DE102009029383A1 - Verfahren und Steuergerät zum Betrieb eines selbstzündenden Ottomotors - Google Patents
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Abstract
Vorgestellt wird ein Verfahren zum Betrieb eines selbstzündenden Ottomotors (OM) mit mindestens einem Einlassventil (14), mit einem oder mehreren variabel gesteuerten Auslassventilen (15), mit einem Sensor (21) zur kontinuierlichen Erfassung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (λ) des Ottomotors (OM) und mit einem Sensor (22) zur Erfassung einer Drehzahl n des Ottomotors (OM), wobei der Kraftstoff direkt in wenigstens einen Brennraum (10) eingespritzt wird und der Ottomotor (OM) derart betrieben wird, dass sich ein gewünschter Verbrennungsschwerpunkt (MFB) einstellt. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der Selbzündzeitpunkt des Kraftstoffs über einen Einspritzzeitpunkt in Abhängigkeit von einem Verbrennungsschwerpunkt (MFB) beeinflusst wird. Ein unabhängiger Anspruch richtet sich auf ein zur Steuerung des Ablaufs des Verfahrens eingerichtetes Steuergerät.
Description
- Stand der Technik
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Steuergerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
- Solche Gegenstände sind bereits aus der Druckschrift
10 2006 041 467 A1 bekannt. Diese Schrift beschreibt ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, bei dem Kraftstoff direkt in einen Zylinder eingespritzt und mit Luft chemisch umgesetzt wird. Die Verbrennung des Kraftstoffs erfolgt durch ein ottomotorisches Selbstzündungsverfahren. - Die ottomotorische Selbstzündung (Controlled Auto Ignition – CAI) bietet im Teillastbereich ein hohes Potential zur Kraftstoffverbrauchsreduzierung bei gleichzeitig niedrigen Emissionen. Daher wird dieses Brennverfahren derzeit intensiv untersucht. Bei der ottomotorischen Selbstzündung wird ein homogenes Luft-Kraftstoff-Gemisch verdichtet. Dieses zündet selbst, sobald eine ausreichend hohe Temperatur und ein entsprechender Druck im Brennraum erreicht sind.
- Dabei wird die für die Selbstzündung des Luft-Kraftstoff-Gemischs erforderliche Gemischtemperatur durch Beibehaltung von heißem Restgas aus dem vorhergehenden Arbeitszyklus im Zylinder erreicht. Eine solche Abgasbeibehaltung wird dadurch erzielt, dass ein variabel steuerbares Auslassventil des Zylinders weit vor Erreichen des Gaswechsel-Oberen Totpunkts geschlossen und das im Zylinder verbliebene heiße Restgas verdichtet wird. Das Einlassventil öffnet zur Frischluftzufuhr erst, wenn im Zylinder wieder Saugrohrdruck herrscht, um Strömungsverluste zu vermeiden.
- Die Druckschrift
10 2006 041 467 A1 beschreibt ein Regelungskonzept, bei dem die Selbstzündung des Luft-Kraftstoff-Gemischs durch eine variable Aufteilung der für einen Arbeitszyklus in einen Zylinder einzuspritzenden Kraftstoffmenge auf eine Voreinspritzung und eine Haupteinspritzung gesteuert wird. Die Voreinspritzung findet vor dem oberen Totpunkt des Gaswechsels statt, und die Haupteinspritzung erfolgt während der nachfolgenden Ansaugphase. Die beim Ende der weiter nachfolgenden Kompression erreichte Temperatur der Zylinderfüllung steigt nach derDE 10 2006 041 467 A1 mit zunehmendem Anteil der Voreinspritzung. Bei einer Variation des Anteils des Voreinspritzung zwischen 0% und 10% wurde ein Unterschied in der Verdichtungsendtemperatur von ca. 60 K beobachtet. - Zur Steuerung der Verbrennung sieht das Reglerkonzept der
DE 10 2006 041 467 A1 eine Kombination aus einem Regler für den indizierten Mitteldruck, einem Lambdaregler und einem Regler für die Verbrennungslage vor. - Der Regler für den indizierten Mitteldruck gibt als Stellgröße die Haupteinspritzdauer und damit die mit der Haupteinspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge aus. Mit dieser Stellgröße wird die Last geregelt. Mit anderen Worten: Das gewünschte Drehmoment wird mit dieser Stellgröße eingestellt.
