DE102010027694A1

DE102010027694A1 - System und Verfahren zum Steuern einer Katalysatortemperatur in einem HCCI-Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102010027694A1
Application number: DE102010027694A
Authority: DE
Inventors: Jonathan T. Whitmore Lake Shibata; Allen B. Waterford Rayl; Vijay Novi Ramappan
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-07-23
Filing date: 2010-07-20
Publication date: 2011-02-24
Also published as: US8397490B2; US20110016850A1; CN101963107A; CN101963107B

Abstract

Ein Verfahren und ein System zum Steuern eines Motors umfassen ein Steuermodul für einen Modus mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Modus), das einen Motor in dem HCCI-Modus betreibt, und ein Zustandsüberwachungsmodul, das Betriebszustände des Motors überwacht. Das Steuermodul umfasst auch ein Zustandsprädiktormodul, das einen ersten vorausgesagten Zustand eines Katalysators in Ansprechen auf die Betriebszustände des Motors erzeugt. Ein Vergleichsmodul vergleicht den ersten vorausgesagten Zustand mit einem ersten Schwellenwert. Ein Steuermodul für einen Funkeneinspritzungsmodus betreibt den Motor in Ansprechen auf das Vergleichen in einem Funkeneinspritzungsmodus.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Motorsteuersysteme und insbesondere Motorsteuersysteme zum Steuern der Temperatur eines Abgaskatalysators für einen Motor, der sowohl in einem Modus mit Funkenzündung als auch in einem Modus mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Modus) arbeitet.
HINTERGRUND
Die hierin vorgesehene Hintergrundbeschreibung dient zu dem Zweck, den Kontext der Offenbarung allgemein darzustellen. Sowohl die Arbeit der derzeit genannten Erfinder, in dem Maß, in dem sie in diesem Hintergrundabschnitt beschrieben ist, als auch Aspekte der Beschreibung, die zum Zeitpunkt der Einreichung nicht auf andere Weise als Stand der Technik gelten, sind weder ausdrücklich noch implizit als Stand der Technik gegen die vorliegende Offenbarung zugelassen.
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 Modi 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 auslösen. Beispielsweise kann das Steuersystem Verdichtungsverhältnisse, die Temperatur des eingeleiteten Gases, den Druck des eingeleiteten Gases oder die Menge des zurückgehaltenen oder zurückgeleiteten Abgases einstellen. Verschiedene Ansätze wurden verwendet, um die Einstellungen auszuführen und dadurch den HCCI-Betriebsbereich zu erweitern.
Ein Steueransatz verwendet eine zeitlich variable Ventilsteuerung, um das Verdichtungsverhältnis einzustellen. Beispielsweise kann das Verdichtungsverhältnis gesteuert werden, indem dieses eingestellt wird, wenn Einlassventile schließen. Die Menge des in einer Verbrennungskammer zurückgehaltenen Abgases kann durch eine Ventilwiederöffnung und/oder eine Ventilüberlappung gesteuert werden.
Während des Betriebs des Motors in dem HCCI-Modus sind die Abgastemperaturen geringer als in dem Betrieb in dem Funkenzündungsmodus. Die niedrigeren Abgastemperaturen in einem HCCI-Modus können die Katalysatoreffizienz für ausgedehnte Zeitdauern verringern. Wenn die Katalysatortemperatur unter eine vorbestimmte Temperatur fällt, kann die Katalysatoreffizienz unter einen kritischen Schwellenwert fallen. Wenn die Temperatur oder die Katalysatoreffizienz unter einen vorbestimmten Schwellenwert fällt, nimmt die Menge der Abgase zu, die durch das Fahrzeug emittiert werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Das Motorsteuersystem gemäß der vorliegenden Offenbarung betreibt den Benzinmotor in dem SI-Modus und in dem HCCI-Modus. Der HCCI-Modus wird in einem begrenzten Betriebsbereich betrieben. Wenn die Abgaseffizienz oder -temperatur jedoch unter einen Schwellenwert fällt, wird der SI-Modus in einem oder einer Anzahl von Zylindern verwendet, um die Temperatur des Abgases zum Erhöhen der Katalysatortemperatur und -effizienz zu erhöhen.
Gemäß einem Aspekt der Offenbarung umfasst ein Verfahren zum Steuern eines Motors, dass ein Motor in einem Modus mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Modus) betrieben wird, dass Betriebszustände des Motors überwacht werden, dass ein erster vorausgesagter Zustand eines Katalysators in Ansprechen auf die Betriebszustände des Motors erzeugt wird, dass der erste vorausgesagte Zustand mit einem ersten Schwellenwert verglichen wird und dass der Motor in Ansprechen auf das Vergleichen in einem Funkeneinspritzungsmodus betrieben wird.
