DE102011109146B4

DE102011109146B4 - Verfahren zum regeln von übergängen in brennkraftmaschinen mit einem hybridantriebsstrang

Info

Publication number: DE102011109146B4
Application number: DE102011109146.0A
Authority: DE
Inventors: Jun-Mo Kang; Man-Feng Chang; Chen-Fang Chang; Paul M. Najt
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-08-09
Filing date: 2011-08-01
Publication date: 2015-10-29
Anticipated expiration: 2031-08-02
Also published as: US8630760B2; US20120035793A1; CN102371999A; DE102011109146A1; CN102371999B

Abstract

Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Hybrid-Antriebsstrangsystems (135), das eine Brennkraftmaschine (10) und eine Drehmomentmaschine (145) umfasst, die ausgebildet sind, um ein Drehmoment auf einen Endantrieb (105) zu übertragen, wobei die Brennkraftmaschine (10) ausgebildet ist, um in einem Verbrennungsmodus mit homogener Kompressionszündung oder in einem Verbrennungsmodus mit Funkenzündung zu arbeiten, wobei das Verfahren umfasst, dass: eine Drehmomentanforderung eines Betreibers überwacht wird; Betriebsparameter der Brennkraftmaschine (10) überwacht werden; die Brennkraftmaschine (10) angewiesen wird, von einem ersten Verbrennungsmodus in einen zweiten Verbrennungsmodus oder vom zweiten in den ersten Verbrennungsmodus zu wechseln; die Brennkraftmaschine (10) vom ersten in den zweiten Verbrennungsmodus oder vom zweiten in den ersten Verbrennungsmodus übergeleitet wird, was in beiden Fällen umfasst, dass eine Zunahme in dem Drehmoment der Brennkraftmaschine (10) angewiesen wird, dass eine Motordrehmomentabgabe von der Drehmomentmaschine (145) in Ansprechen auf die Drehmomentanforderung des Betreibers und die angewiesene Zunahme in dem Drehmoment der Brennkraftmaschine (10) angewiesen wird und anschließend ein Übergang der Brennkraftmaschine (10) vom ersten in den zweiten Verbrennungsmodus oder vom zweiten in den ersten Verbrennungsmodus ausgeführt wird; und die Drehmomentmaschine (145) in Ansprechen auf die angewiesene Motordrehmomentabgabe von der Drehmomentmaschine (145) während des Überleitens der Brennkraftmaschine (10) vom ersten in den zweiten Verbrennungsmodus und vom zweiten in den ersten Verbrennungsmodus in einem Drehmoment-Rückgewinnungszustand betrieben wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft ein Hybrid-Antriebsstrangsystem mit einer Brennkraftmaschine, die in zwei diskreten Verbrennungsmodi betreibbar ist, und mit einer ein Drehmoment erzeugenden Einrichtung.
HINTERGRUND
Die Angaben in diesem Abschnitt liefern nur auf die vorliegende Offenbarung bezogene Hintergrundinformation und stellen möglicherweise keinen Stand der Technik dar.
Bekannte Brennkraftmaschinen mit Funkenzündung (SI-Brennkraftmaschinen) leiten ein Luft/Kraftstoffgemisch in jeden Zylinder ein, das in einem Kompressionstakt komprimiert und durch eine Zündkerze gezündet wird. Bekannte Brennkraftmaschinen mit Kompressionszündung spritzen unter Druck stehenden Kraftstoff in der Nähe eines oberen Totpunkts (TDC) des Kompressionstakts in einen Verbrennungszylinder ein, welcher Kraftstoff bei der Einspritzung zündet. Die Verbrennung umfasst sowohl für Benzin-Brennkraftmaschinen als auch für Diesel-Brennkraftmaschinen vorgemischte oder Diffusionsflammen, die durch die Fluidmechanik gesteuert werden.
SI-Brennkraftmaschinen können in einer Vielzahl von verschiedenen Verbrennungsmodi arbeiten, die einen homogenen SI-Verbrennungsmodus und einen SI-Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung umfassen. SI-Brennkraftmaschinen können ausgebildet sein, um unter vorbestimmten Drehzahl/Last-Betriebsbedingungen in einem Verbrennungsmodus mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Verbrennungsmodus) zu arbeiten, was auch als Verbrennung mit gesteuerter Selbstzündung bezeichnet wird. Der HCCI-Verbrennungsmodus umfasst einen verteilten, flammenlosen Selbstzündungs-Verbrennungsprozess, der durch die Oxidationschemie gesteuert wird. Eine Brennkraftmaschine, die in dem HCCI-Verbrennungsmodus arbeitet, weist eine Zylinderladung auf, die zu der Schließzeit des Einlassventils vorzugsweise homogen bezüglich der Zusammensetzung, der Temperatur und der restlichen Abgase ist. Die HCCI-Verbrennung ist ein verteilter, kinetisch gesteuerter Verbrennungsprozess, bei dem die Brennkraftmaschine mit einem verdünnten Luft/Kraftstoffgemisch, d. h. magerer als am Luft/Kraftstoff-Stöchiometriepunkt, mit relativ niedrigen Spitzen-Verbrennungstemperaturen arbeitet, was zu geringen NOx-Emissionen führt. Das homogene Luft/Kraftstoffgemisch minimiert das Auftreten von fetten Zonen, die Rauch und Partikelemissionen bilden.
Während des Brennkraftmaschinenbetriebs wird die Luftströmung der Brennkraftmaschine gesteuert, indem die Position des Drosselventils und das Öffnen und Schließen von Einlassventilen und Auslassventilen selektiv eingestellt werden. Bei derart ausgestatteten Brennkraftmaschinensystemen kann das Öffnen und Schließen der Einlassventile und der Auslassventile unter Verwendung eines Systems zur variablen Ventilbetätigung eingestellt werden, das eine variable Nockenphaseneinstellung und einen auswählbaren mehrstufigen Ventilhub umfasst, z. B. mehrstufige Nocken, die zwei oder mehr Ventilhubpositionen liefern. Im Gegensatz zu der Drosselpositionsänderung ist die Änderung der Ventilposition des mehrstufigen Ventilhubmechanismus eine diskrete Änderung und nicht kontinuierlich.