- Der Lambdaregler verarbeitet das Signal einer Lambdasonde zu einer Stellgröße, mit der die Phasenlage einer Auslassnockenwelle und damit der Restgasgehalt im Zylinder eingestellt wird.
- Der Regler für die Verbrennungslage arbeitet mit dem 50%-Umsatzpunkt des Heizverlaufs als Eingangsgröße. Bei zu später Lage des 50%-Umsatzpunktes wird die Voreinspritzdauer erhöht, während sie bei zu früher Lage verringert wird. Die Lage des 50%-Umsatzpunktes wird aus zylinderindividuellen Brennrauminformationen abgeleitet, die von zylinderindividuellen Zylinderdrucksensoren oder Ionenstromsensoren bereitgestellt werden.
- Ausgehend vom Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, auf möglichst einfache und wirtschaftliche Weise einen wirkungsgradoptimierten Betrieb des Ottomotors durch eine möglichst magere Gemischzusammensetzung einzustellen, wobei die Selbstzündtemperatur bereitgestellt und die Verbrennungslage optimiert werden muss.
- Diese Aufgabe wird jeweils mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
- Dabei wird hier unter dem Verbrennungsschwerpunkt MFB50% der Zeitpunkt verstanden, bei dem 50% des Kraftstoffs verbrannt worden sind. Dadurch, dass ein Schätzwert MFB50%λ für den Verbrennungsschwerpunkt MFB50% in Abhängigkeit von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ des Ottomotors und von der Drehzahl n des Ottomotors ermittelt wird, kann auf zylinderindividuelle Druck- und/oder Ionenstromsensoren, wie sie beim Gegenstand der
DE 10 2006 041 467 A1 erforderlich sind, verzichtet werden. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ wird aus dem Abgas des Ottomotors mittels einer bereits vorhandenen Lambdasonde ermittelt. Auch die Drehzahl n des Ottomotors wird üblicherweise mittels eines bereits vorhandenen Drehzahlsensors bestimmt. Somit kann der aktuelle Verbrennungsschwerpunkt mit Hilfe von ohnehin ermittelten Messwerten der Lambdasonde beziehungsweise des Drehzahlsensors bestimmt werden und es sind dafür keine zusätzlichen Sensoren erforderlich. Die Erfindung erlaubt damit eine Mehrfachnutzung der ohnehin vorhandenen Sensorik für eine Bestimmung des Verbrennungsschwerpunktes MFB50%. - Vorteilhafterweise wird zur Ermittlung des Verbrennungsschwerpunkts MFB50% ein Kennfeld eingesetzt.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Selbstzündzeitpunkt des Kraftstoffs über eine Beeinflussung eines Einspritzbeginns in Abhängigkeit von einem Schätzwert MFB50%λ für den Verbrennungsschwerpunkt MFB50% beeinflusst.
- Vorteilhafterweise wird der Ventilaktor des mindestens einen Auslassventils in Abhängigkeit von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ des Ottomotors beeinflusst.
- Vorzugsweise wird ein auf eine Kolbenbewegung bezogener Zeitpunkt, zu dem das Auslassventil geschlossen wird, in Abhängigkeit von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ des Ottomotors geregelt.
- Die Regelung ermöglicht es somit, ein gewünschtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einem Zylinder des Ottomotors einzustellen, indem bei gleichbleibendem Öffnungsvorgang der Beginn und/oder das Ende des Schließvorgangs des Auslassventils des jeweiligen Zylinders vorgegeben werden. Der Schließvorgang des Auslassventils wird dabei derart gesteuert, dass er vor Erreichen des oberen Totpunkts durch den Kolben beendet ist. Dadurch verbleibt ein Teil des heißen Abgases im Zylinder und wird zusätzlich komprimiert, wodurch die Temperatur des Gemischs, das sich durch die nachfolgende Frischluftzufuhr über das geöffnete Einlassventil und die Kraftstoffeinspritzung bildet, erhöht wird.
