, was somit gestattet, dass das Steuerungsmodul 5 ein Öffnen und Schließen von Ventilen vorrückt oder verzögert. Der Befugnisbereich zur Phasensteuerung wird durch die Hardware des VCP- und des Steuerungssystems, welches das VCP betätigt, definiert und beschränkt. Die Einlass- und Auslass-VCP/VLC-Systeme 22 und 24 können unter Verwendung einer elektrohydraulischen, hydraulischen oder elektrischen Steuerungs kraft betätigt werden, die durch das Steuerungsmodul 5 gesteuert wird. Eine Ventilüberschneidung der Einlass- und Auslassventile 20 und 18 bezieht sich auf eine Periode, die einen Schließvorgang des Auslassventils 18 in Bezug auf einen Öffnungsvorgang des Einlassventils 20 für einen Zylinder definiert. Die Ventilüberschneidung kann in Kurbelwinkelgraden gemessen werden, wobei eine positive Ventilüberschneidung (im Folgenden 'PVO') sich auf eine Periode bezieht, in der sowohl das Auslassventil 18 als auch das Einlassventil 20 offen sind, und eine negative Ventilüberschneidung (im Folgenden 'NVO') sich auf eine Periode zwischen einem Schließvorgang des Auslassventils 18 und einem nachfolgenden Öffnungsvorgang des Einlassventils 20 bezieht, in der sowohl das Einlassventil 20 als auch das Auslassventil 18 geschlossen sind. Wenn im HCCI-Verbrennungsmodus und dem SI-SG-Verbrennungsmodus gearbeitet wird, können die Einlass- und Auslassventile als Teil einer Strategie zur Abgasrekompression eine NVO aufweisen. In einem SI-H-Verbrennungsmodus gibt es eine PVO.
Der Motor 10 enthält ein Kraftstoffeinspritzsystem mit mehreren Hochdruck-Kraftstoffeinspritzern 28, die jeweils dafür eingerichtet sind, als Antwort auf ein Signal ('INJ_PW') vom Steuerungsmodul 5 eine Kraftstoffmenge direkt in eine der Verbrennungskammern 16 einzuspritzen. Die Kraftstoffeinspritzer 28 werden mit unter Druck gesetztem Kraftstoff von einem Kraftstoffeinspritzsystem versorgt.
Der Motor 10 enthält ein Fremdzündungssystem, durch das als Antwort auf ein Signal ('IGN') vom Steuerungsmodul 5 Zündfunkenenergie an eine Zündkerze 26 zum Zünden oder Unterstützen beim Zünden von Zylinderladungen in jeder der Verbrennungskammern 16 geliefert wird. Die Zündkerze 26 fördert die Zündzeitpunktsteuerung des Motors unter bestimm ten Bedingungen (z. B. während eines Kaltstarts oder nahe einer Betriebsgrenze mit niedriger Last).
Der Motor 10 ist mit verschiedenen Abfühleinrichtungen zum Überwachen des Motorbetriebs einschließlich Überwachen der Rotationsstellung der Kurbelwelle, d. h. Kurbelwinkel und -drehzahl, ausgestattet. Abfühleinrichtungen umfassen einen Sensor für die Kurbelwellendrehzahl ('Kurbelsensor') 42, einen Verbrennungssensor 30, der dafür eingerichtet ist, eine Verbrennung zu überwachen, und einen Abgassensor 40, der dafür eingerichtet ist, Abgase zu überwachen, vorzugsweise einen Sensor für das Luft/Kraftstoffverhältnis mit weitem Bereich in dieser Ausführungsform. Der Verbrennungssensor 30 umfasst eine Sensoreinrichtung, die dahingehend tätig ist, einen Zustand eines Verbrennungsparameters zu überwachen, und ist als Zylinderdrucksensor dargestellt, der dahingehend tätig ist, einen Verbrennungsdruck im Zylinder zu überwachen. Die Ausgaben des Verbrennungssensors 30, des Abgassensors 40 und des Kurbelsensors 42 werden durch das Steuerungsmodul 5 überwacht, welches eine Phasensteuerung bzw. Phasenlage der Verbrennung bestimmt, d. h. einen Zeitpunkt bzw. Zeitsteuerung des Verbrennungsdrucks in Bezug auf den Kurbelwinkel der Kurbelwelle 12 für jeden Zylinder 15 für jeden Verbrennungszyklus. Der Verbrennungssensor 30 kann auch durch das Steuerungsmodul 5 überwacht werden, um einen mittleren effektiven Druck ('IMEP') für jeden Zylinder 15 für jeden Verbrennungszyklus zu bestimmen. Der Motor 10 und das Steuerungsmodul 15 sind vorzugsweise mechanisch dafür ausgelegt, Zustande des IMEP für jeden der Motorzylinder 15 während jedes Zylinderzündereignisses zu überwachen und zu bestimmen. Alternativ dazu können andere Abfühlsysteme genutzt werden, um Zustande anderer Verbrennungsparameter innerhalb des Umfangs der Offenbarung zu überwachen, z. B. Zündsysteme mit Ionenerfassung und nicht intrusive Zylinderdrucksensoren.
