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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Offenbarung betrifft Funkenzündungsmotoren mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Funkenzündungsmotoren).
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HINTERGRUND
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Die Angaben in diesem Abschnitt liefern nur auf die vorliegende Offenbarung bezogene Hintergrundinformation und stellen möglicherweise keinen Stand der Technik dar.
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Funkenzündungsmotoren (SI-Motoren) können ausgebildet sein, um unter vorbestimmten Drehzahl/Last-Betriebsbedingungen in einem Verbrennungsmodus mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Verbrennungsmodus) zu arbeiten, der auch austauschbar als Verbrennung mit gesteuerter Selbstzündung (HCCI-Verbrennung) bezeichnet wird. Die Verbrennung mit gesteuerter Selbstzündung (HCCI-Verbrennung) umfasst einen verteilten, flammenlosen Selbstzündungs-Verbrennungsprozess, der durch die Oxidationschemie gesteuert wird.
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Die Verbrennung mit gesteuerter Selbstzündung (HCCI-Verbrennung) ist ein verteilter, kinetisch gesteuerter Verbrennungsprozess, bei dem der Motor mit einem verdünnten Luft/Kraftstoff-Gemisch, d. h. magerer als am Kraftstoff/Luft-Stöchiometrtepunkt, mit relativ niedrigen Verbrennungs-Spitzentemperaturen arbeitet, was zu niedrigen Stickstoffoxid-Emissionen (NOx-Emissionen) führt. Das homogene Luft/Kraftstoff-Gemisch minimiert das Auftreten von fetten Zonen, die Rauch und Partikelemissionen bilden.
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In einem HCCI-Motor hängt die Phaseneinstellung der selbstgezündeten Verbrennung stark von der Zylinderladungstemperatur, -zusammensetzung und dem Zylinderdruck bei dem Schließen des Einlassventils ab. Daher müssen Steuerungseingaben für den Motor, wie beispielsweise die Kraftstoffmenge, der Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt, der Zündfunkenzeitpunkt, die AGR-Ventilöffnungsposition sowie die Einlass- und Auslassventilprofile, sorgfältig abgestimmt werden, um sicherzustellen, dass diese Schlüssel-Zylindervariablen in einem Bereich liegen, in dem die selbstgezündete Verbrennung robust erreicht werden kann. Unter diesen Eingaben wird die Menge der für den Motor verfügbaren AGR durch die Öffnungsposition des AGR-Ventils gesteuert, und sie kann in Form einer AGR-Massenströmungsrate berücksichtigt werden. Eine Steuerungsautorität des AGR-Ventils bezieht sich auf eine Fähigkeit, die AGR-Massenströmungsrate einzustellen, in dem die Öffnungsposition des AGR-Ventils eingestellt wird. Ein Fachmann versteht, dass ein AGR-Ventil eine Öffnungsposition aufweisen kann, die zwischen 0% und 100% gesteuert werden kann, während die AGR-Massenströmungsrate in Abhängigkeit von den Motorbetriebsbedingungen für die AGR-Ventilöffnungspositionen, beispielsweise zwischen 0% und 30%, eingestellt werden kann. Eine Zunahme der AGR-Ventilöffnungsposition oberhalb eines Schwellenwerts für die Steuerautorität führt bei den Motorbetriebsbedingungen nicht zu einer zusätzlichen AGR-Massenströmungsrate, da die effektive Fläche des AGR-Ventils nicht viel zunimmt, sobald das AGR-Ventil, wie in dem vorliegenden Beispiel, um mehr als 30% öffnet. Die Steuerungsautorität des AGR-Ventils kann durch ein Motorsteuermodul basierend auf verschiedenen Rückkopplungsparametern ermittelt werden, wie beispielsweise dem Einlasskrümmerdruck, dem Absolutdruck, der Verbrennungsphaseneinstellung, der Temperatur und anderen Motorparametern.