- Vorzugsweise wird für ein schnelleres Einstellen eines vorgegebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses λ im Rahmen einer Regelung eine Vorsteuerung eingesetzt.
- Offenbarung der Erfindung
- Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Übersicht über an der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beteiligte Aktoren und Sensoren, -
2 ein Diagramm mit einem Druckverlauf in einem Zylinder eines selbstzündenden Ottomotors mit negativer Ventilüberlappung und -
3 ein Blockschaltbild mit einem erfindungsgemäßen Regelungskonzept zur Einstellung des Verbrennungsschwerpunkts. -
1 stellt die Komponenten dar, die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem selbstzündenden Ottomotor OM zusammenwirken, sowie die zugehörigen Datenflüsse. Ein Kolben11 eines Zylinders10 treibt über eine Pleuelstange12 eine Kurbelwelle13 des Ottomotors OM an. Über einen Lufteinlasskanal16 wird Frischluft in den Zylinder10 angesaugt, wobei die Frischluft durch ein Einlassventil14 gelangt, dessen Steuerzeiten von einem Einlassventilaktor17 vorgegeben werden. Ein Injektor18 spritzt auf ein Kommando IN eines Steuergeräts SG Kraftstoff in den Zylinder10 , so dass sich dort ein Luft-Kraftstoff-Gemisch bildet, das anschließend verbrennt und dabei den Kolben11 antreibt. Über einen Abgaskanal20 wird hierbei entstandenes Abgas aus dem Zylinder10 ausgestoßen. Der Abgasausstoß wird über ein Auslassventil15 gesteuert, das von einem Auslassventilaktor19 betätigt wird. Hierzu erhält der Auslassventilaktor19 von dem Steuergerät SG insbesondere ein Schließsignal EVC (Exhaust Valve Closing), mit dem ein vorher aufgesteuertes Auslassventil geschlossen wird. Eine Lambdasonde21 ermittelt im ausgestoßenen Abgas das Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ des Gemischs und übergibt einen entsprechenden Messwert λactual an das Steuergerät SG. Außerdem erhält das Steuergerät SG die aktuelle Drehzahl n des Ottomotors OM, die von einem Drehzahlsensor22 erfasst wird. Im übrigen ist das Steuergerät (SG) dazu eingerichtet, insbesondere dazu programmiert, den Ablauf des hier vorgestellten Verfahrens und/oder einer seiner Ausgestaltungen zu steuern. Das Zusammenspiel der einzelnen Komponenten im Rahmen eines selbstzündenden Brennverfahrens wird nachfolgend anhand der2 detailliert beschrieben. -
2 zeigt als Diagramm einen Zylinderdruckverlauf1 im Rahmen des selbstzündenden Brennverfahrens des 4-Takt-Ottomotors OM in Abhängigkeit von einem Kurbelwellenwinkel φ (horizontale Achse). Außerdem zeigt das Diagramm der2 einen Ventilhub5 des Einlassventils14 und einen Ventilhub3 des Auslassventils15 , beide ebenfalls in Abhängigkeit von dem Kurbelwellenwinkel φ. Auf der vertikalen Achse sind der Druck p sowie der Ventilhub h qualitativ aufgetragen. - Das in