Der Motor 10 ist dafür ausgelegt, ungedrosselte Benzin- oder ähnliche Kraftstoffmischungen in dem Verbrennungsmodus mit gesteuerter Selbstzündung über einen ausgedehnten Bereich von Motordrehzahlen und -lasten zu verarbeiten. Ein Betrieb mit Fremdzündung und gesteuerter Drossel kann jedoch genutzt werden unter Bedingungen, die für den Verbrennungsmodus mit gesteuerter Selbstzündung nicht förderlich sind, und um maximale Motorleistung zu erhalten, um eine Drehmomentanforderung des Fahrers mit durch die Motordrehzahl und -last definierter Motorleistung zu erfüllen. Weithin verfügbare Güten an Benzin- und leichten Ethanolmischungen davon sind bevorzugte Kraftstoffe; jedoch können alternative flüssige und gasförmige Kraftstoffe wie z. B. Mischungen höherer Ethanole (z. B. E80. E85), unverdünntes Ethanol (E99), unverdünntes Methanol (M100), Erdgas, Wasserstoff, Biogas, verschiedene Reformate, Synthesegase und andere verwendet werden.
Das Steuerungsmodul 5 führt einen darin gespeicherten algorithmischen Code aus, um die oben erwähnten Stellglieder zu steuern, um einen Motorbetrieb zu steuern, einschließlich Drosselstellung, Zündzeitpunkt, Menge und Zeitsteuerung der Kraftstoffeinspritzung, Zeitsteuerung und Phasenlage bzw. Phasensteuerung von Einlass- und/oder Auslassventilen und die Stellung des EGR-Ventils, um einen Strom rückgeführter Abgase zu steuern. Die Zeitsteuerung und Phasenlage von Ventilen können in einer Strategie zur erneuten Abgasbelüftung eine vorbestimmte Ventilüberschneidung einschließlich NVO und einen geringen Hub der Einlass- und Auslassventile 20 und 18 einschließen. Das Steuerungsmodul 5 ist dafür eingerichtet, Eingangssignale von einem Fahrer, zum Beispiel eine Drosselpedalstellung und eine Bremspedalstellung, um eine Drehmomentanforderung des Fahrers zu bestimmen, und von den Sensoren zu empfan gen, die die Motordrehzahl, die Ansauglufttemperatur, die Kühlmitteltemperatur und andere Umgebungsbedingungen angeben.
Das Steuerungsmodul 5 ist vorzugsweise ein digitaler Mehrzweckcomputer, der allgemein einen Mikroprozessor oder eine zentrale Verarbeitungseinheit, Speichermedien mit einem nicht flüchtigem Speicher, der einen Nur-Lesespeicher und einen elektrisch programmierbaren Nur-Lesespeicher einschließt, einen Direktzugriffsspeicher, einen Hochgeschwindigkeitstaktgeber, eine Analog-Digital- und Digtal-Analog-Schaltungsanordnung und eine Schaltungsanordnung und Einrichtungen für Eingabe/Ausgabe und eine geeignete Schaltungsanordnung zur Signalverarbeitung und Pufferung. Das Steuerungsmodul hat einen Satz von Steuerungsalgorithmen mit darin liegenden Programmanweisungen und Kalibrierungen, die im nicht flüchtigen Speicher gespeichert sind. Die Algorithmen werden vorzugsweise während voreingestellter Schleifenzyklen ausgeführt. Algorithmen werden von der zentralen Verarbeitungseinheit ausgeführt und dienen dazu, Eingaben von den oben erwähnten Abfühleinrichtungen zu überwachen und Steuerungs- und diagnostische Routinen auszuführen, um einen Betrieb der Stellglieder unter Verwendung voreingestellter Kalibrierungen zu steuern. Schleifenzyklen können in regelmäßigen Intervallen, z. B. alle 3,125, 6,25, 12,5, 25, 25 und 100 Millisekunden während eines laufenden Motor-Fahrzeugbetriebs ausgeführt werden. Alternativ dazu können Algorithmen als Antwort auf das Eintreten eines Ereignisses ausgeführt werden.
