DE102009012376B4

DE102009012376B4 - Verfahren und System zum Steuern eines Motors

Info

Publication number: DE102009012376B4
Application number: DE102009012376.8A
Authority: DE
Inventors: Allen B. Rayl; Chen-Fang Chang; Peter Kafarnik; Jun-Mo Kang; Vijay Ramappan
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-03-13
Filing date: 2009-03-09
Publication date: 2015-10-22
Anticipated expiration: 2029-03-10
Also published as: US7729844B2; US20090234560A1; CN101532446A; CN101532446B; DE102009012376A1

Abstract

Verfahren zum Steuern eines Motors (102), umfassend: Betreiben des Motors (102) in einem Funkenzündungsmodus (SI-Modus) in einem Zustand mit hohem Ventilhub; Eintreten in einen Anpassungsvorgang, wenn Bedingungen für einen Modus mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Modus) erfüllt sind, wobei der Anpassungsvorgang umfasst, dass: i) ein Luftvolumen, das in einen Zylinder angesaugt wird, auf ein vorbestimmtes Volumen zum Eintreten in den HCCI-Modus angepasst wird und dabei Nockenphasensteller (148, 150) sowie eine Drossel (112) zur Drehmomentglättung abgestimmt werden oder ii) ein Krümmerabsolutdruck (MAP) auf einen HCCI-Sollwert eingestellt wird, die Nockenphasensteller (148, 150) auf einen Sollwert für einen Übergang zwischen dem SI- und dem HCCI-Modus eingestellt werden und gleichzeitig zur Drehmomentglättung entweder ein Zündzeitpunkt nach spät verstellt wird oder ein magerer Betrieb ausgeführt wird; wenn die Bedingungen für den HCCI-Modus weiterhin erfüllt sind, Eintreten in einen Vor-Modus für homogene Kompressionszündung mit: i) zusätzlichem Ausführen einer Verstellung des Zündzeitpunkts nach spät, eines geschichteten Betriebs oder eines mageren Betriebs, wenn der Anpassungsvorgang das Anpassen des Luftvolumens umfasst, und ii) Befehlen eines Zustands mit niedrigem Ventilhub; und wenn die Bedingungen für den HCCI-Modus weiterhin erfüllt sind, nach Erreichen des Zustands mit niedrigem Ventilhub Eintreten in den HCCI-Modus.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft Verfahren und Systeme zum Steuern von Motoren und insbesondere Steuerverfahren und -systeme für Motoren, die sowohl in einem Funkenzündungsmodus als auch in einem Modus mit homogener Kompressionszündung (HCCI) arbeiten.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Motoren können in einem Funkenzündungsmodus (SI-Modus) und in einem Modus mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Modus) betrieben werden. Der HCCI-Modus umfasst ein Verdichten eines Gemischs aus Kraftstoff und einem Oxidationsmittel bis zu einem Punkt einer Selbstzündung. Einer der Moden kann basierend auf der Motordrehzahl und -last ausgewählt werden. In dem HCCI-Modus tritt die Zündung an verschiedenen Orten zur gleichen Zeit auf, was ein nahezu gleichzeitiges Verbrennen des Kraftstoff/Luftgemischs erzeugt. Der HCCI-Modus arbeitet nahe an einem idealen Otto-Zyklus, liefert eine verbesserte Betriebseffizienz und erzeugt geringere Emissionsniveaus im Vergleich zu dem SI-Modus. Da es jedoch keinen direkten Auslöser der Verbrennung gibt, neigt der Zündungsprozess dazu, schwieriger zu steuern zu sein.
Um den Betrieb während des HCCI-Modus einzustellen, kann ein Steuersystem die Bedingungen verändern, welche die Verbrennung hervorrufen. Beispielsweise kann das Steuersystem Verdichtungsverhältnisse, die erzeugte Gastemperatur, den erzeugten Gasdruck oder die Quantität des zurückgehaltenen oder zurückgeführten Abgases einstellen. Verschiedene Ansätze wurden verwendet, um die Einstellungen auszuführen und dadurch den HCCI-Betriebsbereich zu erweitern.
Ein Steueransatz verwendet ein variables Ventiltiming, um das Druckverhältnis einzustellen. Das Druckverhältnis kann beispielsweise gesteuert werden, indem eingestellt wird, wann Einlassventile schließen. Die Menge des Abgases, das in einer Verbrennungskammer zurückgehalten wird, kann durch eine Ventilwiederöffnung und/oder eine Ventilüberlappung gesteuert werden.
Ein anderer Ansatz verwendet einen Ansatz mit ”2-stufigem” Einlassventilhub, der ein Umschalten von Einlassventilmoden zwischen einem Zustand mit hohem Hub und einem Zustand mit niedrigem Hub umfasst. Während des Zustands mit hohem Hub werden die Einlassventile auf ein hohes Niveau gehoben, um einer Luftmenge zu erlauben, in die entsprechenden Zylinder einzutreten. Während des Zustands mit niedrigem Hub werden die Einlassventile mit einer kürzeren Dauer auf ein niedriges Niveau gehoben, was einer relativ zu dem Zustand mit hohem Hub kleineren Luftmenge erlaubt, in die entsprechenden Zylinder einzutreten.
Ohne Kompensation neigt der 2-stufige Ansatz dazu, abrupte und nicht einheitliche Übergänge zwischen dem SI- und dem HCCI-Modus aufzuweisen.
Die DE 103 41 070 B4 beschreibt ein Verfahren zum Steuern von Übergängen zwischen Betriebsarten eines Verbrennungsmotors, bei dem zusätzlich zur Verstellung eines Zündzeitpunkts nach spät eine Mehrfacheinspritzung erfolgt, um einen unerwünschten Drehmomentsprung zu vermeiden.