Gemäß einem anderen Aspekt der Offenbarung umfasst ein System zum Steuern eines Motors ein Steuermodul für einen Modus mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Modus), das einen Motor in dem HCCI-Modus betreibt, und ein Zustandsüberwachungsmodul, das Betriebszustände des Motors überwacht. Das Steuermodul umfasst auch ein Zustandsprädiktormodul, das einen ersten vorausgesagten Zustand eines Katalysators in Ansprechen auf die Betriebszustände des Motors erzeugt. Ein Vergleichsmodul vergleicht den ersten vorausgesagten Zustand mit einem ersten Schwellenwert. Ein Steuermodul für einen Funkeneinspritzungsmodus betreibt den Motor in Ansprechen auf das Vergleichen in einem Funkeneinspritzungsmodus.
Weitere Anwendungsgebiete werden anhand der hierin vorgesehenen Beschreibung offensichtlich werden. Es versteht sich, dass die Beschreibung und die speziellen Beispiele nur zu Darstellungszwecken gedacht sind und den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken sollen.
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 Flussdiagramm eines Verfahrens zum Umschalten zwischen einem HCCI-Modus und einem SI-Modus gemäß der vorliegenden Offenbarung ist; und
3 ein Flussdiagramm zum Steuern des Betriebs des SI-Modus nach einem HCCI-Modus ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist nur beispielhafter Natur und ist in keiner Weise dazu gedacht, die Offenbarung, ihre Anwendungsmöglichkeit oder Verwendungen einzuschränken. 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. Es versteht sich, dass Schritte innerhalb eines Verfahrens in unterschiedlicher Reihenfolge ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu verändern.
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 ein 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.
Wechsel zwischen dem SI-Modus und dem HCCI-Modus sollten dem Fahrer nahtlos erscheinen, Motoremissionen minimieren und Kraftstoff-Verbrauchsverluste minimieren.
Die vorliegende Offenbarung überwacht den Zustand des Katalysators, wie beispielsweise die Katalysatortemperatur oder die Katalysatoreffizienz, um zu ermitteln, wann von einem HCCI-Modus zurück in einen SI-Modus umgeschaltet werden soll, so dass die Katalysatoreffizienz erhöht wird. Die vorliegende Offenbarung verwendet ein Katalysatortemperaturmodell, um die Katalysatortemperatur oder -effizienz zu ermitteln.
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 Einlasskrümmer 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 Einlasskrümmer 110 gesaugt wird.
Luft wird aus dem Einlasskrümmer 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 Einlasskrümmer 110 wird durch ein Einlassventil 122 in den Zylinder 118 gesaugt. Das ECM 114 steuert die durch ein Kraftstoffeinspritzungssystem 124 eingespritzte Kraftstoffmenge. Das Kraftstoffeinspritzungssystem 124 kann Kraftstoff an einem zentralen Ort in den Einlasskrümmer 110 einspritzen, oder es kann Kraftstoff an mehreren Orten in den Einlasskrümmer 110 einspritzen, wie z. B. in der Nähe des Einlassventils jedes der Zylinder. Alternativ kann das Kraftstoffeinspritzungssystem 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 kann den Betrag des Ventilhubs hydraulisch oder unter Verwendung anderer Verfahren einstellen.
Das Motorsystem 100 kann ein Abgasrückführungsventil (AGR-Ventil) 170 aufweisen, das Abgas selektiv zurück zu dem Einlasskrümmer 110 zurückleitet. Das Motorsystem 100 kann die Drehzahl der Kurbelwelle in Umdrehungen pro Minute (U/min) 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 Einlasskrümmer 110 kann unter Verwendung eines Krümmerabsolutdrucksensors (MAP-Sensors) 184 gemessen werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann ein Motorunterdruck gemessen werden, wobei der Motorunterdruck die Differenz zwischen dem Umgebungsluftdruck und dem Druck in dem Einlasskrümmer 110 ist. Die Luftmasse, die in den Einlasskrümmer 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 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 Einlassluft-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 Zündfunkenverstellung nach früh oder nach spät ist. Andere Aktuatoren umfassen das AGR-Ventil 170, das Phasensteller-Aktuatormodul 158 und das Kraftstoffeinspritzungssystem 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 umfasst 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 zum Beispiel 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 festgelegt werden. Das Motorsteuermodul 114 umfasst ein Kraftstofflieferungsmodul 292 mit einem Kraftstofflieferungsmodus (FM). Das Kraftstofflieferungsmodul 292 kann den FM zwischen einem SI-, einem geschichteten und einem HCCI-Modus umschalten. Das Kraftstofflieferungsmodul 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) und ein HCCI-Steuermodul 294(b) umfassen.