2 stellt bevorzugte Arbeitsbereiche für den beispielhaften Motor 10 in Verbrennungsmodi mit Fremdzündung und gesteuerter Selbstzündung basierend auf Zuständen von Motorparametern schematisch dar – in dieser Ausführungsform Drehzahl und Last umfassend, die aus Motorparametern einschließlich des Kraftstoffstroms und des Ansaugkrümmer drucks ableitbar ist. Die Verbrennungsmodi des Motors umfassen vorzugsweise einen Verbrennungsmodus mit sprühnebel-geführter Fremdzündung ('SI-SG'), einen Verbrennungsmodus mit gesteuerter Selbstzündung und Einzeleinspritzung ('HCCI-SI') und einen Verbrennungsmodus mit gesteuerter Selbstzündung und Doppeleinspritzung ('HCCI-EI') und einen Verbrennungsmodus mit homogener Fremdzündung ('SI-H'). Ein bevorzugter Drehzahl- und Lastbetriebsbereich für jeden der Verbrennungsmodi basiert auf Motorbetriebsparametern einschließlich Verbrennungsstabilität, Kraftstoffverbrauch, Emissionen, Motordrehmomentabgabe und anderen. Grenzen, welche die bevorzugten Drehzahl- und Lastbetriebsbereiche definieren, um einen Betrieb in den oben erwähnten Verbrennungsmodi abzugrenzen, werden vorzugsweise vorkalibriert und in dem Steuerungsmodul 5 gespeichert.
Der Motor 10 wird gesteuert, um bei einem vorbestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu arbeiten, und der Ansaugluftstrom wird gesteuert, um das bevorzugte Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu erzielen. Dies beinhaltet ein Abschätzen einer Zylinderluftladung basierend auf einem Motorbetrieb im ausgewählten Verbrennungsmodus. Das Drosselventil 34 und die VCP/VLC-Einrichtungen 22 und 24 werden gesteuert, um eine Stromrate der Ansaugluft basierend auf der geschätzten Zylinderluftladung zu erreichen, einschließlich während eines Übergangs zwischen den Verbrennungsmodi mit Fremdzündung und gesteuerter Selbstzündung. Der Luftstrom wird gesteuert, indem das Drosselventil 34 und die VCP/VLC-Einrichtungen 22 und 24 eingestellt werden, um die Zeitsteuerung und Profile von Öffnungsvorgängen des (der) Einlass- und Auslassventils(e) 20 und 18 zu steuern. Ein Betrieb in den beiden Verbrennungsmodi erfordert verschiedene Einstellungen für die VCP/VLC-Einrichtungen 22 und 24 im Hinblick auf Ventilzeitsteuerung und -profile des (der) Einlass- und Auslassventils(e) 20 und 18 und des Drosselventils 34 für die Drosselstellung.
Beispielsweise ist das Drosselventil 34 in dem Verbrennungsmodus mit Selbstzündung vorzugsweise weit offen, wobei der Motor 10 bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert wird, während das Drosselventil 34 gesteuert wird, um den Luftstrom zu regulieren, und der Motor 10 zu einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Verbrennungsmodus mit Fremdzündung gesteuert wird.