In der US 2006/0243241 A1 ist ein ähnliches Verfahren beschrieben, bei dem jedoch anstelle der Verstellung eines Zündzeitpunkts die Öffnnungs- und Schließzeitpunkte von Einlass- und Auslassventilen während Übergängen zwischen Verbrennungsmoden verändert werden.
Die US 2006/0196466 A1 beschreibt ein ähnliches Verfahren.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, unerwünschte Drehmomentstörungen während der Übergänge zwischen dem Funkenzündungsmodus und dem Modus mit homogener Kompressionszündung zu vermeiden.
ZUSAMMENFASSUNG
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 8.
Das Motorsteuersystem gemäß der vorliegenden Offenbarung betreibt den Benzinmotor in dem SI-Modus und dem HCCI-Modus. Der HCCI-Modus verringert den Kraftstoffverbrauch, ist aber nur über einen begrenzten Bereich von Motordrehmomenten und -drehzahlen verfügbar.
Gemäß einem Aspekt der Offenbarung umfasst ein Verfahren, dass der Motor in einem Funkenzündungsmodus (SI-Modus) in einem Zustand mit hohem Ventilhub betrieben wird, dass in einen Anpassungsvorgang eingetreten wird, wenn Bedingungen für einen Modus mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Modus) erfüllt sind, dass in einen Vor-Modus für homogene Kompressionszündung eingetreten wird und eine Verstellung des Zündzeitpunkts nach spät, ein geschichteter Betrieb oder ein magerer Betrieb in einem Zustand mit hohem Ventilhub ausgeführt werden, wenn der Anpassungsvorgang abgeschlossen ist, dass ein HCCI-Zustand mit niedrigem Ventilhub befohlen wird, wenn sich der Motor in dem Zustand mit hohem Ventilhub und in dem Vor-HCCI-Modus befindet, und dass danach in den Zustand mit niedrigem Ventilhub und in den HCCI-Modus eingetreten wird.
Gemäß einem anderen Aspekt der Offenbarung umfasst ein System zum Steuern eines Motors ein Funkenzündungsmodus-Steuermodul (SI-Modus-Steuermodul), das den Motor in einem Funkenzündungsmodus in einem Zustand mit hohem Ventilhub betreibt, und ein Vor-HCCI-Modus-Steuermodul, das in einen Anpassungsvorgang eintritt, wenn Bedingungen für einen Modus mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Modus) erfüllt sind. Wenn der Anpassungsvorgang abgeschlossen ist, tritt das Vor-HCCI-Modus-Steuermodul in einen Vor-Modus für homogene Kompressionszündung ein und führt eine Verstellung des Zündzeitpunkts nach spät, einen geschichteten Betrieb oder einen mageren Betrieb aus und befiehlt einen Zustand mit niedrigem Ventilhub. Das System umfasst auch ein HCCI-Steuermodul, das in einen HCCI-Modus in einem Zustand mit niedrigem Ventilhub eintritt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Offenbarung wird anhand der ausführlichen Beschreibung und der begleitenden Zeichnungen verständlicher werden, wobei:
1A ein Funktionsblockdiagramm eines Motorsteuersystems ist, das gemäß der vorliegenden Offenbarung in einem SI- und einem HCCI-Verbrennungsmodus arbeitet;
1B ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Ventilhub-Einstellungssystems ist;
1C ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsteuermoduls ist;
2 ein HCCI-Zustands-Flussdiagramm ist, das ein erstes Steuersystem und -verfahren mit Eintritts- und Ausstiegsübergängen einer Volumenanpassung darstellt;
3 ein HCCI-Zustands-Flussdiagramm ist, das ein zweites Steuersystem und -verfahren mit einem Volumenanpassungseinstieg mit schnellem Ausstieg darstellt; und
4 ein HCCI-Zustands-Flussdiagramm ist, das ein drittes Steuersystem und -verfahren mit schnellen Übergängen ohne Volumenanpassung darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Zu Zwecken der Klarheit werden die gleichen Bezugszeichen in den Zeichnungen verwendet, um ähnliche Elemente zu identifizieren. Wie hierin verwendet, sollte die Formulierung A, B und/oder C derart ausgelegt werden, dass sie ein logisches (A oder B oder C) unter Verwendung eines nicht exklusiven logischen Oders bedeutet.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck Modul auf einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC), einen elektronischen Schaltkreis, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, fest zugeordnet oder als Gruppe) und einen Speicher, die eines oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, einen Schaltkreis der Schaltungslogik und/oder andere geeignete Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
Das Motorsteuersystem gemäß der vorliegenden Offenbarung betreibt den Benzinmotor in dem SI-Modus und dem HCCI-Modus. Der HCCI-Modus verringert den Kraftstoffverbrauch, ist aber nur über einen begrenzten Bereich von Motordrehmomenten und -drehzahlen verfügbar. Lediglich beispielhaft kann das Motorsteuersystem den Motor bei niedrigen bis mittleren Lasten und niedrigen bis mittleren Motordrehzahlen in dem HCCI-Modus betreiben. Das Motorsteuersystem kann den Motor bei anderen Lasten und Motordrehzahlen in dem SI-Modus betreiben. Die HCCI-Betriebszonen können durch Betriebskennfelder in Kalibriertabellen definiert werden.