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Die AGR-Massenströmungsrate, die für den Motor verfügbar ist, ist durch eine Menge begrenzt, die auf den Druck in dem Einlasskrümmer und die AGR-Ventilöffnung bezogen ist, wenn z. B. der Einlasskrümmerdruck hoch ist, kann die maximale AGR-Massenströmungsrate begrenzt sein, bevor das AGR-Ventil eine vollständig geöffnete Position erreicht. Diese Begrenzung beschränkt den verwendbaren Motorbereich, da eine signifikante Menge an AGR bei hoher Last und hoher Drehzahl notwendig ist, um den Anstieg des Zylinderdrucks zu verlangsamen und dadurch das Verbrennungsgeräusch zu verringern und eine höhere maximale Kraftstoffrate zu erreichen.
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In der
WO 2008/106278 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung eines HCCI-Motors beschrieben, mit welchem eine Verbrennungsphaseneinstellung durch eine Steuerung eines AGR-Ventils auf eine Soll-Verbrennungsphaseneinstellung geregelt wird.
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Die
DE 197 20 642 A1 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors, bei welchem dann, wenn ein AGR-Ventil vollständig geöffnet ist, ein Drosselventil teilweise geschlossen wird, um die AGR-Massenströmungsrate weiter zu erhöhen.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Steuerung für einen Verbrennungsmotor, der in einem HCCI-Verbrennungsmodus betreibbar ist, anzugeben, mit welchen eine gewünschte Phaseneinstellung der Verbrennung für einen erweiterten Bereich von den Betriebs- und Umgebungsbedingungen des Motors erreichbar ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 1 oder 5 und eine Steuerung mit den Merkmalen des Anspruchs 7.
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Ein Motor umfasst ein AGR-Ventil, ein Drosselventil und einen Controller für eine Verbrennungsphaseneinstellung, der die Verbrennung während eines Betriebs in einem HCCI-Verbrennungsmodus steuert. Ein Verfahren zum Steuern des Betriebs des Verbrennungsmotors umfasst, dass der Motor in einem ungedrosselten Zustand in dem HCCI-Verbrennungsmodus betrieben wird, dass eine bevorzugte Verbrennungsphaseneinstellung ermittelt wird, dass eine AGR-Massenströmungsrate befohlen wird, die der bevorzugten Verbrennungsphaseneinstellung entspricht, dass das AGR-Ventil zu einer entsprechenden vorbestimmten Position gesteuert wird, um die befohlene AGR-Massenströmungsrate zu erreichen, und dass das Drosselventil auf eine entsprechende vorbestimmte Position gesteuert wird, um die befohlene AGR-Massenströmungsrate zu erreichen, wenn die befohlene AGR-Massenströmungsrate einen Schwellenwert für eine Steuerungsautorität des AGR-Ventils überschreitet.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Eine oder mehrere Ausführungsformen werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, von denen:
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1 eine detaillierte schematische Zeichnung eines Verbrennungsmotors, die ein begleitendes Steuermodul zeigt, das einen Controller für die Verbrennungsphaseneinstellung aufweist, gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
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2 schematisch ein Motorsteuerschema gemäß der vorliegenden Offenbarung zum Steuern einer AGR-Massenströmungsrate während eines HCCI-Verbrennungsmodus zeigt, um eine bevorzugte Verbrennungsphaseneinstellung zu erreichen, die der Drehmomentanforderung eines Betreibers entspricht;
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3 zeitbasierte Beispiele von Aktuatorbefehlen, um einen beispielhaften Motor in dem HCCI-Verbrennungsmodus zu betreiben, gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch darstellt; und
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4 tatsächliche Daten gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch darstellt, die einem beispielhaften Motor zugeordnet sind, der in einem HCCI-Verbrennungsmodus unter Verwendung eines Motorsteuerschemas zum Steuern einer AGR-Massenströmungsrate arbeitet, um eine bevorzugte Verbrennungsphaseneinstellung zu erreichen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Nun auf die Zeichnungen Bezug nehmend, wobei das Gezeigte nur zu dem Zweck dient, bestimmte beispielhafte Ausführungsformen darzustellen, und nicht zu dem Zweck, selbige einzuschränken, ist 1 eine detaillierte schematische Zeichnung eines Verbrennungsmotors 10, welche ein begleitendes Steuermodul 5 zeigt, das einen Controller 110 für die Verbrennungsphaseneinstellung (2) aufweist, welche gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung konstruiert wurden. Der Motor 10 kann in mehreren Verbrennungsmodi selektiv betriebsfähig sein, die einen Verbrennungsmodus mit gesteuerter Selbstzündung (HCCI-Verbrennungsmodus), einen homogenen Verbrennungsmodus mit Funkenzündung und einen Zwischen-Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung und Funkenzündung umfassen. Der Motor 10 ist bei einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis und bei einem Luft/Kraftstoffverhältnis, das hauptsächlich überstöchiometrisch ist, selektiv betriebsfähig. Vorzugsweise läuft der Motor in dem HCCI-Modus unter Verwendung des hauptsächlich überstöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnisses und unter Überwachung der Verbrennungsphaseneinstellung. Die Offenbarung kann auf verschiedene Verbrennungsmotorsysteme und Verbrennungszyklen angewendet werden, die einen Controller 110 für die Verbrennungsphaseneinstellung verwenden können.