Das Motorsteuermodul 114 umfasst ein Zündfunkenlieferungsmodul 296 mit einem Zündfunkenlieferungsmodus (SM). Das Zündfunkenlieferungsmodul 296 kann den SM zwischen einem SI-Modus, einem SI-Modus mit Verstellung nach spät, einem geschichteten Modus und einem HCCI-Modus umschalten. Das Zündfunkenlieferungsmodul 296 kann den Zeitpunkt und die Dauer des Zündfunkens ermitteln.
Das Motorsteuermodul 114 umfasst ein Kraftstoff-Berechnungsmodul 297 mit einem Kraftstoff-Berechnungsmodus (FC). Das Kraftstoff-Berechnungsmodul 297 kann den FC zwischen einem luftgeführten und einem kraftstoffgeführten Modus umschalten. In dem luftgeführten Modus wird der Kraftstoff basierend auf einer gemessenen oder geschätzten Zylinderluftladung oder -strömung 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 eine 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. Die Offenbarung ist nicht auf Modi mit niedrigem oder hohem Ventilhub beschränkt.
Das Motorsteuermodul 114 kann ein Zustandsüberwachungsmodul 302 umfassen. Das Zustandsüberwachungsmodul kann verschiedene Zustände des Fahrzeugs überwachen, einschließlich der Kraftstoffzufuhr, der Temperatur und der Luftzustände. Beispielsweise kann das Zustandsüberwachungsmodul den Krümmerabsolutdruck, den Kraftstoff von der Kraftstoffzufuhr und dergleichen überwachen.
Ein Zustandsprädiktormodul 304 sagt Zustände in den Zylindern basierend auf den Zuständen von dem Zustandsüberwachungsmodul 302 voraus. Das Zustandsprädiktormodul erzeugt einen vorausgesagten Zustand des Katalysators in Ansprechen auf die Betriebszustände des Motors. Der vorausgesagte Zustand des Katalysators kann einer Temperatur des Katalysators oder der Katalysatoreffizienz entsprechen. Das Zustandsprädiktormodul 304 kann sowohl in einem HCCI-Modus als auch in einem SI-Modus arbeiten.
Ein Vergleichsmodul 306 erzeugt einen Vergleich des Katalysators mit einem Schwellenwert. Verschiedene Schwellenwerte können in dem Vergleichsmodul 306 verglichen werden. Beispielsweise kann ein Vergleich für einen ersten vorausgesagten Zustand des Katalysators durchgeführt werden, der in einem HCCI-Modus arbeitet, um zu ermitteln, ob die Effizienz oder die Temperatur des Katalysators bis zu einem Punkt gefallen ist, an dem der SI-Modus betrieben werden soll, um die Temperatur des Katalysators zu erhöhen. Auf ähnliche Weise kann der Zustand des Katalysators dann, wenn unmittelbar nach einem HCCI-Modus in einem SI-Modus gearbeitet wird, mit einem Schwellenwert verglichen werden, um zurück in den HCCI-Modus zu schalten, wenn die Katalysatoreffizienz über eine vorbestimmte Temperatur oder Effizienz hinaus ansteigt.
Ein Modussteuermodul 308 steuert den Modus des Motors basierend auf dem Vergleich, der in dem Vergleichsmodul 306 ausgeführt wird. Das Modussteuermodul 308 kann den Motorbetrieb von einem SI-Modus in einen HCCI-Modus ändern.
Nun auf 2 Bezug nehmend, ist ein Verfahren zum Umschalten zwischen einem HCCI-Modus und einem SI-Modus basierend auf einem Überwachen des Katalysatorzustands dargelegt. Bei Schritt 410 wird ein Katalysatortemperaturmodell erzeugt. Das Katalysatortemperaturmodell kann verwendet werden, um die Katalysatorzustände basierend auf Betriebszuständen des Fahrzeugs vorauszusagen. Das Katalysatortemperaturmodell kann während der Motorentwicklung basierend auf den Katalysator- und Motorbetriebszuständen erzeugt werden. Verschiedene Zustände können den Katalysator beeinflussen, einschließlich des Zündfunkens und des Kraftstoffs, die dem Motor zugeführt werden. Das Katalysatormodell wird wahrscheinlich zwischen verschiedenen Motor- und Katalysatorkombinationen variieren. Das Katalysatortemperaturmodell kann ebenso über verschiedene Betriebszustände des Fahrzeugs variieren. Die Last und die Motordrehzahl werden das Katalysatormodell ebenso beeinflussen.