Der Motor kann ein Benzinmotor mit Direkteinspritzung sein und kann während der Übergänge selektiv in einem geschichteten Betriebsmodus betrieben werden. Um in dem geschichteten Betriebsmodus zu arbeiten, spritzen die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen den Kraftstoff in ein Gebiet des Zylinders ein, oft einen kleinen ”Unter-Zylinder” an der Oberseite oder dem Umfang des Hauptzylinders. Dieser Ansatz liefert eine fette Ladung in diesem Gebiet, die leicht zündet und schnell und glatt brennt. Der Verbrennungsprozess schreitet zu einem sehr mageren Gebiet voran (oft nur Luft), in dem die Flammenfront schnell abkühlt und nur eine geringe Wahrscheinlichkeit zur Bildung von Stickstoffoxiden (NO_x) besteht. Der zusätzliche Sauerstoff in der mageren Ladung verbindet sich auch mit Kohlenmonoxid (CO), um Kohlendioxid (CO₂) zu bilden.
Übergänge zwischen dem SI-Modus und dem HCCI-Modus sollten dem Fahrer nahtlos erscheinen, Motoremissionen minimieren und Kraftstoff-Verbrauchsverluste minimieren.
Während des HCCI-Betriebs kann der Ansaugkrümmerdruck in der Nähe des atmosphärischen Drucks liegen. Übergänge in die HCCI und aus dieser umfassen Änderungen des Ansaugkrümmerdrucks und des Ventilhubs. Diese Änderungen neigen dazu, plötzliche Änderungen in der Luftladung zu bewirken, die an die Zylinder geliefert wird. Infolgedessen werden unerwünschte Änderungen des Motordrehmoments auftreten, wenn nicht korrekt reguliert wird.
Die vorliegende Offenbarung legt drei alternative Steuersysteme und -verfahren für einen Verbrennungsmodus-Zustandsablauf dar, um die Zeit der HCCI-Verbrennung zu maximieren, Verluste während Übergängen zu minimieren und Drehmomentstörungen während Übergängen zu minimieren.
Ein erstes Steuersystem und -verfahren (HCCI-Übergangsvorgang – Eintritts- und Austrittsübergänge mit Volumenanpassung) umfasst eine Volumenanpassung, um eine Luftladung während Übergängen mit einem Krümmerabsolutdruck (MAP) und Nockenphasenstellern zu steuern. Die Notwendigkeit einer Drehmomentglättung mittels einer Verstellung des Zündzeitpunkts nach spät oder eines mageren Betriebs wird minimiert.
Ein zweites Steuersystem und -verfahren (HCCI-Übergangsvorgang – Eintritt mit Volumenanpassung und schneller Ausstieg) verwendet die Volumenanpassung für den Eintritt in die HCCI, und schnelle, synchronisierte Übergänge werden für den Ausstieg aus der HCCI verwendet. Das Drehmoment wird mit der Verstellung des Zündzeitpunkts nach spät oder dem mageren Betrieb geglättet. Dieser Ansatz wird schnellere Übergänge zurück zu der SI-Verbrennung schaffen, er kann aber dazu neigen, weniger effizient als das erste Steuersystem und -verfahren zu sein.
Bei einem dritten Steuersystem und -verfahren (HCCI-Übergangs-Zustandsablauf – schnelle Übergänge ohne Volumenanpassung) basieren die Übergänge auf einer schnellen Drossel- und Nocken-Phaseneinstellung unter Verwendung der Verstellung des Zündzeitpunkts nach spät oder des mageren Betriebs. Das dritte Steuersystem und -verfahren neigt dazu, weniger effizient als das erste oder das zweite Steuersystem und -verfahren zu sein, es neigt aber dazu, schnellere Übergänge zu schaffen.
Für alle Übergänge kann ein Vor-Modus für HCCI verwendet werden, um ein Umschalten auf Nockenprofile mit niedrigem Hub und den Übergang in die HCCI abzustimmen.
Nun auf 1A Bezug nehmend, ist ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsystems 100 dargestellt. Das Motorsystem 100 weist einen Motor 102 auf, der ein Luft/Kraftstoffgemisch verbrennt, um ein Antriebsdrehmoment für ein Fahrzeug basierend auf einem Fahrereingabemodul 104 zu erzeugen. Der Motor kann ein Motor mit direkter Zündung sein. Luft wird durch ein Drosselventil 112 in einen Ansaugkrümmer 110 gesaugt. Ein Motorsteuermodul (ECM) 114 befiehlt einem Drosselaktuatormodul 116, das Öffnen des Drosselventils 112 zu regeln, um die Luftmenge zu steuern, die in den Ansaugkrümmer 110 gesaugt wird.
Luft wird aus dem Ansaugkrümmer 110 in Zylinder des Motors 102 gesaugt. Während der Motor 102 mehrere Zylinder aufweisen kann, ist zu Darstellungszwecken ein einzelner repräsentativer Zylinder 118 gezeigt. Lediglich beispielhaft kann der Motor 102 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 und/oder 12 Zylinder aufweisen.
Luft aus dem Ansaugkrümmer 110 wird durch ein Einlassventil 122 in den Zylinder 118 gesaugt. Das ECM 114 steuert die durch ein Kraftstoffeinspritzsystem 124 eingespritzte Kraftstoffmenge. Das Kraftstoffeinspritzsystem 124 kann Kraftstoff an einem zentralen Ort in den Ansaugkrümmer 110 einspritzen, oder es kann Kraftstoff an mehreren Orten in den Ansaugkrümmer 110 einspritzen, wie z. B. in der Nähe des Einlassventils jedes der Zylinder. Alternativ kann das Kraftstoffeinspritzsystem 124 Kraftstoff direkt in die Zylinder einspritzen.