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Bei einer Ausführungsform kann der Motor 10 mit einer Getriebeeinrichtung gekoppelt sein, um eine Traktionsleistung auf einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs zu übertragen. Das Getriebe kann ein Hybridgetriebe umfassen, das Drehmomentmaschinen aufweist, die dazu dienen, die Traktionsleistung auf einen Antriebsstrang zu übertragen.
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Der beispielhafte Motor 10 umfasst einen Mehrzylinder-Viertaktverbrennungsmotor mit Direkteinspritzung, der Hubkolben 14 aufweist, die in Zylindern 15 verschiebbar sind, die Verbrennungskammern 16 mit variablem Volumen definieren. Jeder Kolben 14 ist mit einer rotierenden Kurbelwelle 12 verbunden, durch welche die lineare Hubbewegung in eine Drehbewegung übersetzt wird. Ein Lufteinlasssystem liefert Einlassluft an einen Einlasskrümmer 29, der die Luft in Einlasskanäle der Verbrennungskammern 16 leitet und verteilt. Das Lufteinlasssystem umfasst ein Luftströmungs-Kanalsystem und Einrichtungen, um die Luftströmung zu überwachen und zu steuern. Die Lufteinlasseinrichtungen umfassen vorzugsweise einen Luftmassenströmungssensor 32, um die Luftmassenströmung und die Einlasslufttemperatur zu überwachen. Ein Drosselventil 34 umfasst vorzugsweise eine elektronisch gesteuerte Einrichtung, die verwendet wird, um die Luftströmung zu dem Motor 10 in Ansprechen auf ein Steuersignal (ETC) von dem Steuermodul 5 oder dem Controller 110 für die Verbrennungsphaseneinstellung zu steuern. Ein Drucksensor 36 in dem Einlasskrümmer 29 ist ausgebildet, um den Krümmerabsolutdruck (MAP) und den barometrischen Druck derart zu überwachen, dass eine Druckdifferenz erhalten werden kann und dass diese während Bedingungen mit weit offener Drossel (WOT) im Wesentlichen ähnlich sind. Ein äußeres AGR-System umfasst einen äußeren Strömungsdurchgang für die Rückführung von Abgasen aus dem Motorauslass zu dem Einlasskrümmer 29, mit einem Strömungssteuerventil, das als ein Abgasrückführungsventil (AGR-Ventil) 38 bezeichnet wird. Das Steuermodul 5 und der Controller 110 für die Verbrennungsphaseneinstellung dienen dazu, die Massenströmungsrate des zurückgeführten Abgases zu dem Einlasskrümmer 29 zu steuern, indem das Öffnen des AGR-Ventils 38 in Ansprechen auf ein Steuersignal AGR gesteuert wird.