Wenn eine Brennkraftmaschine in einem HCCI-Verbrennungsmodus arbeitet, arbeitet die Brennkraftmaschine in einem Betrieb mit magerem oder stöchiometrischem Luft/Kraftstoffverhältnis, bei dem die Drossel weit offen ist, um Pumpverluste der Brennkraftmaschine zu minimieren. Wenn die Brennkraftmaschine in dem SI-Verbrennungsmodus arbeitet, arbeitet die Brennkraftmaschine bei einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis, bei dem das Drosselventil über einen Bereich von Positionen von 0% bis 100% der weit offenen Position gesteuert wird, um die Einlassluftströmung zum Erreichen des stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnisses zu steuern.
In einer Brennkraftmaschine, der ausgebildet ist, um in dem SI- und in dem HCCI-Verbrennungsmodus zu arbeiten, kann ein Wechseln zwischen Verbrennungsmodi komplex sein. Das Steuermodul der Brennkraftmaschine muss die Betätigungen mehrerer Einrichtungen abstimmen, um ein gewünschtes Luft/Kraftstoffverhältnis für die verschiedenen Modi zu liefern. Während eines Wechsels zwischen einem HCCI-Verbrennungsmodus und einem SI-Verbrennungsmodus tritt ein Umschalten des Ventilhubs nahezu verzögerungsfrei auf, während Einstellungen für Nockenphasensteller und Drücke in dem Krümmer eine langsamere Dynamik aufweisen. Bis das gewünschte Luft/Kraftstoffverhältnis erreicht ist, können eine unvollständige Verbrennung und eine Fehlzündung auftreten, was zu Drehmomentstörungen führt.
STAND DER TECHNIK
Aus der DE 10 2006 060 818 A1 ist ein Verfahren zum Steuern des Betriebs eines
Drehmomentmaschine umfasst, die ausgebildet sind, um ein Drehmoment auf einen Endantrieb zu übertragen, wobei die Brennkraftmaschine ausgebildet ist, um in einem Verbrennungsmodus mit homogener Kompressionszündung oder in einem Verbrennungsmodus mit Funkenzündung zu arbeiten. Eine Drehmomentanforderung eines Betreibers und Betriebsparameter der Brennkraftmaschine werden überwacht. Eine Zunahme in dem Drehmoment der Brennkraftmaschine wird angewiesen, und eine Motordrehmomentabgabe von der Drehmomentmaschine wird in Ansprechen auf die Drehmomentanforderung des Betreibers und die angewiesene Zunahme in dem Drehmoment der Brennkraftmaschine angewiesen, um einen Wechsel zwischen dem Verbrennungsmodus mit homogener Kompressionszündung und dem Verbrennungsmodus mit Funkenzündung zu vermeiden. Dabei wird die Drehmomentmaschine in Ansprechen auf die angewiesene Motordrehmomentabgabe von der Drehmomentmaschine in einem Drehmoment-Rückgewinnungszustand betrieben. Reicht ein verfügbarer Energiespeicher nicht aus, welcher der Drehmomentmaschine zugeordnet ist, wird die Brennkraftmaschine angewiesen, von dem Verbrennungsmodus mit homogener Kompressionszündung in den Verbrennungsmodus mit Funkenzündung zu wechseln.
Die US 2003/0230441 A1 beschreibt ein ähnliches Verfahren, bei dem jedoch eine Brennkraftmaschine in einem Betriebsbereich zwischen dem Verbrennungsmodus mit homogener Kompressionszündung und dem Verbrennungsmodus mit Funkenzündung abgeschaltet wird.
Ferner ist in der DE 10 2008 042 835 A1 ein Verfahren für den Betrieb einer Brennkraftmaschine im Verbrennungsmodus mit homogener Kompressionszündung oder mit Funkenzündung sowie für Wechsel zwischen diesen beschrieben.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Hybrid-Antriebsstrangs zu schaffen, mit dem glatte Wechsel zwischen zwei Verbrennungsmodi einer Brennkraftmaschine ohne nachteilige Auswirkungen einer unvollständigen Verbrennung erreicht werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 10.