3 zeigt Öffnungs- und Schließvorgänge der Einlass- und Auslassventile 20 und 18 bezüglich des Motorkurbelwellenwinkels während der Auslass- und Ansaugverbrennungsphasen in den verschiedenen Verbrennungsmodi, die mit Verweis auf den in 1 beschriebenen beispielhaften Motor 10 dargestellt sind. Während des SI-H-Verbrennungsmodus werden die VCP/VLC-Einrichtungen 22 und 24 für Einlass und Auslass auf Ventilöffnungsvorgänge mit hohem Hub gesteuert, wohingegen während der HCCI-Verbrennungsmodi und des SI-SG-Verbrennungsmodus die Einlass- und Auslass-VCP/VLC-Einrichtungen 22 und 24 auf Ventilöffnungsvorgänge mit geringem Hub gesteuert werden. Im HCCI-Verbrennungsmodus ist die Zeitsteuerung des Öffnungsvorgangs des (der) Einlassventils(e) 20 in Bezug auf den TDC für jeden Zylinder 15 vorzugsweise symmetrisch zur Zeitsteuerung des Schließvorgangs des (der) Auslassventils(e) 18. Sowohl die Zusammensetzung als auch die Temperatur der Zylinderladung werden durch die Zeitsteuerung des Schließvorgangs des Auslassventils 18 beeinflusst. Insbesondere kann mehr heißes Restgas von einem vorherigen Zyklus bei einem vorangegangenen Schließvorgang des Auslassventils 20 zurückgehalten werden, was weniger Zylindervolumen übrig lässt, das für eine eintretende Frischluftmenge zur Verfügung steht. Dies hat eine höhere Temperatur der Zylinderladung und eine geringere Sauerstoffkonzentration im Zylinder zur Folge. Bei einer Strategie zur Abgasrekompression, die während des HCCI-Verbrennungsmodus genutzt wird, führen die VCP/VLC-Einrichtungen 22 und 24 eine negative Ventilüberschneidung des Auslassventils 18 und des Einlassventils 20 herbei. Ferner kann in einem eine Ventilstrategie zur Abgasrekompression nutzenden HCCI-Motor die Temperatur einer Zylinderladung gesteuert werden, indem verschiedene Mengen von Restgasen von dem vorherigen Zyklus gefangen werden, indem die Schließzeitsteuerung des Auslassventils variiert wird. Der SI-SG-Verbrennungsmodus kann entweder eine positive oder negative Ventilüberschneidung nutzen.
4A und 4B stellen Flussdiagramme zum Steuern von Übergängen zwischen dem SI-SG(SG)-Verbrennungsmodus und dem HCCI-Verbrennungsmodus dar. 4A zeigt einen Übergang von dem SI-SG-Verbrennungsmodus zum HCCI-Verbrennungsmodus. Wie oben beschrieben wurde, überwacht das Steuerungsmodul 5 Motorbetriebspunkte einschließlich einer Motordrehzahl und Motorlast, um zu bestimmen, ob ein Übergang zwischen Verbrennungsmodi befohlen werden soll. Während eines Motorbetriebs im SI-SG-Verbrennungsmodus bestimmt das Steuerungsmodul 5, ob ein Übergang zum HCCI-Verbrennungsmodus vorgenommen werden soll. Ein Übergang vom SI-SG-Verbrennungsmodus zum HCCI-Verbrennungsmodus beinhaltet, dass das Steuerungsmodul 5 den VCP/VLC-Einrichtungen 22 und 24 befiehlt, zu einer vorbestimmten gewünschten Ventilüberschneidung zu wechseln. Das Steuerungsmodul 5 überwacht die Ventilöffnungs- und -schließvorgänge der Einlass- und Auslassventile 20 und 18 und berechnet und befiehlt einen Übergang zu einer bevorzugten Ventilüberschneidung für einen Betrieb im HCCI-Verbrennungsmodus, welche in dieser Ausführungsform eine negative Ventilüberschneidung ist. Die gemessene negative Ventilüberschneidung wird mit einem Schwellenwert der Ventilüberschneidung verglichen. Wenn die gemessene negative Ventilüberschneidung größer als der Schwellenwert ist, was angibt, dass die Periode zwischen einem Schließvorgang des Auslassventils und einem Öffnungsvorgang eines Einlassventils zunimmt, befiehlt das Steuerungs modul 5 einen Motorbetrieb im HCCI-Modus einschließlich einer Steuerung der Kraftstoffeinspritzmenge und Zeitsteuerung. Dieser Betrieb hält während des Übergangs zum HCCI-Modus eine Verbrennungsstabilität aufrecht, da eine Verbrennung in dem SI-SG-Modus über den Bereich einer negativen Ventilüberschneidung, bei dem eine HCCI-Verbrennung befohlen werden kann, stabiler sein kann. Für die Zwecke dieser Ausführungsform wird der Zustand der Ventilüberschneidung in Kurbelwinkelgraden gemessen.