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Die Luftströmung aus dem Einlasskrümmer 29 in die Verbrennungskammer 16 wird durch ein oder mehrere Einlassventil(e) 20 gesteuert. Die Abgasströmung aus der Verbrennungskammer 16 wird durch ein oder mehrere Auslassventil(e) 18 zu einem Auslasskrümmer 39 gesteuert.
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Der Motor 10 ist mit Systemen ausgestattet, um das Öffnen und Schließen der Einlass- und Auslassventile 20 und 18 zu steuern und einzustellen. Bei einer Ausführungsform kann das Öffnen und Schließen der Einlass- und Auslassventile 20 und 18 gesteuert und eingestellt werden, indem eine Einlass- und eine Auslasseinrichtung 22 bzw. 24 für eine variable Nockenphaseneinstellung/variable Hubsteuerung (VCP/VLC-Einrichtung) gesteuert werden. Die Einlass- und die Auslass-VCP/VLC-Einrichtung 22 und 24 sind ausgebildet, um eine Einlassnockenwelle 21 bzw. eine Auslassnockenwelle 23 zu steuern und zu betreiben. Die Drehungen der Einlass- und der Auslassnockenwelle 21 und 23 sind mit der Drehung der Kurbelwelle 12 verknüpft und mit dieser indiziert, wodurch das Öffnen und Schließen der Einlass- und Auslassventile 20 und 18 mit den Positionen der Kurbelwelle 12 und der Kolben 14 verbunden ist.
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Der Motor 10 weist ein Kraftstoffeinspritzungssystem auf, das mehrere Hochdruck-Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 28 umfasst, die jeweils ausgebildet sind, um eine Kraftstoffmasse in Ansprechen auf ein Signal von dem Steuermodul 5 in eine der Verbrennungskammern 16 direkt einzuspritzen. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 28 werden von einem Kraftstoffverteilsystem mit unter Druck stehendem Kraftstoff versorgt.
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Der Motor 10 weist ein Funkenzündungssystem auf, durch das Funkenenergie an eine Zündkerze 26 geliefert werden kann, um Zylinderladungen in jeder der Verbrennungskammern 16 in Ansprechen auf ein Signal (IGN) von dem Steuermodul 5 zu zünden oder bei dem Zünden zu unterstützen.
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Der Motor 10 ist mit verschiedenen Detektionseinrichtungen zum Überwachen des Motorbetriebs ausgestattet, welche einen Kurbelsensor 42, der eine Ausgabe (RPM) aufweist und dazu dient, die Kurbelwellen-Drehposition zu überwachen, d. h. den Kurbelwinkel und die Kurbeldrehzahl, bei einer Ausführungsform einen Verbrennungssensor 30, der ausgebildet ist, um die Verbrennung zu überwachen, und einen Abgassensor 40 umfassen, der ausgebildet ist, um Abgase zu überwachen, typischerweise ein Sensor für das Luft/Kraftstoffverhältnis. Der Verbrennungssensor 30 umfasst eine Sensoreinrichtung, die dazu dient, einen Zustand, eines Verbrennungsparameters zu überwachen, und er ist als ein Zylinderdrucksensor dargestellt, der dazu dient, den Verbrennungsdruck in dem Zylinder zu überwachen. Die Ausgabe des Verbrennungssensors 30 und des Kurbelsensors 42 wird durch das Steuermodul 5, das die Verbrennungsphaseneinstellung ermittelt, d. h. den zeitlichen Verlauf des Verbrennungsdrucks relativ zu dem Kurbelwinkel der Kurbelwelle 12 für jeden Zylinder 15 für jeden Verbrennungszyklus, oder durch ähnliche Verfahren überwacht, wie sie Fachleuten bekannt sein können. Der Verbrennungssensor 30 kann auch durch das Steuermodul 5 überwacht werden, um einen mittleren effektiven Druck (IMEP) für jeden Zylinder 15 für jeden Verbrennungszyklus zu ermitteln. Der Motor 10 und das Steuermodul 5 sind vorzugsweise mechanisiert, um Zustände des IMEP für jeden der Zylinder 15 während jedes Zylinder-Zündungsereignisses zu überwachen und zu ermitteln. Alternativ können andere Detektionssysteme verwendet werden, um innerhalb des Umfangs der Offenbarung Zustände anderer Verbrennungsparameter zu überwachen, z. B. Zündungssysteme mit Ionendetektion und nicht eingreifende Zylinderdrucksensoren.