2 dargestellte selbstzündende Brennverfahren mit Abgasrückhaltung umfasst vier Takte, die jeweils unterschiedlichen Winkellagen zugeordnet werden können: Ansaugtakt (0°–180°), Verdichtungstakt (180°–360°), Arbeitstakt (360°–540°) und Ausstoßtakt (–180°–0°). Zu Beginn des Ansaugtakts findet bei einem mit dem Bezugszeichen9 bezeichneten Kurbelwellenwinkelwert eine Einspritzung von Kraftstoff in das verdichtete und heiße Restgas in dem Zylinder10 statt. Herrscht im Zylinder10 Saugrohrdruck, wird das Einlassventil14 geöffnet, um Frischluft anzusaugen. Im Rahmen des anschließenden Verdichtungstakts wird zunächst das Einlassventil14 des Zylinders10 geschlossen und anschließend das im Zylinder10 befindliche Luft-Kraftstoff-Restgasgemisch verdichtet. Durch den Kompressionsvorgang steigt die Gemischtemperatur an, bis die Zündtemperatur am Ende des Verdichtungstakts erreicht ist. Das Gemisch beginnt annähernd gleichzeitig im gesamten Brennraum10 zu zünden, wodurch eine durch das Gemisch laufende Flammenfront vermieden wird. Da die Wärmefreisetzung ohne hohe lokale Temperaturen stattfindet, reduziert sich die Bildung von thermischem Stickoxid drastisch. Auch nachdem der Kolben11 des Zylinders10 den Oberen Totpunkt bei φ 360° durchlaufen hat, lässt der Verbrennungsvorgang den Zylinderdruck weiter ansteigen, so dass sich ein maximaler Druck auf den Kolben11 kurz nach Beginn des Arbeitstakts bei einem Kurbelwellenwinkel φ von etwas über 360° einstellt. Kurz vor dem Ende des Arbeitstakts wird bei einem Kurbelwellenwinkel φ von etwas weniger als 540° das Auslassventil15 geöffnet und ein Großteil des heißen Abgases wird im anschließenden Ausstoßtakt durch das Auslassventil15 aus dem Zylinder10 ausgestoßen. Das Auslassventil15 wird im Ausstoßtakt bei einem Kurbelwellenwinkel φ von etwa –90° wieder geschlossen. Das Schließen erfolgt damit deutlich vor dem Zeitpunkt, zu dem der Kolben11 einen Oberen Totpunkt bei φ = 0 erreicht. Daher verbleibt ein Teil des erhitzten Abgases als Restgas im Zylinder10 . - Entscheidend bei dem beschriebenen Abgasrückhalteverfahren ist, dass durch die Abgasbeibehaltung im Zylinder
10 das Temperaturniveau für das nachfolgende Gemisch angehoben wird, damit am Ende des Verdichtungstakts die für die Selbstzündung von herkömmlichen Bezinkraftstoffen erforderliche Temperatur von etwa 1.000 Kelvin im Zylinder10 erreicht wird. - Die Erfindung stellt eine Regelung zur Optimierung der Verbrennungslage des oben beschriebenen selbstzündenden Brennverfahrens vor (
2 ). Die Regelung erfüllt dabei zwei Funktionen: zum einen stellt sie ein gefordertes Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ ein, in dem sie – bei gleichbleibendem Beginn der Öffnung des Auslassventils15 – einen auf die Kolbenbewegung bezogenen Zeitpunkt, zu dem das Auslassventil (15 ) geschlossen wird, regelt. Zum anderen regelt sie den Einspritzzeitpunkt und damit den Brennbeginn (Selbstzündzeitpunkt) sowie die Lage eines mit dem Selbstzündzeitpunkt einhergehenden Verbrennungsschwerpunkts MFB50%. Die Regelung wird vorzugsweise in dem Steuergerät SG realisiert. -
3 zeigt die erfindungsgemäße Regelung als Blockschaltbild. Die Eingangsgröße der Regelung ist ein vorgegebenes Luft-Kraftstoff-Verhältnis λset, das von einer Sollwertvorgabe40 gebildet wird. Um einen optimalen Wirkungsgrad des Verbrennungsvorgangs zu erzielen, ist eine möglichst magere Gemischzusammensetzung, d. h. ein λ > 1 anzustreben. Hierfür gibt es verschiedene Möglichkeiten: Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ kann zum einen über die Steuerzeiten des Auslassventils15 , zum anderen über die Einspritzmenge an Kraftstoff beeinflusst werden. Der erfindungsgemäßen Regelung liegt