Ein Hybrid-Antriebsstrangsystem umfasst eine Brennkraftmaschine und eine Drehmomentmaschine, die ausgebildet sind, um ein Drehmoment auf einen Endantrieb zu übertragen. Die Brennkraftmaschine ist ausgebildet, um in einem Verbrennungsmodus mit homogener Kompressionszündung oder in einem Verbrennungsmodus mit Funkenzündung zu arbeiten. Ein Verfahren zum Steuern des Betriebs des Hybrid-Antriebsstrangsystems umfasst, dass eine Drehmomentanforderung eines Betreibers überwacht wird, dass Betriebsparameter der Brennkraftmaschine überwacht werden und dass die Brennkraftmaschine angewiesen wird, von einem ersten Verbrennungsmodus in einen zweiten Verbrennungsmodus zu wechseln. Die Brennkraftmaschine wird von dem ersten Verbrennungsmodus in den zweiten Verbrennungsmodus übergeleitet, was umfasst, dass eine Zunahme in dem Drehmoment der Brennkraftmaschine angewiesen wird, dass eine Motordrehmomentabgabe von der Drehmomentmaschine in Ansprechen auf die Drehmomentanforderung des Betreibers und die angewiesene Zunahme in dem Drehmoment der Brennkraftmaschine angewiesen wird, und dass anschließend ein Übergang der Brennkraftmaschine von dem ersten Verbrennungsmodus in den zweiten Verbrennungsmodus ausgeführt wird. Die Drehmomentmaschine wird in Ansprechen auf die angewiesene Motordrehmomentabgabe von der Drehmomentmaschine während des Überleitens der Brennkraftmaschine von dem ersten Verbrennungsmodus in den zweiten Verbrennungsmodus in einem Drehmoment-Rückgewinnungszustand betrieben.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine oder mehrere Ausführungsformen werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, von denen:
1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine und eines begleitenden Steuermoduls gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
2 eine schematische Darstellung eines Hybridantriebsstrangs, der eine Ausführungsform der Brennkraftmaschine und einer Drehmomentmaschine verwendet, gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
3 ein schematisches Steuerdiagramm zum Steuern eines Hybrid-Antriebsstrangsystems, welches eine in einem HCCI-Verbrennungsmodus arbeitende Brennkraftmaschine während eines Moduswechselereignisses umfasst, gemäß der vorliegenden Offenbarung ist; und
4 eine graphische Darstellung verschiedener Parameter der Brennkraftmaschine während eines Verbrennungsmoduswechsels gemäß einer Ausführungsform dieser Offenbarung ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Nun auf die Zeichnungen Bezug nehmend, in denen das Gezeigte nur zu dem Zweck dient, bestimmte beispielhafte Ausführungsformen darzustellen, und nicht zu dem Zweck, selbige einzuschränken, ist 1 eine schematische Zeichnung einer Schnittansicht einer Brennkraftmaschine 10 und eines begleitenden Steuermoduls 5, die gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung konstruiert wurden. Die Brennkraftmaschine 10 ist in mehreren Verbrennungsmodi selektiv betriebsfähig, die einen Verbrennungsmodus mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Verbrennungsmodus) und einen homogenen Verbrennungsmodus mit Funkenzündung umfassen. Die Brennkraftmaschine 10 ist bei einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis und bei einem Luft/Kraftstoffverhältnis, das hauptsächlich überstöchiometrisch ist, selektiv betriebsfähig. Die Offenbarung kann auf verschiedene Brennkraftmaschinensysteme und Verbrennungszyklen angewendet werden.
Die beispielhafte Brennkraftmaschine 10 umfasst eine Mehrzylinder-Viertakt-Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, die 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 eine 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 der Brennkraftmaschine 10 in Ansprechen auf ein Steuersignal (ETC) von dem Steuermodul 5 zu steuern. Ein Drucksensor 36 in dem Einlasskrümmer 29 ist ausgebildet, um den Krümmerabsolutdruck und den barometrischen Druck zu überwachen. Ein äußerer Strömungsdurchgang führt Abgase aus dem Auslass der Brennkraftmaschine zu dem Einlasskrümmer 29 zurück und weist ein Strömungssteuerventil auf, das als ein Abgasrückführungsventil (AGR-Ventil) 38 bezeichnet wird. Das Steuermodul 5 dient dazu, die Massenströmung des Abgases zu dem Einlasskrümmer 29 zu steuern, indem das Öffnen des AGR-Ventils 38 gesteuert wird.
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. Die Brennkraftmaschine 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.
Die Einlass-VCP/VLC-Einrichtung 22 umfasst vorzugsweise einen Mechanismus, der dazu dient, für jeden Zylinder 15 in Ansprechen auf ein Steuersignal (EINLASS) von dem Steuermodul 5 einen Ventilhub (VLC) des Einlassventils bzw. der Einlassventile 20 umzuschalten und zu steuern sowie eine Nockenphaseneinstellung (VCP) der Einlassnockenwelle 21 variabel anzupassen und zu steuern. Die Auslass-VCP/VLC-Einrichtung 24 umfasst vorzugsweise einen steuerbaren Mechanismus, der dazu dient, für jeden Zylinder 15 in Ansprechen auf ein Steuersignal (AUSLASS) von dem Steuermodul 5 den Ventilhub (VLC) des Auslassventils bzw. der Auslassventile 18 variabel umzuschalten und zu steuern sowie die Phaseneinstellung (VCP) der Auslassnockenwelle 23 variabel anzupassen und zu steuern.
Die Einlass- und die Auslass-VCP/VLC-Einrichtung 22 und 24 weisen jeweils vorzugsweise einen steuerbaren zweistufigen VLC-Mechanismus auf, der dazu dient, das Ausmaß des Ventilhubs oder des Öffnens des Einlass- und des Auslassventils bzw. der Einlass- und der Auslassventile 20 und 18 auf eine von zwei diskreten Stufen zu steuern. Die zwei diskreten Stufen umfassen vorzugsweise eine Ventilöffnungsposition mit niedrigem Hub (ungefähr 4–6 mm bei einer Ausführungsform), vorzugsweise für einen Betrieb bei niedriger Drehzahl und niedriger Last, sowie eine Ventilöffnungsposition mit hohem Hub (ungefähr 8–13 mm bei einer Ausführungsform), vorzugsweise für einen Betrieb bei hoher Drehzahl und hoher Last. Die Einlass- und die Auslass-VCP/VLC-Einrichtung 22 und 24 weisen jeweils vorzugsweise einen Mechanismus zur variablen Nockenphaseneinstellung (VCP-Mechanismus) auf, um die Phaseneinstellung (d. h. eine relative Zeiteinstellung) des Öffnens und Schließens des Einlassventils (der Einlassventile) 20 bzw. des Auslassventils (der Auslassventile) 18 zu steuern und anzupassen. Das Anpassen der Phaseneinstellung bezieht sich auf eine Verschiebung der Öffnungszeiten des Einlass- und des Auslassventils bzw. der Einlass- und der Auslassventile 20 und 18 relativ zu den Positionen der der Kurbelwelle 12 und des Kolbens 14 in dem jeweiligen Zylinder 15. Die VCP-Mechanismen der Einlass- und der Auslass-VCP/VLC-Einrichtung 22 und 24 weisen vorzugsweise einen Autoritätsbereich für die Phaseneinstellung von ungefähr 60°–90° der Kurbeldrehung auf, wodurch ermöglicht wird, dass das Steuermodul 5 das Öffnen und Schließen des Einlass- oder des Auslassventils bzw. der Einlass- oder der Auslassventile 20 und 18 relativ zu der Position des Kolbens 14 für jeden Zylinder 15 nach früh oder nach spät verstellt. Der Autoritätsbereich für die Phaseneinstellung ist durch die Einlass- und die Auslass-VCP/VLC-Einrichtung 22 und 24 definiert und begrenzt. Die Einlass- und die Auslass-VCP/VLC-Einrichtung 22 und 24 weisen Nockenwellen-Positionssensoren auf, um Drehpositionen der Einlass- und der Auslassnockenwelle 21 und 23 zu ermitteln. Die VCP/VLC-Einrichtungen 22 und 24 werden unter Verwendung einer elektrohydraulischen, hydraulischen oder elektrischen Steuerkraft betätigt, die durch das Steuermodul 5 gesteuert wird.