4B zeigt einen Übergang von dem HCCI-Verbrennungsmodus zum SI-SG-Verbrennungsmodus. Wie oben beschrieben wurde, überwacht das Steuerungsmodul 5 Motorbetriebspunkte einschließlich einer Motordrehzahl und Motorlast, um zu bestimmen, ob ein Übergang zwischen Verbrennungsmodi befohlen werden soll. Während eines Motorbetriebs im HCCI-Verbrennungsmodus bestimmt das Steuerungsmodul 5, ob zum SI-SG-Verbrennungsmodus übergegangen werden soll. Ein Übergang zum SI-SG-Verbrennungsmodus vom HCCI-Verbrennungsmodus beinhaltet, dass das Steuerungsmodul den VCP/VLC-Einrichtungen 21 und 22 befiehlt, zu einer vorbestimmten gewünschten Ventilüberschneidung zu wechseln. Das Steuerungsmodul 5 überwacht die Ventilöffnungsvorgänge der Einlass- und Auslassventile 20 und 18 und berechnet und befiehlt einen Übergang zu einer bevorzugten Ventilüberschneidung für einen Betrieb im SI-SG-Verbrennungsmodus. Eine Schwellen-Ventilüberschneidung, die eine negative Ventilüberschneidung aufweisen kann, wird bestimmt. Die Schwellen-Ventilüberschneidung beinhaltet eine negative Ventilüberschneidung, bei der der Motor im SI-SG-Modus arbeiten kann. Die gemessene negative Ventilüberschneidung wird mit dem Schwellenwert der Überschneidung verglichen. Wenn die gemessene negative Ventilüberschneidung den Schwellenwert erreicht oder geringer als dieser ist, befiehlt das Steuerungsmodul 5 einen Motorbetrieb im SI-SG-Modus. Dieser Betrieb hält während des Übergangs zum SI-SG-Modus eine Verbrennungsstabilität aufrecht, da eine Verbrennung im SI-SG-Modus über den Bereich einer negativen Ventilüberschneidung stabiler sein kann.
Die Offenbarung beschrieb bestimmte bevorzugte Ausführungsformen und Modifikationen dazu. Weitere Modifikationen und Änderungen können Dritten beim Lesen und Verstehen der Beschreibung in den Sinn kommen. Daher soll die Offenbarung nicht auf die besondere(n) Ausführungs formen) beschränkt sein, die als das zum Ausführen dieser Offenbarung in Betracht gezogene beste Verfahren offenbart wurde, sondern die Offenbarung beinhaltet alle Ausführungsformen, die in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors, der eine steuerbare Drosselsteuereinrichtung und steuerbare Motorventile enthält, wobei der Motor in ersten und zweiten Verbrennungsmodi selektiv betreibbar ist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Befehlen, dass ein Motorbetrieb vom ersten Verbrennungsmodus zum zweiten Verbrennungsmodus übergeht; Betreiben des Motors im ersten Verbrennungsmodus und Befehlen der Motorventile zu einer gewünschten Ventilüberschneidung basierend auf dem zweiten Verbrennungsmodus; Überwachen der Ventilüberschneidung der Motorventile; und Betreiben des Motors im zweiten Verbrennungsmodus, wenn die Ventilüberschneidung der Motorventile eine vorbestimmte Schwelle erreicht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Betreiben des Motors im zweiten Verbrennungsmodus ein Steuern einer Zeitsteuerung der Kraftstoffeinspritzung beinhaltet, um einen Betrieb im zweiten Verbrennungsmodus zu bewerkstelligen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die vorbestimmte Schwelle für die Ventilüberschneidung der Motorventile eine Ventilüberschneidung umfasst, die mit einem Motorbetrieb in entweder dem ersten oder zweiten Verbrennungsmodus kompatibel ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Verbrennungsmodus einen Verbrennungsmodus mit Fremdzündung umfasst und der zweite Verbrennungsmodus ein Verbrennungsmodus mit Selbstzündung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die vorbestimmte Schwelle eine minimale Schwelle einer negativen Ventilüberschneidung ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Verbrennungsmodus einen Verbrennungsmodus mit Selbstzündung umfasst und der zweite Verbrennungsmodus einen Verbrennungsmodus mit Fremdzündung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die vorbestimmte Schwelle eine maximale Schwelle einer negativen Ventilüberschneidung ist.
Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors, der eine steuerbare Drosselsteuereinrichtung und steuerbare Motorventile enthält, wobei der Motor in einem Verbrennungsmodus mit Fremdzündung und einem Verbrennungsmodus mit Selbstzündung selektiv betreibbar ist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Befehlen, dass ein Motorbetrieb von einem ersten der Verbrennungsmodi zum zweiten Verbrennungsmodus übergeht; Betreiben des Motors im ersten Verbrennungsmodus und Befehlen, dass eine Phasenlage der Motorventile zu einer gewünschten Ventilüberschneidung übergeht, die mit dem zweiten Verbrennungsmodus kompatibel ist; Überwachen der Ventilüberschneidung der Motorventile; und Überführen eines Motorbetriebs zum zweiten Verbrennungsmodus, wenn die Ventilüberschneidung der Motorventile innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der vorbestimmte Bereich eine Ventilüberschneidung umfasst, die mit einem Motorbetrieb in einem Verbrennungsmodus mit entweder Fremdzündung oder Selbstzündung kompatibel ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei ein Überführen eines Motorbetriebs zum zweiten Verbrennungsmodus ein Steuern einer Zeitsteuerung der Kraftstoffeinspritzung einschließt, um einen Betrieb im zweiten Verbrennungsmodus zu bewerkstelligen.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der erste Verbrennungsmodus der Verbrennungsmodus mit Fremdzündung ist und der zweite Verbrennungsmodus der Verbrennungsmodus mit Selbstzündung ist.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner mit den Schritten: Übergehen zum Verbrennungsmodus mit Selbstzündung; und Steuern der Phasenlagen der Motorventile basierend auf der gewünschten Ventilüberschneidung zum Betreiben im Selbstzündungsmodus.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der vorbestimmte Bereich aus negativen Ventilüberschneidungen besteht.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der erste Verbrennungsmodus der Verbrennungsmodus mit Selbstzündung ist und wobei der zweite Verbrennungsmodus der Verbrennungsmodus mit Fremdzündung ist.
Verfahren nach Anspruch 14, ferner mit den Schritten: Übergehen zum Verbrennungsmodus mit Fremdzündung; und Steuern der Phasenlagen der Motorventile basierend auf der gewünschten Ventilüberschneidung zum Betreiben im Verbrennungsmodus mit Fremdzündung.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der vorbestimmte Bereich eine negative Ventilüberschneidung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der vorbestimmte Bereich aus einer negativen Ventilüberschneidung besteht.
Verfahren für Übergänge zwischen Verbrennungsmodi in einem Verbrennungsmotor mit steuerbaren Motorventilen, wobei der Motor für einen selektiven Betrieb in ersten und zweiten Verbrennungsmodi ausgelegt ist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Betreiben des Motors im ersten Verbrennungsmodus; Steuern der Motorventile zu einer gewünschten Ventilüberschneidung, die mit dem zweiten Verbrennungsmodus kompatibel ist; Überwachen der Ventilüberschneidung der Motorventile; und wenn die Ventilüberschneidung der Motorventile eine vorbestimmte Schwelle erreicht, Betreiben des Motors im zweiten Verbrennungsmodus.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der erste Verbrennungsmodus ein Verbrennungsmodus mit Fremdzündung ist, der zweite Verbrennungsmodus ein Verbrennungsmodus mit Selbstzündung ist und ein Steuern der Motorventile zu einer gewünschten Ventilüberschneidung, die mit dem zweiten Verbrennungsmodus kompatibel ist, ein Vergrößern einer negativen Ventilüberschneidung einschließt.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der erste Verbrennungsmodus ein Verbrennungsmodus mit Selbstzündung ist, der zweite Verbrennungsmodus ein Verbrennungsmodus mit Fremdzündung ist und ein Steuern der Motorventile zu einer gewünschten Ventilüberschneidung, die mit dem zweiten Verbrennungsmodus kompatibel ist, ein Verringern einer negativen Ventilüberschneidung einschließt.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei während eines Steuerns der Motorventile zu einer gewünschten Ventilüberschneidung, die mit dem zweiten Verbrennungsmodus kompatibel ist, ferner die Motorventile zu Ventilöffnungsvorgängen mit geringem Hub gesteuert werden.