ein Sollwert eines Drehmoments zugrunde, für dessen Erzeugung eine vorbestimmte Kraftstoffmasse erforderlich ist. Daher wird das gewünschte (Frisch)-Luft-Kraftstoff-Verhältnis λset nicht über eine Veränderung des Kraftstoffanteils an Brennraumfüllungen, sondern über eine Veränderung des Frischluftanteils eingestellt. Der Frischluftanteil ergibt sich dabei als Folge einer Einstellung des Restgasanteils, also über die Menge des zurückbehaltenen Abgases aus dem vorhergehenden Arbeitszyklus, die über eine Steuerung des Schließzeitpunkts des Auslassventils15 beeinflusst wird. - Um eine möglichst magere Gemischzusammensetzung, also ein Gemisch mit einem hohen Luftanteil zu erzielen, generiert zunächst ein λ-Regler
24 in Abhängigkeit von einer Regelabweichung e zwischen dem Soll-Wert λset und dem Ist-Wert λactual einen ersten Regeleingriff. Dieser erste Regeleingriff wird vom λ-Regler24 derart gebildet, dass die Regelabweichung e minimiert wird. Der erste Regeleingriff wird mit einem ersten Basiswert, den eine Vorsteuerung26 in Abhängigkeit von λset ermittelt, durch die Verknüpfung30 beaufschlagt. Der Basiswert ergibt sich beispielsweise aus einer vorgegebenen und im Steuergerät SG abgelegten Abhängigkeit vom Sollwert λset. Der mit dem ersten Regeleingriff verknüpfte Basiswert bildet die Stellgröße EVC, die dem Auslassventilaktor19 des Ottomotors OM zugeführt wird und ein Schließen des Auslassventils15 bewirkt. Der λ-Regler24 optimiert den Schließvorgang des Auslassventils15 dahingehend, dass sich die Luftzahl des in den Zylindern des Ottomotors OM eingeschlossenen Luft-Kraftstoff-Gemisches dem Sollwert annähert. Der Sollwert ist bevorzugt so vorbestimmt, dass seine Einstellung ein sicheres Erreichen der Selbstzündtemperatur gewährleistet. Es muss also eine bestimmte Mindestmenge an heißem Restgas im Zylinder10 verbleiben, das aus einer überstöchiometrischen (Lambda größer 1) Brennraumfüllung des vorhergehenden Arbeitszyklusses stammt und noch Sauerstoff enthält. Der λ-Regler24 ermittelt dafür die entsprechende Stellgröße EVC. Im Rahmen der Regelung wird von der Lambdasonde21 auch das aktuelle Luftverhältnis λactual mittels des vom Ottomotor OM emittierten Abgases ermittelt. Der Wert λactual wird über eine feedback-Schleife durch eine Verknüpfung28 von dem Soll-Luftverhältnis λset subtrahiert, wobei die Differenz als Regelabweichung e dem Regler λ-Regler24 bereitgestellt wird. - Durch die Änderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses λ, die mittels einer Änderung des Luftanteils gegenüber dem konstant gehaltenen Kraftstoffanteil des Gemischs erfolgt, ändert sich mit dem erhitzten Restgasanteil auch die Gemischtemperatur. Dadurch ändert sich auch der Zeitpunkt, zu dem die Selbstzündtemperatur in der Kompressionsphase erreicht und/oder überschritten wird. Dieser Zeitpunkt markiert den Brennbeginn der Zylinderfüllung. Abhängig vom Brennbeginn ändert sich die Verbrennungslage und der Verbrennungsschwerpunkt MFB50% verschiebt sich. Stimmt der Verbrennungsschwerpunkt MFB50% nicht (mehr) mit dem vorgegebenen Verbrennungsschwerpunkt MFB50%set überein, so muss eine Korrektur der Verbrennungslage erfolgen. Zu diesem Zweck muss der aktuelle Verbrennungsschwerpunkt ermittelt werden.