Der eingespritzte Kraftstoff vermischt sich mit Luft und erzeugt ein Luft/Kraftstoffgemisch in dem Zylinder 118. Ein Kolben (nicht gezeigt) in dem Zylinder 118 komprimiert das Luft/Kraftstoffgemisch. Basierend auf einem Signal von dem ECM 114 aktiviert ein Zündfunken-Aktuatormodul 126 eine Zündkerze 128 in dem Zylinder 118, die das Luft/Kraftstoffgemisch zündet. Der Zeitpunkt des Zündfunkens kann relativ zu der Zeit spezifiziert werden, zu der sich der Kolben an seiner obersten Position befindet, bezeichnet als oberer Totpunkt (TDC).
Die Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemischs treibt den Kolben abwärts, wodurch eine rotierende Kurbelwelle (nicht gezeigt) angetrieben wird. Der Kolben beginnt dann, sich wieder aufwärts zu bewegen, und treibt die Nebenprodukte der Verbrennung durch ein Auslassventil 130 heraus. Die Nebenprodukte der Verbrennung werden mittels eines Abgassystems 134 aus dem Fahrzeug ausgestoßen.
Das Einlassventil 122 kann durch eine Einlassnockenwelle 140 gesteuert werden, während das Auslassventil 130 durch eine Auslassnockenwelle 142 gesteuert werden kann. Bei verschiedenen Implementierungen können mehrere Einlassnockenwellen mehrere Einlassventile pro Zylinder und/oder die Einlassventile mehrerer Reihen von Zylindern steuern. Auf ähnliche Weise können mehrere Auslassnockenwellen mehrere Auslassventile pro Zylinder und/oder die Auslassventile mehrerer Reihen von Zylindern steuern.
Die Zeit, zu der das Einlassventil 122 geöffnet wird, kann durch einen Einlass-Nockenphasensteller 148 bezogen auf den Kolben-TDC variiert werden. Die Zeit, zu der das Auslassventil 130 geöffnet wird, kann durch einen Auslass-Nockenphasensteller 150 bezogen auf den Kolben-TDC variiert werden. Ein Phasensteller-Aktuatormodul 158 steuert den Einlass-Nockenphasensteller 148 und den Auslass-Nockenphasensteller 150 basierend auf Signalen von dem ECM 114. Das Hubaktuatormodul 120 stellt den Betrag des Ventilhubs hydraulisch oder unter Verwendung anderer Verfahren ein.
Das Motorsystem 100 kann ein Abgasrückführungsventil (AGR-Ventil) 170 aufweisen, das Abgas selektiv zurück zu dem Ansaugkrümmer 110 zurückleitet. Das Motorsystem 100 kann die Drehzahl der Kurbelwelle in Umdrehungen pro Minute (RPM) unter Verwendung eines RPM-Sensors 180 messen. Die Temperatur des Motorkühlmittels kann unter Verwendung eines Motorkühlmittel-Temperatursensors (ECT-Sensors) 182 gemessen werden. Der ECT-Sensor 182 kann in dem Motor 102 oder an anderen Orten angeordnet sein, an denen das Kühlmittel zirkuliert, wie z. B. einem Kühler (nicht gezeigt).
Der Druck in dem Ansaugkrümmer 110 kann unter Verwendung eines Krümmerabsolutdrucksensors (MAP-Sensors) 184 gemessen werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann ein Motorvakuum gemessen werden, wobei das Motorvakuum die Differenz zwischen dem Umgebungsluftdruck und dem Druck in dem Ansaugkrümmer 110 ist. Die Luftmasse, die in den Ansaugkrümmer 110 strömt, kann unter Verwendung eines Luftmassenstromsensors (MAF-Sensors) 186 gemessen werden.
Das ECM 114 kann eine gemessene Luft pro Zylinder (APC) basierend auf dem MAF-Signal berechnen, das von dem MAF-Sensor 186 erzeugt wird. Das ECM 114 kann eine gewünschte APC basierend auf den Motorbetriebsbedingungen, einer Betreibereingabe oder anderen Parametern schätzen. Das Drosselaktuatormodul 116 kann die Position des Drosselventils 112 unter Verwendung eines oder mehrerer Drosselpositionssensoren (TPS) 190 überwachen. Die Umgebungstemperatur der Luft, die in das Motorsystem 100 gesaugt wird, kann unter Verwendung eines Ansaugluft-Temperatursensors (IAT-Sensors) 192 gemessen werden. Das ECM 114 kann Signale von den Sensoren verwenden, um Steuerentscheidungen für das Motorsystem 100 zu treffen.
Um abstrakt auf die verschiedenen Steuermechanismen des Motors 102 Bezug zu nehmen, kann jedes System, das einen Motorparameter variiert, als ein Aktuator bezeichnet werden. Beispielsweise kann das Drosselaktuatormodul 116 die Klappenposition und damit die Öffnungsfläche des Drosselventils 112 ändern. Das Drosselaktuatormodul 116 kann daher als ein Aktuator bezeichnet werden, und die Öffnungsfläche der Drossel kann als eine Aktuatorposition bezeichnet werden.
Auf ähnliche Weise kann das Zündfunken-Aktuatormodul 126 als ein Aktuator bezeichnet werden, während die entsprechende Aktuatorposition ein Betrag einer Zündfunken-Vorverstellung oder Verstellung des Zündzeitpunkts nach spät ist. Andere Aktuatoren umfassen das AGR-Ventil 170, das Phasensteller-Aktuatormodul 158 und das Kraftstoffeinspritzsystem 124. Der Ausdruck Aktuatorposition bezogen auf diese Aktuatoren kann der AGR-Ventilöffnung, den Einlass- und Auslass-Nockenphasenstellerwinkeln bzw. dem Luft/Kraftstoffverhältnis entsprechen.