Die Brennkraftmaschine 10 weist ein Kraftstoffeinspritzungssystem auf, das mehrere Hochdruck-Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 28 umfasst, die jeweils ausgebildet sind, um eine Kraftstoffmasse in Ansprechen auf ein Steuersignal (INJ_PW) von dem Steuermodul 5 in eine der Verbrennungskammern 16 direkt einzuspritzen. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 28 werden von einem Kraftstoffverteilsystem mit unter Druck stehendem Kraftstoff versorgt.
Die Brennkraftmaschine 10 weist ein Funkenzündungssystem auf, durch das Zündfunkenenergie an eine Zündkerze 26 geliefert werden kann, um Zylinderladungen in jeder der Verbrennungskammern 16 in Ansprechen auf ein Steuersignal (IGN) von dem Steuermodul 5 zu zünden oder bei dem Zünden zu unterstützen.
Die Brennkraftmaschine 10 ist mit verschiedenen Detektionseinrichtungen zum Überwachen das Betriebs der Brennkraftmaschine 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 weist eine Sensoreinrichtung auf, 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 überwacht, 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. Die Verbrennungsphaseneinstellung kann jedoch auch durch ähnliche Verfahren ermittelt werden, wie Fachleuten bekannt sein kann. 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. Die Brennkraftmaschine 10 und das Steuermodul 5 sind vorzugsweise mechanisiert, um Zustände des IMEP für jeden der Zylinder 15 der Brennkraftmaschine 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, Sensoren für Abgasanteile und nicht eingreifende Zylinderdrucksensoren.
Steuermodul, Modul, Controller, Steuereinheit, Prozessor und ähnliche Ausdrücke bedeuten eine beliebige geeignete oder verschiedene Kombinationen eines anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreises (ASIC) oder mehrerer anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreise, eines elektronischen Schaltkreises oder mehrerer elektronischer Schaltkreise, einer zentrale Verarbeitungseinheit oder mehrerer zentraler Verarbeitungseinheiten (vorzugsweise ein Mikroprozessor bzw. Mikroprozessoren) und eines zugeordneten Speichers und einer zugeordneten Archivierung (Festwertspeicher, 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 5 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 können während des laufenden Brennkraftmaschinen- und Fahrzeugbetriebs in regelmäßigen Intervallen ausgeführt werden, 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.
Im Betrieb überwacht das Steuermodul 5 Eingaben von den zuvor erwähnten Sensoren, um Zustände von Parametern der Brennkraftmaschine zu ermitteln. Das Steuermodul 5 ist ausgebildet, um Eingabesignale von einem Betreiber zu empfangen (z. B. mittels eines Gaspedals und eines Bremspedals), um eine Drehmomentanforderung eines Betreibers zu ermitteln. Das Steuermodul 5 überwacht die Sensoren, welche die Drehzahl der Brennkraftmaschine und die Einlasslufttemperatur sowie die Kühlmitteltemperatur und andere Umgebungsbedingungen angeben.
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, des Funkenzündungszeitpunkts, der Masse und des Zeitpunkts der Kraftstoffeinspritzung, der AGR-Ventilposition, um die Strömung zurückgeführter Abgase zu steuern, und der Zeitpunkteinstellung sowie der Phaseneinstellung der Einlass- und/oder Auslassventile bei derart ausgestatteten Brennkraftmaschinen umfasst. Die Zeiteinstellung und die Phaseneinstellung eines Ventils können bei einer Ausführungsform eine negative Ventilüberlappung (NVO) und einen Hub einer Auslassventil-Wiederöffnung umfassen (bei einer Abgas-Rückatmungsstrategie) umfassen. Das Steuermodul 5 kann betrieben werden, um die Brennkraftmaschine 10 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 dem Abgassensor 40 steuern.
Während des Betriebs der Brennkraftmaschine in dem HCCI-Verbrennungsmodus ist das Drosselventil 34 vorzugsweise im Wesentlichen weit offen, wobei die Brennkraftmaschine 10 bei einem mageren oder stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis gesteuert wird. Die Einlass- und die Auslassventile 20 und 18 befinden sich in der Ventilöffnungsposition mit niedrigem Hub, und die zeitliche Steuerung des Einlass- und des Auslasshubs arbeitet mit NVO. Die im Wesentlichen weit offene Drossel kann einen völlig ungedrosselten Betrieb oder einen leicht gedrosselten Betrieb umfassen, um einen Unterdruck in dem Einlasskrümmer 29 zu erzeugen, um eine AGR-Strömung zu bewirken. Bei einer Ausführungsform wird die AGR-Masse in dem Zylinder auf eine hohe Verdünnungsrate gesteuert, z. B. auf mehr als 40% der Zylinderluftladung. Ein oder mehrere Kraftstoffeinspritzungsereignisse können während eines Brennkraftmaschinenzyklus ausgeführt werden, was zumindest eine Einspritzung während einer Kompressionsphase umfasst.