Wenn der HCCI-Modus bei Schritt 411 nicht gewünscht ist, wird Schritt 410 erneut ausgeführt. Wenn der HCCI-Modus gewünscht ist, wird Schritt 412 ausgeführt.
Bei Schritt 412 wird ermittelt, ob der Motor in einem HCCI-Modus mit allen Zylindern arbeitet. Die vorliegende Offenbarung ist auf Motoren anwendbar, die in einem HCCI-Modus arbeiten, um zu ermitteln, ob in einen SI-Modus umgeschaltet werden soll. Wenn der Motor bei Schritt 412 in einem HCCI-Modus von Schritt 432 arbeitet, überwacht Schritt 414 die Betriebszustände des Motors. Die Last, die Motordrehzahl, das Drehmoment und andere Zustände können überwacht werden. Bei Schritt 416 wird ein Vergleich zwischen den Betriebszuständen und dem Modell von Schritt 410 ausgeführt. Bei Schritt 418 wird ein erster vorausgesagter Zustand des Katalysators ermittelt. Wie oben erwähnt wurde, kann der erste vorausgesagte Zustand einer Katalysatortemperatur, einer Katalysatoreffizienz oder einem anderen Katalysatorzustand entsprechen.
In diesem Beispiel wird der erste vorausgesagte Zustand ermittelt und mit einem ersten Schwellenwert verglichen. Wenn der erste Zustand nicht kleiner als der erste Schwellenwert ist, wird Schritt 410 erneut ausgeführt. Wenn der erste vorausgesagte Zustand kleiner als ein erster Schwellenwert ist, wird Schritt 422 ausgeführt. Der Vergleich, der bei Schritt 420 ausgeführt wird, ist ein Indikator dafür, dass der Katalysator nicht bei der gewünschten Effizienz arbeitet, oberhalb derer die Ausgabe des Katalysators akzeptierbar ist. Bei Schritt 422 schaltet der Motor in einen SI-Modus um, um die Temperatur des Katalysators zu erhöhen. Schritt 422 wird auch ausgeführt, wenn sich bei Schritt 412 nicht alle Zylinder in dem HCCI-Modus befinden. Bei Schritt 424 werden die Betriebszustände des Fahrzeugs überwacht. Es sollte angemerkt werden, dass die Schritte 414 und 424 beide dem Überwachen von Betriebszuständen des Motors entsprechen. Die überwachten Zustände des Motors können kontinuierlich überwacht werden.
Bei Schritt 426 werden die Betriebszustände mit dem Modell verglichen. Bei Schritt 428 wird der zweite vorausgesagte Zustand des Katalysators ermittelt. Bei Schritt 430 wird der zweite vorausgesagte Zustand mit einem zweiten Schwellenwert verglichen. Der zweite Schwellenwert entspricht einem Niveau zum Zurückschalten in einen HCCI-Modus, wenn die Katalysatoreffizienz oder -temperatur ausreichend angestiegen ist, um akzeptierbare Abgastemperaturen zu erzeugen. Wenn der zweite vorausgesagte Zustand bei Schritt 430 nicht größer als der zweite Schwellenwert ist, werden die Schritte 410, 4111 und 422 erneut ausgeführt, und der Motor wird weiterhin in dem SI-Modus betrieben. Indem Schritt 422 erneut ausgeführt wird, wird der Motor weiterhin in dem SI-Modus betrieben.
Bei Schritt 432 wird der Motor in einem HCCI-Modus betrieben, um die Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs zu erhöhen. Das System kann den Prozess von Schritt 412 an kontinuierlich ausführen.
Nun auf 3 Bezug nehmend, wird Schritt 422 von 2 in weiterem Detail dargelegt. Bei Schritt 422 arbeitet der Motor in einem SI-Modus. Bei Schritt 410 wird von dem HCCI-Modus in den SI-Modus eingetreten. Dieser SI-Modus ist ein SI-Modus, der nach dem HCCI-Modus ausgeführt wird, und er ist keiner der normalen Betriebszustände des Fahrzeugs. Bei Schritt 412 kann der Motor unter Verwendung einer vorbestimmten Anzahl von Zylindern in dem SI-Modus arbeiten, während andere Zylinder in einem HCCI-Modus bleiben. Das heißt, dass ein oder mehrere Zylinder in dem SI-Modus betrieben werden können, während die anderen Zylinder in einem HCCI-Modus arbeiten können. Beispielsweise werden ein oder zwei Zylinder in dem SI-Modus betrieben, während die übrigen Zylinder in einem HCCI-Modus arbeiten können.