Nun auf 1B Bezug nehmend, ist ein Funktionsblockdiagramm eines Ventilhub-Steuerkreises 250 gezeigt. Der Ventilhub-Steuerkreis 250 weist eine Einlass/Auslassventilbaugruppe 252 auf, die mittels einer Ölpumpe 256 Öl aus einem Ölreservoir 254 empfängt. Das Öl wird vor dem Empfang durch die Ventilbaugruppe 252 durch einen Ölfilter 258 gefiltert. Das Steuermodul steuert einen Hubbetrieb der Einlass- und Auslassventile 260, 262 der Ventilbaugruppe 252.
Die Ventilbaugruppe 252 umfast die Einlass- und Auslassventile 260, 262, die offene und geschlossene Zustände aufweisen und mittels einer oder mehrerer Nockenwellen 264 betätigt werden. Eine fest zugeordnete Einlassnockenwelle und eine fest zugeordnete Auslassnockenwelle können umfasst sein. Bei einer anderen Ausführungsform können die Einlass- und Auslassventile 260, 262 eine gemeinsame Nockenwelle teilen. Wenn sie sich in einem offenen Zustand befinden, können die Einlass- und Auslassventile 260, 262 in verschiedenen Hubzuständen arbeiten.
Die Ventilbaugruppe 252 weist auch Einstelleinrichtungen 270 für den Ventilhubzustand auf. Die Einstelleinrichtungen 270 für den Hubzustand können Öldruck-Steuerventile 272 und Ventilhub-Steuerventile aufweisen, wie beispielsweise Solenoide 274. Andere Einstelleinrichtungen 276 für den Hubzustand, wie beispielsweise Hubstifte, Hebel, Kipphebel, Federn, Verriegelungsmechanismen, Stößel und dergleichen, können umfasst sein.
Der Ventilhub-Steuerkreis 250 kann einen Öltemperatursensor 280 und/oder einen Öldrucksensor 282 umfassen. Das Steuermodul gibt ein Signal an die Öldruck-Steuerventile 272 basierend auf Temperatur- und Drucksignalen aus, die von den Temperatur- und Drucksensoren 280, 282 empfangen werden.
Nun auf 1C Bezug nehmend, kann das Motorsteuermodul 114 ein MAP-Steuermodul 290 mit einem MAP-Steuermodus (MM) umfassen. Der MM kann auf einen SI- und einen HCCI-Modus gesetzt werden. Das Motorsteuermodul 114 umfasst ein Kraftstoff-Lieferungsmodul 292 mit einem Kraftstoff-Lieferungsmodus (FM). Das Kraftstoff-Lieferungsmodul 292 kann den FM zwischen einem SI-, einem geschichteten und einem HCCI-Modus umschalten. Das Kraftstoff-Lieferungsmodul 292 kann die Art, den Zeitpunkt und/oder die Menge der Kraftstofflieferung ermitteln.
Das Motorsteuermodul 114 umfasst ein Verbrennungssteuermodul 294 mit einem Verbrennungsmodus (CM). Das Verbrennungsmodul 294 kann den CM zwischen einem SI-, einem HCCI- und einem Vor-HCCI-Modus umschalten und ein SI-Steuermodul 294(a), ein Vor-HCCI-Steuermodul 294(b) und ein HCCI-Steuermodul 294(c) umfassen.
Das Motorsteuermodul 114 umfasst ein Zündfunken-Lieferungsmodul 296 mit einem Zündfunken-Lieferungsmodus (SM). Das Zündfunken-Lieferungsmodul 296 kann den SM zwischen einem SI-Modus, einem SI-Modus mit Verstellung nach spät, einem geschichteten Modus und einem HCCI-Modus umschalten. Das Zündfunken-Lieferungsmodul 296 kann den Zeitpunkt und die Dauer des Zündfunkens ermitteln.
Das Motorsteuermodul 114 umfasst ein Kraftstoff-Berechnungsmodul 297 mit einem Kraftstoff-Berechnungsmodus (FC). Das Kraftstoffberechnungsmodul 297 kann den FC zwischen einem luftgeführten und einem kraftstoffgeführten Modus umschalten. In dem luftgeführten Modus wird der Kraftstoff basierend auf der Luft gesteuert. In dem kraftstoffgeführten Modus wird die Luft basierend auf dem gemessenen oder gelieferten Kraftstoff gesteuert.
Das Motorsteuermodul 114 umfasst ein Phasensteller-Steuermodul 298 mit einem Phasensteller-Steuermodus (PM). Das Phasensteller-Steuermodul 298 kann den PM zwischen einem SI- und einem HCCI-Modus umschalten. Das Phasensteller-Steuermodul 298 kann die Nockenphasenlage ermitteln.
Das Motorsteuermodul 144 umfasst ein Hubsteuermodul 299 mit einem Hubsteuermodus (LM). Das Hubsteuermodul 299 kann den LM zwischen einem Modus mit hohem und einem Modus mit niedrigem Ventilhub umschalten.
Nun auf 2 Bezug nehmend, umfasst ein erstes Steuersystem und -verfahren (HCCI-Übergangsvorgang – Eintritts- und Ausstiegsübergänge mit Volumenanpassung) eine Volumenanpassung, um während SI-zu-HCCI- und auch HCCI-zu-SI-Übergängen eine Luftladung mit dem MAP und Nockenphasenstellern zu steuern. Die Notwendigkeit einer Drehmomentglättung mittels einer Verstellung des Zündzeitpunkts nach spät oder eines mageren Betriebs wird minimiert.