Während des Betriebs der Brennkraftmaschine in dem homogenen Verbrennungsmodus mit Funkenzündung (SI-Verbrennungsmodus) wird das Drosselventil 34 gesteuert, um die Luftströmung zu regeln. Die Brennkraftmaschine 10 wird auf ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoffverhältnis gesteuert, und die Einlass- und die Auslassventile 20 und 18 befinden sich in der Ventilöffnungsposition mit hohem Hub, und die zeitliche Steuerung des Einlass- und der Auslasshubs arbeitet mit einer positiven Ventilüberlappung. Ein Kraftstoffeinspritzungsereignis wird vorzugsweise während einer Kompressionsphase eines Brennkraftmaschinenzyklus ausgeführt, vorzugsweise im Wesentlichen vor dem TDC. Die Funkenzündung wird vorzugsweise zu einer vorbestimmten Zeit nach der Kraftstoffeinspritzung entladen, wenn die Luftladung in dem Zylinder im Wesentlichen homogen ist.
Das Steuermodul 5 leitet den Betrieb der Brennkraftmaschine in den bevorzugten Verbrennungsmodus über, welcher der Brennkraftmaschine 10 zugeordnet ist, um Kraftstoffeffizienzen und die Stabilität der Brennkraftmaschine zu erhöhen und/oder um Emissionen zu verringern. Eine Änderung in einem der Parameter der Brennkraftmaschine, z. B. in der Drehzahl und der Last, kann eine Änderung in einer Betriebszone der Brennkraftmaschine bewirken. Das Steuermodul 5 befiehlt einen Wechsel in den bevorzugten Verbrennungsmodus, der einer Änderung in der Betriebszone der Brennkraftmaschine zugeordnet ist.
Während Wechseln des Verbrennungsmodus wird die Brennkraftmaschine 10 gesteuert, um bei einem bevorzugten Luft/Kraftstoffverhältnis zu arbeiten, und die Einlassluftströmung wird gesteuert, um das bevorzugte Luft/Kraftstoffverhältnis zu erreichen. Dies umfasst, dass eine Zylinderluftladung basierend auf dem Betrieb der Brennkraftmaschine in dem Ziel-Verbrennungsmodus geschätzt wird. Das Drosselventil 34 sowie die Einlass- und die Auslass-VCPNLC-Einrichtung 22 und 24 werden gesteuert, um eine Einlass-Luftströmungsrate basierend auf der geschätzten Zylinderluftladung zu erreichen, einschließlich während des Wechsels zwischen dem homogenen Verbrennungsmodus mit Funkenzündung und dem HCCI-Verbrennungsmodus. Die Größe der Luftströmung wird gesteuert, indem die Position des Drosselventils 34 sowie die Einlass- und die Auslass-VCP/VLC-Einrichtung 22 und 24 eingestellt werden, um den Öffnungszeitpunkt und die Profile des Einlass- und des Auslassventils bzw. der Einlass- und der Auslassventile 20 und 18 zu steuern. Der Betrieb in den zwei Verbrennungsmodi erfordert unterschiedliche Einstellungen für die Einlass- und die Auslass-VCPNLC-Einrichtung 22 und 24 bezogen auf die zeitliche Ventilsteuerung und die Profile des Einlass- und des Auslassventils bzw. der Einlass- und der Auslassventile 20 und 18 und des Drosselventils 34 für die Drosselposition.
Wenn ein Wechsel von dem homogenen Verbrennungsmodus mit Funkenzündung in den HCCI-Verbrennungsmodus angewiesen wird, weist das Steuermodul 5 das Drosselventil 34 an, bis zu einer weit offenen Drosselposition (WOT-Position) zu öffnen, und es weist das Einlass- und das Auslass-VCP/VLC-System 22 und 24 an, die Einlass- und die Auslassnocken in die bevorzugten Betriebspositionen einzustellen. Die Luftströmung nimmt anschließend aufgrund des zunehmenden Krümmerdrucks zu, und die Kraftstoffströmung nimmt dementsprechend zu, um ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoffverhältnis aufrecht zu erhalten, wodurch das Drehmoment der Brennkraftmaschine zunimmt. Wenn der Einlasskrümmerdruck einen Druck erreicht, der eine robuste HCCI-Verbrennung ermöglicht, schaltet der VLC-Anteil des Einlass- und des Auslass-VCP/VLC-Systems 22 und 24 die Einlass- und die Auslassventile 20 und 18 von den Ventilöffnungsposition mit hohem Hub in die Ventilöffnungspositionen mit niedrigem Hub um. Die bevorzugten Einlass- und Auslass-Nockenpositionen werden derart ausgewählt, dass eine Luftströmungsunterbrechung während des Umschaltereignisses des Ventilhubs minimiert wird und ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoffverhältnis in dem HCCI-Verbrennungsmodus kontinuierlich erreicht wird.
Wenn ein Wechsel von dem HCCI-Verbrennungsmodus in den homogenen Verbrennungsmodus mit Funkenzündung angewiesen wird, weist das Steuermodul 5 das Einlass- und das Auslass-VCP/VLC-System 22 und 24 an, die Phaseneinstellung der Einlassnockenwelle 21 und der Auslassnockenwelle 23 einzustellen, um die Luftströmung zu erhöhen, bis die Einlassnockenwelle 21 und die Auslassnockenwelle 23 bevorzugte Positionen erreichen. Die Kraftstoffmasse nimmt anschließend zu, um ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoffverhältnis zu erreichen, wodurch das Drehmoment der Brennkraftmaschine zunimmt. Das Einlass- und das Auslass-VCP/VLC-System 22 und 24 schalten die Einlass- und die Auslassventile 20 und 18 von der Ventilöffnungsposition mit niedrigem Hub in die Ventilöffnungsposition mit hohem Hub um, wenn die Einlassnockenwelle 21 und die Auslassnockenwelle 23 die bevorzugten Phaseneinstellungspositionen erreichen. Die bevorzugten Phaseneinstellungspositionen der Einlassnockenwelle 21 und der Auslassnockenwelle 23 werden derart ausgewählt, dass eine Unterbrechung der Luftströmung während eines Umschaltereignisses des Ventilhubs minimiert wird und ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoffverhältnis in dem homogenen Verbrennungsmodus mit Funkenzündung kontinuierlich erreicht wird.