Bei Schritt 514 kann das Betriebsmuster der Zylinder in dem SI-Modus geändert werden, während die anderen Zylinder in einem HCCI-Modus bleiben. Bei Schritt 514 kann das Betriebsmuster der Zylinder in dem SI-Modus derart geändert oder rotiert werden, dass die Katalysatoreffizienz oder die Katalysatortemperatur bis zu einer bestimmten Temperatur erhöht wird. Das Muster kann unter Verwendung verschiedener Anzahlen von Zylindern in dem SI-Modus geändert werden, während die übrigen Zylinder in dem HCCI-Modus betrieben werden. Verschiedene Muster und Anzahlen von Zylindern können in Abhängigkeit von der Katalysatoreffizienz ausgeführt werden. Wenn die Katalysatoreffizienz zunimmt, kann die Anzahl von Zylindern, die in einem HCCI-Modus arbeiten, erhöht werden, bis der HCCI-Modus voll betriebsfähig ist.
Fachleute können nun anhand der vorstehenden Beschreibung einsehen, dass die breiten Lehren der vorliegenden Offenbarung in einer Vielzahl von Formen implementiert werden können. Während diese Offenbarung in Verbindung mit speziellen Beispielen von diesen beschrieben wurde, soll der wahre Umfang der Offenbarung daher nicht auf diese beschränkt sein, da andere Modifikationen für den erfahrenen Praktiker bei einem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der nachfolgenden Ansprüche offensichtlich werden.

Claims

Steuermodul, das umfasst: ein Steuermodul für einen Modus mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Modus), das einen Motor in einem HCCI-Modus betreibt; ein Zustandsüberwachungsmodul, das Betriebszustände des Motors überwacht; ein Zustandsprädiktormodul, das einen ersten vorausgesagten Zustand eines Katalysators in Ansprechen auf die Betriebszustände des Motors erzeugt; ein Vergleichsmodul, das den ersten vorausgesagten Zustand mit einem ersten Schwellenwert vergleicht; und ein Steuermodul für einen Funkeneinspritzungsmodus, das den Motor in Ansprechen auf das Vergleichen in einem Funkeneinspritzungsmodus betreibt.
Steuermodul nach Anspruch 1, wobei das Zustandsprädiktormodul einen zweiten vorausgesagten Zustand des Katalysators in Ansprechen auf die Betriebszustände des Motors erzeugt, wobei das Vergleichsmodul den zweiten vorausgesagten Zustand mit einem zweiten Schwellenwert vergleicht und wobei das Steuermodul für den HCCI-Modus den Motor in Ansprechen auf das Vergleichen des zweiten vorausgesagten Zustands mit dem zweiten Schwellenwert in dem HCCI-Modus betreibt.
Steuermodul nach Anspruch 2, wobei der zweite vorausgesagte Zustand eine Katalysatoreffizienz oder eine Katalysatortemperatur umfasst.
Steuermodul nach Anspruch 2, wobei das Steuermodul für den HCCI-Modus den Motor in dem HCCI-Modus betreibt, wenn der zweite vorausgesagte Zustand größer als der zweite Schwellenwert ist.
Steuermodul nach Anspruch 1, wobei das Steuermodul für den Funkenzündungsmodus einen ersten Zylinder des Motors in Ansprechen auf das Vergleichen in dem Funkeneinspritzungsmodus betreibt und das Steuermodul für den HCCI-Modus mehrere Zylinder, die von dem ersten Zylinder verschieden sind, in dem HCCI-Modus betreibt.
Steuermodul nach Anspruch 1, wobei das Steuermodul für den Funkenzündungsmodus eine erste Vielzahl von Zylindern des Motors in Ansprechen auf das Vergleichen in dem Funkeneinspritzungsmodus betreibt und wobei das Steuermodul für den HCCI-Modus eine zweite Vielzahl von Zylindern, die von dem ersten Zylinder verschieden ist, in dem HCCI-Modus betreibt.
Steuermodul nach Anspruch 1, wobei das Steuermodul für den Funkeneinspritzungsmodus den Motor in dem Funkenzündungsmodus betreibt, wenn der erste vorausgesagte Zustand unterhalb des ersten Schwellenwerts liegt.