Die Steuerung beginnt bei Zustand 300, bei dem der Motor in dem SI-Modus mit den Einlass- und/oder Auslassventilen in dem Zustand mit hohem Hub arbeitet. Wenn HCCI-Bedingungen erfüllt sind (Bedingung 305), geht die Steuerung zu Schritt 310 über. Bei Zustand 310 können die Volumenanpassung mit einem vorbestimmten Volumen für ein Eintreten in den HCCI-Modus und abgestimmte Phasensteller sowie eine abgestimmte Drossel für die Drehmomentglättung verwendet werden. Das vorbestimmte Volumen entspricht einer Luftmenge, der während der Ventilöffnung erlaubt wird, in den Zylinder gesaugt zu werden. Das Volumen kann sich ändern und hängt von den Eigenschaften des Motors ab. Eine Stöchiometrie mit Verstellung des Zündzeitpunkts nach spät oder ein geschichteter Betrieb können ebenso für die Drehmomentglättung verwendet werden. Die Einlass- und/oder Auslassventile befinden sich in dem Zustand mit hohem Hub.
Wenn das Volumen an das vorbestimmte Volumen angepasst ist oder eine vorbestimmte Zeitüberschreitung auftritt (Bedingung 315), geht die Steuerung zu Zustand 320 über. Bei Zustand 320 befindet sich der Motor in einem Vor-Modus für HCCI (Vor-HCCI-Modus). Die Verstellung des Zündzeitpunkts nach spät oder der geschichtete Betrieb können verwendet werden. Den Einlass- und/oder Auslassventilen wird der Zustand mit niedrigem Hub befohlen.
Wenn der niedrige Hub erreicht wird und Vor-Bedingungen für HCCI erfüllt sind (Bedingung 325), geht die Steuerung zu Zustand 330 über. Bei Zustand 330 arbeitet der Motor in dem HCCI-Modus mit Einlass- und/oder Auslassventilen in dem Zustand mit niedrigem Hub. Die Steuerung kann auch von den Zuständen 310, 320 und 330 zu Zustand 345 übergehen, wenn die Bedingungen 335, 340 bzw. 346 erfüllt sind. Den Bedingungen 335, 340 und 346 entspricht, dass die HCCI-Bedingungen nicht erfüllt sind.
Bei Zustand 345 verwendet die Steuerung die Volumenanpassung, um ein vorbestimmtes Volumen anzupassen, das einem Verlassen des HCCI-Modus entspricht, abgestimmte Phasensteller und eine abgestimmte Drossel, um das Drehmoment zu glätten. Wenn das Volumen angepasst ist oder eine vorbestimmte Zeitüberschreitung auftritt (Zustand 350), geht die Steuerung zu Zustand 355 über. Bei Zustand 355 geht die Steuerung zu der SI über, der MAP und die Phasensteller werden auf den SI-Sollwert eingestellt, die Stöchiometrie mit Verstellung des Zündzeitpunkts nach spät oder der geschichtete Betrieb können verwendet werden. Zusätzlich wird den Einlass- und/oder Auslassventilen der Zustand mit hohem Hub befohlen. Die Steuerung geht von dem Zustand 355 zu Zustand 300 über, wenn sich die Ventile in dem Zustand mit hohem Hub befinden und der MAP erreicht ist oder eine vorbestimmte Zeitüberschreitung auftritt (Zustand 360).
Nun auf 3 Bezug nehmend, verwendet ein zweites Steuersystem und -verfahren (HCCI-Übergangsvorgang – Eintritt mit Volumenanpassung und schneller Ausstieg) die Volumenanpassung für den Eintritt in die HCCI, und schnelle, synchronisierte Übergänge werden für den Ausstieg aus der HCCI verwendet. Das Drehmoment kann mit der Verstellung des Zündzeitpunkts nach spät oder dem mageren Betrieb geglättet werden. Dieser Ansatz profitiert von schnelleren HCCI-zu-SI-Übergängen und kann dazu neigen, weniger effizient als das erste Steuersystem und -verfahren zu sein.
Die Steuerung beginnt mit Zustand 400, bei dem der Motor in den SI-Modus mit den Einlass- und/oder Auslassventilen in dem Zustand mit hohem Hub arbeitet. Wenn die HCCI-Bedingungen erfüllt sind (Bedingung 405), geht die Steuerung zu Zustand 410 über. Bei Zustand 410 können die Volumenanpassung, die abgestimmten Phasensteller und die abgestimmte Drossel, die Stöchiometrie mit Verstellung des Zündzeitpunkts nach spät oder der geschichtete Betrieb ausgeführt werden. Die Einlass- und/oder Auslassventile befinden sich in dem Zustand mit hohem Hub. Wenn das Volumen angepasst wird oder eine vorbestimmte Zeitüberschreitung auftritt (Bedingung 415), geht die Steuerung zu Zustand 420 über. Bei Zustand 420 wird der Vor-HCCI-Modus ausgewählt. Die Verstellung des Zündzeitpunkts nach spät oder der geschichtete Betrieb können verwendet werden. Den Einlass- und/oder Auslassventilen wird der Zustand mit niedrigem Hub befohlen.
Wenn der Zustand mit niedrigem Hub erreicht ist und die Vor-HCCI abgeschlossen ist (Bedingung 425), geht die Steuerung zu Zustand 430 über. Bei Zustand 430 arbeitet der Motor in dem HCCI-Modus mit den Einlass- und/oder Auslassventilen in dem Zustand mit niedrigem Hub. Die Steuerung kann auch von den Zuständen 410, 420 und 430 zu Zustand 445 übergehen, wenn die Bedingungen 450, 440 bzw. 435 erfüllt sind. Den Bedingungen 450, 440 und 435 entspricht, dass die HCCI-Bedingungen nicht erfüllt sind.