Das Steuermodul 5 stellt die Drossel 34 ein und signalisiert dem Einlass- und dem Auslass-VCP/VLC-System 22 und 24, die Nockenphaseneinstellung anzupassen. Diese Aktuatorveränderungen beeinflussen den Einlasskrümmerdruck und die Ventilöffnungszeiten, um eine gewünschte Zylinderluftladung zu erreichen. Die gewünschte Zylinderluftladung wird basierend auf der eingespritzten Kraftstoffmasse und einem gewünschten Luft/Kraftstoffverhältnis ermittelt, das in Abhängigkeit von dem ausgewählten Verbrennungsmodus ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoffverhältnis oder ein mageres Luft/Kraftstoffverhältnis ist. Während des Verbrennungsmoduswechsels kann das Steuermodul 5 eine oder mehrere Drehmomentmaschinen betreiben, um die Drehmomentabgabe der Brennkraftmaschine 10 umzuwandeln, wie nachstehend erklärt wird, um glatte Wechsel zu fördern.
2 ist eine schematische Darstellung eines Hybrid-Antriebsstrangsystems 135, das eine Ausführungsform der Brennkraftmaschine 10 und einer Drehmomentmaschine 145 verwendet. Es sollte angemerkt werden, dass die Eigenschaften des Hybridantriebsstrangs zur Veranschaulichung dienen und nicht als einschränkend angesehen werden sollten. Die Brennkraftmaschine 10 wird durch einen Brennkraftmaschinencontroller 230 gesteuert, der durch das Steuermodul 5 gesteuert wird, und sie kann mit einer Getriebeeinrichtung 100 gekoppelt sein, um eine Traktionsleistung selektiv an einen Endantrieb 105 eines Fahrzeugs zu übertragen. Der Endantrieb 105 umfasst eine Differentialeinrichtung bzw. Differentialeinrichtungen 115, die mechanisch an eine Achse bzw. Achsen 120 oder an eine Halbwelle bzw. Halbwellen ankoppelt bzw. ankoppeln, die bei einer Ausführungsform mechanisch an ein Rad bzw. Räder 125 ankoppelt bzw. ankoppeln. Die Differentialeinrichtung 115 ist mit einem Ausgangselement 130 des Hybrid-Antriebsstrangsystems gekoppelt. Der Endantrieb 105 überträgt Traktionsleistung zwischen dem Getriebe 100 und einer Straßenoberfläche mittels des Rades bzw. der Räder 125.
Das Hybrid-Antriebsstrangsystem 135 weist eine Energiespeichereinrichtung (ESD) 140 auf, die als eine Batterie dargestellt ist, die potentielle Energie speichert und mit einer oder mehreren Drehmomentmaschine(n) 145 gekoppelt ist, die als ein Elektromotor dargestellt ist bzw. sind, um Leistung zwischen diesen zu übertragen. Wenn die ESD 140 und die Drehmomentmaschine(n) 145 Elektromotoren/Generatoren umfassen, kann bzw. können ein steuerbarer Leistungs-Gleichrichter/Wechselrichter bzw. steuerbare Leistungs-Gleichrichter/Wechselrichter 150 zwischen diesen angeordnet sein und verwendet werden, um elektrische Leistung von einem Gleichstrom in einen Wechselstrom und umgekehrt umzuformen. Ein Motorcontroller 215 steuert die Drehmomentmaschine(n) 145 durch eine Steuerung des Gleichrichters/Wechselrichters bzw. der Gleichrichter/Wechselrichter 150, und er wird durch das Steuermodul 5 gesteuert. Die Drehmomentmaschine(n) 145 wandelt bzw. wandeln potentielle Energie in mechanische Leistung um, und sie wandelt bzw. wandeln in einem Modus mit elektrischer Leistungserzeugung mechanische Leistung in potentielle Energie um, die in der ESD 140 gespeichert werden kann. Die Brennkraftmaschine 10 dient dazu, in dem Fahrzeug gespeicherten Kraftstoff in mechanische Leistung umzuwandeln.
Die mechanische Leistung von der Brennkraftmaschine 10 kann auf das Getriebe 100 übertragen werden. Mechanische Leistung kann zwischen der Drehmomentmaschine bzw. den Drehmomentmaschinen 145 und dem Getriebe 100 übertragen werden. Mechanische Leistung kann zwischen dem Endantrieb 105 und dem Getriebe 100 mittels des Ausgangselements 130 übertragen werden. Mechanische Leistung kann zwischen der Brennkraftmaschine 10 und dem Getriebe 100 übertragen werden. Die übertragene mechanische Leistung kann in der Form eines Traktionsdrehmoments für den Fahrzeugantrieb und in der Form eines Reaktionsdrehmoments für das Bremsen des Fahrzeugs vorliegen, das der Funktionalität des regenerativen Bremsens zugeordnet ist. Wie für einen Fachmann offensichtlich ist, können andere Drehmomenteinrichtungen verwendet werden, z. B. hydraulische oder mechanische, obwohl eine elektrisch angetriebene Drehmomentmaschine bzw. elektrisch angetriebene Drehmomentmaschinen 145 dargestellt ist bzw. sind und im Detail diskutiert wird bzw. werden. Zusätzlich wird für einen Fachmann offensichtlich sein, dass andere Hybridausbildungen verwendet werden können, z. B. ein Reihenhybridantrieb, ein Parallelhybridantrieb oder ein zusammengesetzter Hybridantrieb, ohne von dem Umfang der Offenbarung abzuweichen.