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Steuermodul, Controller und ähnliche Ausdrücke bedeuten eine beliebige Kombination eines anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreises (ASIC) oder mehrerer anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreise, eines elektronischen Schaltkreises oder mehrerer elektronischer Schaltkreise, einer zentrale Verarbeitungseinheit oder mehrerer einer zentraler Verarbeitungseinheiten (vorzugsweise ein Mikroprozessor bzw. Mikroprozessoren) und eines zugeordneten Speichers und einer zugeordneten Archivierung (Festwertspeicher und programmierbarer Festwertspeicher, Arbeitsspeicher, Festplatte usw.), die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, eines Schaltkreises der Schaltungslogik oder mehrerer Schaltkreise der Schaltungslogik, einer oder mehrerer Eingabe/Ausgabe-Schaltung(en) und -Einrichtungen, geeigneter Signalkonditionierungs- und Pufferschaltungen sowie anderer geeigneter Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Das Steuermodul weist einen Satz von Steueralgorithmen auf, die residente Software-Programmanweisungen und Kalibrierungen umfassen, die in dem Speicher gespeichert sind und ausgeführt werden, um die gewünschten Funktionen zu schaffen. Die Algorithmen werden vorzugsweise während voreingestellter Schleifenzyklen ausgeführt. Die Algorithmen werden beispielsweise von der zentralen Verarbeitungseinheit ausgeführt und dienen dazu, Eingaben von den Detektionseinrichtungen und anderen Steuermodulen im Netzwerk zu überwachen sowie Steuer- und Diagnoseroutinen auszuführen, um den Betrieb von Aktuatoren zu steuern. Die Schleifenzyklen werden während des laufenden Motor- und Fahrzeugbetriebs in regelmäßigen Intervallen ausgeführt, beispielsweise jede 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden. Alternativ können die Algorithmen in Ansprechen auf ein Auftreten eines Ereignisses ausgeführt werden.
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Im Betrieb überwacht das Steuermodul 5 Eingaben von den zuvor erwähnten Sensoren, um Zustände von Motorparametern zu ermitteln. Das Steuermodul 5 ist ausgebildet, um Eingabesignale von einem Betreiber zu empfangen (z. B. mittels eines Gaspedals und eines Bremspedals, die nicht gezeigt sind), um eine Drehmomentanforderung eines Betreibers zu ermitteln. Das Steuermodul 5 überwacht die Sensoren, welche die Motordrehzahl und die Einlasslufttemperatur sowie die Kühlmitteltemperatur und andere Umgebungsbedingungen angeben.
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Das Steuermodul 5 führt einen darin gespeicherten algorithmischen Code aus, um die zuvor erwähnten Aktuatoren zum Bilden der Zylinderladung zu steuern, was das Steuern der Drosselposition, der Öffnungsposition des AGR-Ventils 38, um die Strömung zurückgeführter Abgase zu steuern, und der Phaseneinstellung der Einlass- und/oder Auslassventile bei derart ausgestatteten Motoren umfasst. Das Steuermodul 5 kann betrieben werden, um den Motor während des laufenden Fahrzeugbetriebs ein- und auszuschalten, und es kann betrieben werden, um einen Teil der Verbrennungskammern 15 oder einen Teil der Einlass- und Auslassventile 20 und 18 durch eine Steuerung einer Kraftstoff- und Zündfunken- sowie Ventildeaktivierung selektiv zu deaktivieren. Das Steuermodul 5 kann das Luft/Kraftstoffverhältnis basierend auf einer Rückkopplung von einem Abgassensor 40 steuern.