Bei Zustand 445 geht die Steuerung von der HCCI zu der SI über, befiehlt den Zustand mit hohem Hub ohne Verzögerung, setzt den MAP auf den SI-Sollwert, die Phasensteller auf einen HCCI-SI-Sollwert (Sollwert für Übergang vom HCCI- in den SI-Modus) und/oder kann die Stöchiometrie mit Verstellung des Zündzeitpunkts nach spät oder den geschichteten Betrieb verwenden. Wenn der Zustand mit hohem Hub und der MAP erreicht sind oder wenn der Zustand mit hohem Hub und eine vorbestimmte Zeitüberschreitung auftreten (Bedingung 410), fährt die Steuerung mit Zustand 400 fort.
Nun wird auf 4 Bezug genommen, ein drittes Steuersystem und -verfahren (HCCI-Übergangsvorgang – schnelle Übergänge ohne Volumenanpassung). Die Übergänge basieren auf einer schnellen Drossel- und Nockenphasen-Einstellung unter Verwendung der Verstellung des Zündzeitpunkts nach spät oder dem mageren Betrieb. Das dritte Steuersystem und -verfahren neigt dazu, weniger effizient als das erste oder das zweite Steuersystem und -verfahren zu sein, aber es neigt dazu, schnellere Übergänge zu schaffen.
Die Steuerung beginnt bei Zustand 500, bei dem der Motor in den SI-Modus mit den Einlass- und/oder Auslassventilen in dem Zustand mit hohem Hub arbeitet. Wenn die HCCI-Bedingungen erfüllt sind (Bedingung 505), geht die Steuerung zu Zustand 510 über. Bei Zustand 510 wird eine MAP-Anpassung ausgeführt, der Zündfunken basiert auf der SI mit Verstellung nach spät, oder eine Drehmomentglättung mit magerem Betrieb wird ausgeführt. Der MAP wird auf den HCCI-Sollwert gesetzt und die Phasensteller werden auf einen SI-HCCI-Sollwert (Sollwert für Übergang vom SI- in den HCCI-Modus) gesetzt. Die Sollwerte werden während Motorkalibrierungen experimentell ermittelt. Die Einlass- und/oder Auslassventile bleiben in dem Zustand mit hohem Hub.
Wenn die MAP- und Phasensteller-Sollwerte erfüllt sind oder eine vorbestimmte Zeitüberschreitung auftritt (Bedingung 515), fährt die Steuerung mit Zustand 520 fort. Bei Zustand 520 befindet sich der Motor in dem Vor-HCCI-Modus. Die Verstellung des Zündzeitpunkts nach spät oder die Drehmomentglättung durch mageren Betrieb werden verwendet. Den Einlass- und/oder Auslassventilen wird der Zustand mit niedrigem Hub befohlen. Wenn der Zustand mit niedrigem Hub erreicht ist und die Vor-HCCI abgeschlossen ist (Bedingung 525), geht die Steuerung zu Zustand 530 über. Bei Zustand 530 wird der Motor in dem HCCI-Modus betrieben, und die Einlass- und/oder Auslassventile befinden sich in dem Zustand mit niedrigem Hub. Die Steuerung kann auch von den Zuständen 510, 520 und 530 zu Zustand 545 übergehen, wenn die Bedingungen 560, 555 bzw. 535 erfüllt sind. Den Bedingungen 560, 555 und 535 entspricht, dass die HCCI-Bedingungen nicht erfüllt sind.
Bei Zustand 545 geht die Steuerung von der HCCI zu der SI über. Den Einlass- und/oder Auslassventilen wird der Zustand mit hohem Hub ohne Verzögerung befohlen. Die SI kann mit der Verstellung des Zündzeitpunkts nach spät oder mit der Drehmomentglättung durch mageren Betrieb verwendet werden. Der MAP wird auf dem SI-Sollwert gesetzt. Die Phasensteller werden auf den HCCI-SI-Sollwert gesetzt. Die Stöchiometrie mit Verstellung nach spät oder der geschichtete Betrieb können verwendet werden. Wenn der Zustand mit hohem Hub und der MAP erreicht sind oder eine vorbestimmte Zeitüberschreitung auftreten (Bedingung 565), geht die Steuerung zu Zustand 500 über.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Motors (102), umfassend: Betreiben des Motors (102) in einem Funkenzündungsmodus (SI-Modus) in einem Zustand mit hohem Ventilhub; Eintreten in einen Anpassungsvorgang, wenn Bedingungen für einen Modus mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Modus) erfüllt sind, wobei der Anpassungsvorgang umfasst, dass: i) ein Luftvolumen, das in einen Zylinder angesaugt wird, auf ein vorbestimmtes Volumen zum Eintreten in den HCCI-Modus angepasst wird und dabei Nockenphasensteller (148, 150) sowie eine Drossel (112) zur Drehmomentglättung abgestimmt werden oder ii) ein Krümmerabsolutdruck (MAP) auf einen HCCI-Sollwert eingestellt wird, die Nockenphasensteller (148, 150) auf einen Sollwert für einen Übergang zwischen dem SI- und dem HCCI-Modus eingestellt werden und gleichzeitig zur Drehmomentglättung entweder ein Zündzeitpunkt nach spät verstellt wird oder ein magerer Betrieb ausgeführt wird; wenn die Bedingungen für den HCCI-Modus weiterhin erfüllt sind, Eintreten in einen Vor-Modus für homogene Kompressionszündung mit: i) zusätzlichem Ausführen einer Verstellung des Zündzeitpunkts nach spät, eines geschichteten Betriebs oder eines mageren Betriebs, wenn der Anpassungsvorgang das Anpassen des Luftvolumens umfasst, und ii) Befehlen eines Zustands mit niedrigem Ventilhub; und wenn die Bedingungen für den HCCI-Modus weiterhin erfüllt sind, nach Erreichen des Zustands mit niedrigem Ventilhub Eintreten in den HCCI-Modus.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Eintreten in den Anpassungsvorgang mit Anpassen des Luftvolumens ein Glätten eines Drehmoments umfasst, indem Stöchiometrie mit einer Verstellung des Zündzeitpunkts nach spät oder ein geschichteter Betrieb erreicht wird, während ein Zustand mit hohem Ventilhub aufrechterhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, dass, wenn die Bedingungen für den HCCI-Modus nicht länger erfüllt sind, der Krümmerabsolutdruck zu einem SI-Sollwert gesteuert wird, die Nockenphasensteller (148, 150) zu einem SI-Sollwert gesteuert werden, Stöchiometrie mit Verstellung des Zündzeitpunkts nach spät oder ein geschichteter Betrieb ausgeführt wird und ein hoher Ventilhub befohlen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, dass, wenn die Bedingungen für den HCCI-Modus nicht länger erfüllt sind, ein Zustand mit hohem Ventilhub ohne Verzögerung befohlen wird.