Die Brennkraftmaschine 10 wird in Kombination mit der Drehmomentmaschine bzw. den Drehmomentmaschinen 145 verwendet, um ein Drehmoment auf den Endantrieb 105 zu übertragen, wodurch ein Traktionsdrehmoment durch das Rad bzw. die Räder 125 geliefert wird. Wenn die Brennkraftmaschine 10 in dem HCCI-Verbrennungsmodus arbeitet, wird die Verbrennungsphaseneinstellung durch die Temperatur und die Zusammensetzung der Zylinderladung beeinflusst. Es ist daher wünschenswert, eine Temperatur und eine Zusammensetzung der Zylinderladung für eine entsprechende Verbrennungsphaseneinstellung aufrecht zu erhalten, die eine direkte Korrelation mit dem Drehmoment der Brennkraftmaschine aufweist. Wenn die Temperatur und die Zusammensetzung der Ladung für eine Anforderung einer speziellen Verbrennungsphaseneinstellung nicht erreicht werden, können ein Verbrennungsklingeln und ein hörbares Verbrennungsgeräusch resultieren. Das Verbrennungsklingeln kann ein begrenzender Faktor für den Betrieb der Brennkraftmaschine in dem HCCI-Verbrennungsmodus sein, was Betriebspunkte der Brennkraftmaschine umfasst, die Bedingungen bei hoher Last und hoher Drehzahl und Bedingungen bei einem schnellen Wechsel zugeordnet sind. Darüber hinaus kann ein Drehzahl/Last-Betriebsbereich der Brennkraftmaschine 10 in dem HCCI-Verbrennungsmodus aufgrund des Ausmaßes des hörbaren Verbrennungsgeräusches begrenzt sein und dazu führen, dass die Brennkraftmaschine 10 zu dem Betrieb in dem Verbrennungsmodus mit Funkenzündung übergeleitet wird.
Die Drehmomentmaschine(n) 145 kann bzw. können in einem Modus mit elektrischer Leistungserzeugung betrieben werden, um ein Drehmoment von dem Endantrieb 105 umzuwandeln, indem die Drehmomentmaschine(n) 145 als ein elektrischer Leistungsgenerator gedreht wird bzw. werden. Der Betrieb der Drehmomentmaschine(n) 145 in dem Modus mit elektrischer Leistungserzeugung führt zu dem Erzeugen von potentieller Energie, die für eine zukünftige Verwendung zu der ESD 140 übertragen und in dieser gespeichert werden kann. Ein überschüssiges Drehmoment von dem Endantrieb 105 kann beispielsweise von Kräften des regenerativen Bremsens oder von Moduswechselereignissen herrühren.
3 zeigt schematisch ein Steuerschema 195, das die Steuerung eines Hybrid-Antriebsstrangsystems, z. B. des Hybrid-Antriebsstrangsystems 135, das für den Betrieb in einem von zumindest zwei Verbrennungsmodi ausgebildet ist, z. B. dem HCCI- und dem Funkenzündungs-Verbrennungsmodus, während eines Moduswechselereignisses darstellt. Das Steuerschema 195 wird vorzugsweise in dem Steuermodul 5 als ein algorithmischer Code ausgeführt. Bei einer Ausführungsform werden Betreibersteuerungen, z. B. die Drossel- und die Bremssteuerung, kontinuierlich überwacht, um eine Drehmomentanforderung T_O eines Betreibers zu ermitteln (200). Die Drehmomentanforderung T_O des Betreibers und die Betriebsparameter der Brennkraftmaschine, z. B. die Drehzahl und die Last der Brennkraftmaschine, werden verwendet, um einen bevorzugten Verbrennungsmodus und eine Drehmomentanforderung T_E der Brennkraftmaschine auszuwählen (205). Befehle, welche die Drehmomentanforderung T_E der Brennkraftmaschine und den bevorzugten Verbrennungsmodus umfassen, werden durch den Brennkraftmaschinencontroller 230 verwendet, um die Brennkraftmaschine 10 entsprechend zu betreiben.
Der bevorzugte Verbrennungsmodus entspricht den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine, wenn sich die Brennkraftmaschine 10 beispielsweise in einem Betriebsbereich befindet, der für die HCCI-Verbrennung geeignet ist, ist der bevorzugte Verbrennungsmodus der HCCI-Verbrennungsmodus, und das Steuermodul 5 weist den Betrieb in dem HCCI-Verbrennungsmodus an. Auf ähnliche Weise ist dann, wenn sich die Brennkraftmaschine 10 in einem Betriebsbereich befindet, der nicht länger für die HCCI-Verbrennung geeignet ist, der bevorzugte Verbrennungsmodus der Verbrennungsmodus mit Funkenzündung, und das Steuermodul 5 weist den Betrieb der Brennkraftmaschine 10 in den Verbrennungsmodus mit Funkenzündung an. Wenn die Brennkraftmaschine 10 in einem der Verbrennungsmodi arbeitet und wenn ermittelt wird, dass der andere Verbrennungsmodus der bevorzugte Verbrennungsmodus ist, weist das Steuermodul 5 einen Verbrennungsmoduswechsel an. Der Verbrennungsmoduswechsel umfasst, dass eine Drehmomentanforderung T_E der Brennkraftmaschine gesendet wird, um eine Erhöhung in der Drehmomentabgabe der Brennkraftmaschine anzuweisen. Der Brennkraftmaschinencontroller 230 betreibt die Brennkraftmaschine 10, um die Luftströmung zu erhöhen und eine entsprechende Zunahme in der Kraftstofflast und dadurch in dem Drehmoment zu erzeugen.