- Dieser lässt sich ohne zusätzliche Hilfsmittel indirekt in Abhängigkeit von dem aktuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnis λactual und von der Ist-Drehzahl n des Ottomotors OM abschätzen. In einer Ausgestaltung erfolgt das Abschätzen durch einen Zugriff auf ein Kennfeld
32 , in dem Werte MFB50%λ gespeichert sind und das mit dem aktuellen Luft-Kraftstoff-Verhältniss λactual und der Ist-Drehzahl n adressiert wird. In Abhängigkeit vom geschätzten MFB50%λ Wert erfolgt dann eine Korrektur der Verbrennungslage über eine Veränderung des Einspritzzeitpunkts. - Zu diesem Zweck erhält ein Regler MFB50%-Regler
34 als Eingangssignal eine Regelabweichung k, die über eine Verknüpfung36 zwischen dem geschätzten Wert MFB50%λ und einem Soll-Verbrennungsschwerpunkts MFB50%set, der von einer Sollwertvorgabe46 vorgegeben wird, gebildet wird. Der geschätzte Wert MFB50%λ repräsentiert für die Regelung einen Istwert. Der MFB50%-Regler34 generiert aus der Regelabweichung k zur Einstellung des Einspritzzeitpunkts einen zweiten Regeleingriff, welcher derart gebildet wird, dass die Regelabweichung k minimiert wird. Der zweite Regeleingriff wird in einer Verknüpfung38 mit einem zweiten Basiswert verknüpft, der von einer Vorsteuerung42 in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Sollwert MFB50%set des Verbrennungsschwerpunkts erzeugt wird. Der mit dem zweiten Regeleingriff verknüpfte zweite Basiswert bildet einen Stellwert SOI (start of injection) für eine Aktorik44 , die in Abhängigkeit von SOI die Einspritzung über den Injektor18 aktiviert. - Wesentliche Voraussetzung für eine dynamische Einstellung des Verbrennungsschwerpunkts MFB50% ist eine schnelle Erfassung des aktuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses λactual, mit deren Hilfe der aktuelle Verbrennungsschwerpunkt abgeschätzt werden kann. In einer Ausgestaltung erfolgt eine Einspritzung erst im Ansaugtakt und/oder im Verdichtungstakt, damit sich das Restgas durch die Zwischenkompression am Ende des Ausstoßtakts nicht entzünden kann, wodurch die sich darauffolgend einstellende Gemischtemperatur beeinflusst werden würde.
- Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, eine oder auch zwei Einspritzungen in den Ladungswechseltakt und/oder in den Verdichtungstakt erfolgen zu lassen, um die insgesamt eingespritzte Kraftstoffmenge zu erhöhen. Unter dem Ladungswechseltakt wird dabei die Zwischenverdichtungsphase bei geschlossenen Ventilen
14 und15 verstanden. Außerdem ist vorstellbar, dass die Stellgrößen EVC und SOI an die zugehörigen Aktoren nicht direkt weitergeleitet werden, sondern über eine zentrale Steuerung, welche die Aktoren ansteuert. - Die Erfindung ermöglicht somit durch Rückgriff auf die ohnehin an ein Steuergerät SG übermittelten aktuellen Werte des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses λactual und der Motordrehzahl n einen wirkungsgradoptimierten Betrieb des Ottomotors OM bei einer möglichst mageren Gemischzusammensetzung, wobei durch Einstellen des Einspritzzeitpunkts die Verbrennungslage optimiert wird.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006041467 A1 [0002, 0005, 0005, 0006, 0012]
Claims (8)
- Verfahren zum Betrieb eines selbstzündenden Ottomotors (OM) mit mindestens einem Einlassventil (
14 ), mit einem oder mehreren variabel gesteuerten Auslassventilen (15 ), mit einem Sensor (21 ) zur kontinuierlichen Erfassung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (λ) des Ottomotors (OM) und mit einem Sensor (22 ) zur Erfassung einer Drehzahl n des Ottomotors (OM), wobei der Kraftstoff direkt in wenigstens einen Brennraum (10 ) eingespritzt wird und der Ottomotor (OM) derart betrieben wird, dass sich ein gewünschter Verbrennungsschwerpunkt (MFB50%set) einstellt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schätzwert (MFB50%λ) für den Verbrennungsschwerpunkt (MFB50%) in Abhängigkeit von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ) des Ottomotors (OM) und von der Drehzahl (n) des Ottomotors (OM) ermittelt wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Schätzwertes (MFB50%λ) für den Verbrennungsschwerpunkt ein Kennfeld (
32 ) eingesetzt wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Selbstzündzeitpunkt des Kraftstoffs über eine Beeinflussung eines Einspritzbeginns in Abhängigkeit von dem Schätzwert (MFB50%λ) für den Verbrennungsschwerpunkt (MFB50%) beeinflusst wird.
- Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilaktor (
19 ) des mindestens einen Auslassventils (15 ) in Abhängigkeit von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ) des Ottomotors (OM) beeinflusst wird. - Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein auf eine Kolbenbewegung bezogener Zeitpunkt, zu dem das Auslassventil (
15 ) geschlossen wird, in Abhängigkeit von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ) des Ottomotors (OM) geregelt wird. - Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass für ein schnelleres Einstellen eines vorgegebenen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (λ) im Rahmen einer Regelung eine Vorsteuerung (
26 ) eingesetzt wird. - Steuergerät (SG) zum Betrieb eines selbstzündenden Ottomotors (OM), der mindestens ein Einlassventil (
14 ), ein oder mehrere variabel gesteuerte Auslassventile (15 ), einen Sensor (21 ) zur kontinuierlichen Erfassung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (λ) des Ottomotors (OM), einen Sensor (22 ) zur Erfassung einer Drehzahl (n) des Ottomotors (OM) und einen Injektor (18 ) zur direkten Einspritzung von Kraftstoff in wenigstens einen Brennraum (10 ) aufweist, wobei das Steuergerät (SG) dazu eingerichtet ist, den Ottomotor (OM) derart zu betreiben, dass sich ein gewünschter Verbrennungsschwerpunkt (MFB50%) einstellt, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (SG) dazu eingerichtet ist, einen Schätzwert (MFB50%λ) für den Verbrennungsschwerpunkt (MFB50%) in Abhängigkeit von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ) des Ottomotors (OM) und von der Drehzahl (n) des Ottomotors (OM) zu ermitteln. - Steuergerät (SG) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es dazu eingerichtet ist, den Ablauf eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 6 zu steuern.
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AT5646U1 (de) * | 2001-08-27 | 2002-09-25 | Avl List Gmbh | Verfahren zum betrieb einer brennkraftmaschine |
US7093568B2 (en) * | 2003-01-13 | 2006-08-22 | Ford Global Technologies, Llc | Control of autoignition timing in a HCCI engine |
JP4577211B2 (ja) * | 2005-12-27 | 2010-11-10 | トヨタ自動車株式会社 | Wiebe関数パラメータの決定方法および決定装置 |
DE112007001285B4 (de) * | 2006-05-25 | 2013-02-07 | GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) | Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung des Betriebs eines Motors mit homogener Kompressionszündung |
US7742868B2 (en) * | 2007-03-27 | 2010-06-22 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Method and apparatus for controlling fuel reforming under low-load operating conditions using exhaust recompression in a homogeneous charge compression ignition engine |
US7703434B2 (en) * | 2007-06-05 | 2010-04-27 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Method and apparatus for controlling ignition timing in a compression-ignition engine operating in an auto-ignition mode |
US8718901B2 (en) * | 2007-06-22 | 2014-05-06 | Orbital Australia Pty Limited | Control of controlled-auto-ignition (CAI) combustion process |
US7412322B1 (en) * | 2007-07-27 | 2008-08-12 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Method and apparatus for engine control during auto-ignition combustion |
DE102008004360A1 (de) * | 2008-01-15 | 2009-07-16 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines selbstzündenden Verbrennungsmotors |
US8032291B2 (en) * | 2009-01-07 | 2011-10-04 | Ford Global Technologies, Llc | Method for detection of emissions levels during extended engine speed controlled operation |
US7966991B2 (en) * | 2009-03-25 | 2011-06-28 | GM Global Technology Operations LLC | Method and apparatus for controlling combustion mode transitions in an internal combustion engine |
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Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102006041467A1 (de) | 2005-09-10 | 2007-03-15 | Daimlerchrysler Ag | Regelungskonzepte in Ottomotoren mit homogenkompressionsgezündeter Verbrennung |
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