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Die Offenbarung betrifft insbesondere einen ungedrosselten Betrieb des Motors in dem HCCI-Verbrennungsmodus, der eine Absicherung durch Funkenzündung umfassen kann. Während des Betriebs in dem HCCI-Verbrennungsmodus ist das Drosselventil 34 vorzugsweise in den Verbrennungsmodi mit gesteuerter Selbstzündung im Wesentlichen weit offen, wobei der Motor 10 vorzugsweise bei einem mageren oder stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis gesteuert wird. Bei einer Ausführungsform wird die AGR-Masse in dem Zylinder auf eine hohe Verdünnungsrate gesteuert, z. B. auf mehr als 40% der Zylinder-Luftladung. Die Einlass- und Auslassventile 20 und 18 befinden sich in einer Ventilposition mit niedrigem Hub, und die zeitliche Steuerung des Einlass- und Auslasshubs arbeitet in einem Zustand mit negativer Ventilüberlappung (NVO-Zustand). Ein oder mehrere Kraftstoffeinspritzungsereignisse können während eines Motorzyklus ausgeführt werden, einschließlich zumindest einer Einspritzung während einer Kompressionsphase.
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2, die unter Bezugnahme auf den Motor von 1 beschrieben wird, zeigt schematisch ein Motorsteuerschema 100 zum Steuern einer AGR-Massenströmungsrate während des HCCI-Verbrennungsmodus, um eine bevorzugte Verbrennungsphaseneinstellung zu erreichen, die der Drehmomentanforderung des Betreibers entspricht. Die Verbrennungsphaseneinstellung kann anhand der Eingaben des Kurbelsensors 42 in Relation zu dem Verbrennungssensor 30 in jedem Zylinder oder anhand anderer Verfahren ermittelt werden, wie sie Fachleuten bekannt sind. Der Controller 110 für die Verbrennungsphaseneinstellung überwacht eine Ist-Verbrennungsphaseneinstellung CP (act) und die bevorzugte Verbrennungsphaseneinstellung CP (req), um Einstellungen für den Motorbetrieb zum Erreichen der bevorzugten Verbrennungsphaseneinstellung CP (req) zu ermitteln. Der Controller 110 für die Verbrennungsphaseneinstellung befiehlt eine anfängliche AGR-Massenströmungsrate AGR (req i) und einen Einlasskrümmerdruck MAP (req f) zum Erreichen der bevorzugten Verbrennungsphaseneinstellung, von welchen letzterer erreicht werden kann, indem das Drosselventil 34 gesteuert wird. Die befohlene anfängliche AGR-Massenströmungsrate AGR (req i) kann einen Schwellenwert AGR (max) einer Steuerungsautorität für das AGR-Ventil 38 überschreiten, an welchem Punkt die Steuerungsautorität des AGR-Ventils 38 überschritten wird und das AGR-Ventil 38 aufgrund des Einlasskrümmerdrucks nicht in der Lage ist, weitere Zunahmen der AGR-Massenströmungsrate in dem Einlasskrümmer 29 zu bewirken. Der Schwellenwert AGR (max) für die Steuerungsautorität variiert und ist mit verschiedenen Motorbetriebsbedingungen und Umgebungsbedingungen verbunden oder korreliert mit diesen, z. B. mit dem atmosphärischen Druck, der Feuchtigkeit, der Temperatur, und er kann als eine Funktion eines oder mehrerer solcher Betriebs- und Umgebungsbedingungen ermittelt werden.