Verfahren nach Anspruch 4, ferner umfassend, dass, wenn die Bedingungen für den HCCI-Modus nicht länger erfüllt sind, der Krümmerabsolutdruck zu einem SI-Sollwert gesteuert wird, die Nockenphasensteller (148, 150) zu einem Sollwert für einen Übergang zwischen dem HCCI- und dem SI-Modus gesteuert werden, und Stöchiometrie mit Verstellung des Zündzeitpunkts nach spät oder ein geschichteter Betrieb ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, ferner umfassend, dass, wenn die Bedingungen für den HCCI-Modus nicht länger erfüllt sind, eine Drehmomentglättung durch Verstellung des Zündzeitpunkts nach spät oder durch einen mageren Betrieb ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei, wenn der Zustand mit hohem Hub erreicht wird und der Krümmerabsolutdruck den SI-Sollwert erreicht, in einen Zustand mit hohem Ventilhub und in den SI-Modus eingetreten wird.
System zum Steuern eines Motors (102), umfassend: ein Funkenzündungsmodus-Steuermodul (SI-Modus-Steuermodul) (294(a)), das den Motor (102) in einem Funkenzündungsmodus (SI-Modus) in einem Zustand mit hohem Ventilhub betreibt; ein Steuermodul für einen Vor-Modus für homogene Kompressionszündung (Vor-HCCI-Modus-Steuermodul) (294(b)), das einen Anpassungsvorgang steuert, wenn Bedingungen für einen Modus mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Modus) erfüllt sind, indem es: i) ein Luftvolumen, das in einen Zylinder angesaugt wird, auf ein vorbestimmtes Volumen zum Eintreten in den HCCI-Modus anpasst und dabei Nockenphasensteller (148, 150) sowie eine Drossel (112) zur Drehmomentglättung abstimmt oder ii) einen Krümmerabsolutdruck (MAP) auf einen HCCI-Sollwert einstellt, die Nockenphasensteller (148, 150) auf einen Sollwert für einen Übergang zwischen dem SI- und dem HCCI-Modus einstellt und gleichzeitig zur Drehmomentglättung entweder einen Zündzeitpunkt nach spät verstellt oder einen magerer Betrieb ausführt; wobei das Vor-HCCI-Modus-Steuermodul) (294(b)) dann, wenn die Bedingungen für den HCCI-Modus weiterhin erfüllt sind, den Motor (102) in einem Vor-Modus für homogene Kompressionszündung betreibt, bei dem es zusätzlich eine Zündfunkenverstellung nach spät, einen geschichteten Betrieb oder einen mageren Betrieb ausführt, wenn der Anpassungsvorgang das Anpassen des Luftvolumens umfasst, und einen Zustand mit niedrigem Ventilhub befiehlt; und ein HCCI-Modus-Steuermodul (294(c)), das dann, wenn die Bedingungen für den HCCI-Modus weiterhin erfüllt sind, den Motor (102) nach Erreichen des Zustands mit niedrigem Ventilhub in dem HCCI-Modus betreibt.
System nach Anspruch 8, wobei das Vor-HCCI-Modus-Steuermodul (294(b)) ein Drehmoment glättet, indem Stöchiometrie mit einer Verstellung des Zündzeitpunkts nach spät oder ein geschichteter Betrieb erreicht wird, während ein Zustand mit hohem Ventilhub aufrechterhalten wird.
System nach Anspruch 8, wobei das HCCI-Steuermodul (294(c)) befiehlt, dass der Krümmerabsolutdruck zu einem SI-Sollwert gesteuert wird, die Nockenphasensteller (148, 150) zu einem SI-Sollwert gesteuert werden, Stöchiometrie mit Verstellung des Zündzeitpunkts nach spät oder ein geschichteter Betrieb ausgeführt wird und ein hoher Ventilhub eingestellt wird, wenn die Bedingungen für den HCCI-Modus nicht länger erfüllt sind.
System nach Anspruch 8, wobei das HCCI-Steuermodul (294(c)) einen Zustand mit hohem Ventilhub ohne Verzögerung befiehlt, wenn die Bedingungen für den HCCI-Modus nicht länger erfüllt sind.