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Wenn der Controller 110 für die Verbrennungsphaseneinstellung die anfängliche AGR-Massenströmungsrate AGR (req i) befiehlt, die kleiner als der Schwellenwert AGR (max) der Steuerungsautorität ist, sendet der Controller 110 für die Verbrennungsphaseneinstellung ein Steuersignal AGR (req f), um das AGR-Ventil 38 zum Erreichen der Soll-Verbrennungsphaseneinstellung einzustellen. Sobald das AGR-Ventil 38 den Schwellenwert der Steuerungsautorität erreicht hat, d. h. AGR (req i) größer als AGR (max) ist, wird eine beliebige zusätzliche Anforderung für eine erhöhte AGR-Massenströmungsrate in ein Einlasskrümmerdruck-Verstärkungssignal MAP (gain) umgewandelt. Das Signal MAP (gain) wird verwendet, um ein vorbestimmtes Signal MAP (req i) des anfänglichen Einlasskrümmerdrucks zu modifizieren, um eine Signalausgabe MAP (req f) eines endgültigen Einlasskrümmerdrucks zu erzeugen. Das Signal MAP (req f) wird mit einem minimalen Schwellenwert MAP (min) für den Einlasskrümmerdruck verglichen. Das Signal MAP (min) ist ein vorbestimmter Punkt, der eine Abnahme in der Motoreffizienz und eine damit verbundene Abnahme in der Kraftstoffwirtschaftlichkeit repräsentieren kann, an welchem Punkt die HCCI-Verbrennung nicht länger machbar ist, oder ein anderer zuvor ermittelter Punkt. Unter der Voraussetzung, dass das Signal MAP (req f) größer als das Signal MAP (min) ist, wird das Steuersignal MAP (req f) gesendet, um das Drosselventil 34 einzustellen. Da der HCCI-Verbrennungsmodus mit der Position des Drosselventils 34 bei im Wesentlichen weit offener Drossel (WOT) arbeitet, ist der anfängliche Einlasskrümmerdruck leicht kleiner als der Umgebungsdruck. Der Einlasskrümmerdruck kann eingestellt werden, indem das Drosselventil 34 geschlossen wird, wodurch der Einlasskrümmerdruck verringert und eine zusätzliche AGR-Massenströmung in den Einlasskrümmer 29 ermöglicht wird, womit der verwendbare Motordrehzahl- und Motorlastbetriebsbereich für den Motor 10 in dem HCCI-Modus erweitert wird.
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3 stellt zeitbasierte Beispiele von Aktuatorbefehlen zum Betreiben eines beispielhaften Motors in dem HCCI-Verbrennungsmodus graphisch dar, wie es offenbart ist. Der Betrieb des Motors in dem HCCI-Verbrennungsmodus ist auf der linken Seite einer Zeit gezeigt, die durch die Linie A repräsentiert wird. Der Motor arbeitet mit dem Drosselventil 34 bei im Wesentlichen weit offener Drossel (WOT), was bewirkt, dass der anfängliche Einlasskrümmerdruck leicht kleiner als der Umgebungsdruck ist, während das AGR-Ventil 38 unterhalb des Schwellenwerts der Steuerungsautorität gesteuert wird.
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Ein zusätzlicher Betrag des angeforderten Drehmoments wird zu der Zeit Ti ausgelöst, was bewirkt, dass die bevorzugte AGR-Massenströmung eine maximale Strömung zu der Zeit A erreicht. Zwischen den Zeiten A und B überschreiten die Drehzahl und/oder die Last des Motors den Schwellenwert der Steuerungsautorität des AGR-Ventils 38, d. h. das AGR-Ventil 38 hat seine maximale effektive Fläche erreicht, und dadurch ist die bevorzugte AGR-Massenströmung bei dem vorliegenden Einlasskrümmerdruck nicht länger erreichbar. Der Controller 110 für die Verbrennungsphaseneinstellung erkennt den Zustand mit hoher Drehmomentanforderung, wenn die Parameter AGR (max) und AGR (req i) verglichen wurden. Das Drosselventil 34 kann anschließend aus der ungedrosselten Position verstellt werden, wodurch der Druck in dem Einlasskrümmer 29 verringert und bewirkt wird, dass eine zusätzliche AGR-Masse in den Einlasskrümmer 29 strömt. Sobald die Last und/oder die Drehzahl des Motors in einen Bereich zurückkehren, in dem eine Einstellung des AGR-Ventils 38 die AGR-Massenströmung, die in den Einlasskrümmer eintritt, effektiv steuern kann, wird die ausschließliche Steuerung durch das AGR-Ventil 38 wieder aufgenommen, und das Drosselventil 34 kehrt zu der ungedrosselten Position zurück. Die Rückkehr zu der ausschließlichen Steuerung durch das AGR-Ventil 38 ist in den Graphiken auf der rechten Seite der Zeit B zu sehen.
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4 stellt graphisch tatsächliche Daten dar, die einem beispielhaften Motor zugeordnet sind, der unter Verwendung des zuvor erwähnten Motorsteuerschemas 100 zum Steuern einer AGR-Massenströmungsrate, um eine bevorzugte Verbrennungsphaseneinstellung zu erreichen, in einem HCCI-Verbrennungsmodus arbeitet. Die Datenparameter umfassen eine Motorkraftstoffströmung (mg), welche die Motorlast repräsentiert, die Verbrennungsphaseneinstellung (Grad nach TDC), die AGR-Ventilposition als Öffnungs-Prozentanteil und den Einlasskrümmerdruck (kPa), die jeweils während des laufenden Motorbetriebs als eine Funktion von Motorereignissen aufgetragen sind. Anfänglich befindet sich der Motor 10 in einem stationären Betrieb mit niedriger Last, bei dem ungefähr 10 mg Kraftstoff zugeführt wird, die Verbrennungsphaseneinstellung ungefähr 9 Grad nach TDC beträgt, die AGR-Ventilposition ungefähr 11% beträgt und der Einlasskrümmerdruck ungefähr 96 kPa beträgt. Der Kraftstoffparameter wird auf ungefähr 15 Milligramm verstellt, um einen Zustand mit erhöhter Last zu simulieren. Der Controller 110 für die Verbrennungsphaseneinstellung ermittelt ein Soll-Profil (CP (req)) für die Verbrennungsphaseneinstellung, das dem Zustand mit erhöhter Last zugeordnet ist und auf ungefähr 12 Grad nach TDC eingestellt wird, wie es durch die gestrichelte Linie in der Graphik der Verbrennungsphaseneinstellung angezeigt ist. Das Motorsteuerschema 100 öffnet die AGR-Ventilposition, die den Schwellenwert (AGR (max)) der Steuerungsautorität von ungefähr 28% erreicht, wodurch ein maximaler Betrag der AGR-Masse in den Einlasskrümmer 29 eingeleitet wird, wie er während der vorliegenden Betriebsbedingungen erreicht werden kann. Wenn der Schwellenwert (AGR (max)) der Steuerungsautorität erreicht wird, ohne das Soll-Profil (CP (req)) der Verbrennungsphaseneinstellung zu erzielen, stellt das Motorsteuerschema 100 das Drosselventil 34 ein, um den Einlasskrümmerdruck derart zu beeinflussen, dass eine zusätzliche AGR-Masse in den Einlasskrümmer 29 eingeleitet wird, um das Soll-Profil der Verbrennungsphaseneinstellung zu erreichen. Für diesen beispielhaften Motorbetrieb wird der Einlasskrümmerdruck, um das Soll-Phaseneinstellungsprofil zu erreichen, auf ungefähr 94 kPa eingestellt. Wenn der Kraftstoffparameter zu dem stationären Niveau bei niedriger Last zurückkehrt, d. h. 10 mg, kehren die übrigen Parameter ebenso zu ihren vorhergehenden Zuständen zurück. Die Fähigkeit, den Einlasskrümmerdruck aufgrund einer Anpassung des Drosselkörpers 34 einzustellen, erweitert den Drehzahl- und Lastbetriebsbereich, bei dem der Motor 10 in dem HCCI-Verbrennungsmodus betrieben werden kann.
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Die Offenbarung hat bestimmte bevorzugte Ausführungsformen und deren Modifikationen beschrieben. Weitere Modifikationen und Veränderungen können Anderen während des Lesens und Verstehens der Beschreibung auffallen. Es ist daher beabsichtigt, dass die Offenbarung nicht auf die spezielle Ausführungsform bzw. die speziellen Ausführungsformen beschränkt ist, die als die beste Weise offenbart wird bzw. werden, die für die Ausführung dieser Offenbarung in Erwägung gezogen wird, sondern dass die Offenbarung alle Ausführungsformen umfassen wird, die in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen.