Die Drehmomentanforderung T_E der Brennkraftmaschine und die Drehmomentanforderung T_O des Betreibers werden verwendet, um eine Motordrehmomentanforderung T_M zu ermitteln (210), wenn die Drehmomentanforderung T_E der Brennkraftmaschine oberhalb der Drehmomentanforderung T_O des Betreibers liegt, und es beginnt ein Drehmoment-Rückgewinnungsereignis, wenn dies ermittelt wird. Das Drehmoment-Rückgewinnungsereignis beginnt, wenn das Motorsteuermodul 215 die Motordrehmomentanforderung T_M empfängt und den Motor 145 betreibt, um die Motordrehmomentanforderung T_M in potentielle Energie umzuwandeln, die in der ESD 140 gespeichert oder durch andere Fahrzeugsysteme unmittelbar verwendet werden kann. Der Brennkraftmaschinencontroller 230 ermittelt, wann das Drehmoment der Brennkraftmaschine ein ausreichendes Ausgabeniveau erreicht hat, um die Brennkraftmaschine 10 überzuleiten, z. B. wenn sich der Einlassdruck bei einem geeignet hohen Druck befindet, um eine korrekte Verbrennung in beiden Verbrennungsmodi zu ermöglichen. Der Brennkraftmaschinencontroller 230 leitet die Brennkraftmaschine 10 anschließend ohne nachteilige Nebeneffekte einer unvollständigen Verbrennung, wie beispielsweise Drehmomentstörungen und Emissionsspitzen, von einem Verbrennungsmodus in den anderen über.
Sobald die Brennkraftmaschine 10 von einem Verbrennungsmodus in den anderen wechselt, wird die Drehmomentanforderung T_E der Brennkraftmaschine verringert, um mit der Drehmomentanforderung T_O des Betreibers übereinzustimmen. Wenn die Drehmomentanforderung T_E der Brennkraftmaschine mit der Drehmomentanforderung T_O des Betreibers übereinstimmt, enden das Drehmoment-Rückgewinnungsereignis und der Verbrennungsmoduswechsel. Es ist für einen Fachmann offensichtlich, dass das vorstehende Beispiel veranschaulichend ist, um das Verständnis zu unterstützen, und nicht als eine Einschränkung gelesen werden sollte. Der Motor 145 kann beispielsweise eine beliebige geeignete Drehmomentmaschine sein, z. B. eine mechanische oder hydraulische. Als ein anderes Beispiel kann das Ermitteln des Verbrennungsmodus und des Drehmoments T_E der Brennkraftmaschine zusätzliche Schritte beinhalten, um die Drehmomentanforderung T_E der Brennkraftmaschine basierend auf verschiedenen Betriebskriterien der Brennkraftmaschine zu berechnen. Wie es für einen Fachmann offensichtlich sein wird, liefert das offenbarte Steuerschema 195 einen glatten Betrieb des Hybridfahrzeugs während des normalen Fahrzeugbetriebs. Der Motor 145 kann ein Drehmoment umwandeln, wodurch Unregelmäßigkeiten bei einem Moduswechselereignis verhindert werden, die durch die Brennkraftmaschine 10 erzeugt werden können, wenn entweder in dem SI- oder HCCI-Verbrennungsmodus gearbeitet wird und zwischen den Verbrennungsmodi umgeschaltet wird.
4 stellt den Betrieb des Steuerschemas 195 während eines Verbrennungsmoduswechsels graphisch dar, indem ein Satz von Parameterzuständen der Brennkraftmaschine gezeigt wird, der den Kraftstoff, den Verbrennungsmodus (Modus), das Drehmoment der Brennkraftmaschine (T_E), das Motordrehmoment (T_M), die Drehmomentanforderung des Betreibers (T_O), die Position der Drosselsteuerung (ETC_P), die Ventilüberlappung und die Ventilhubsteuerung (VLC) für die Einlass- und die Auslassventile unter Bezugnahme auf 3 umfasst. Das Moduswechselereignis tritt während des Wechsels zwischen dem HCCI- und dem SI-Verbrennungsmodus auf. Das Wechselereignis beginnt, wenn die Drehmomentanforderung T_O des Betreibers und die Betriebsparameter der Brennkraftmaschine verwendet werden, um einen bevorzugten Verbrennungsmodus und eine Drehmomentanforderung T_E der Brennkraftmaschine auszuwählen. Der Verbrennungsmodus-Steuerbefehl wird an den Brennkraftmaschinencontroller 230 gesendet, um basierend auf vorbestimmten Bedingungen, d. h. bei der Linie Req. A, von dem SI-Verbrennungsmodus in den HCCI-Verbrennungsmodus zu wechseln, wenn dies geeignet ist, und es beginnt ein Drehmoment-Rückgewinnungsereignis. Die vorbestimmten Bedingungen können beispielsweise auf der Last und/oder der Drehzahl der Brennkraftmaschine basieren, die in einen vorbestimmten Betriebsbereich der HCCI-Verbrennung eintreten. Der Brennkraftmaschinencontroller 230 passt die Drosselsteuerung von einer gegenwärtigen SI-Betriebsposition, wie sie bei ETC_P dargestellt ist, auf die WOT-Position an, wodurch eine Zunahme in der Kraftstoffmenge, die aufgenommen wird, und eine entsprechende Zunahme in der Drehmomentabgabe der Brennkraftmaschine erforderlich ist, wie es in den Grafiken für Kraftstoff bzw. T_E gezeigt ist.
Wenn die Drehmomentabgabe T_E der Brennkraftmaschine zunimmt, berechnet das Steuermodul 5 den Betrag des Drehmoments T_E der Brennkraftmaschine, der über die Drehmomentanforderung T_O des Betreibers hinausgeht, und sendet das resultierende Drehmoment als eine Motordrehmomentanforderung T_M an das Motorsteuermodul 215, um die Drehmomentmaschine(n) 145 in dem Modus mit elektrischer Leistungserzeugung zu betreiben. Die Drehmomentmaschine 145 wandelt das Drehmoment in dem Modus mit elektrischer Leistungserzeugung in potentielle Energie um, die in der ESD 140 gespeichert werden kann, und dies ist in der Grafik als ein negatives Drehmoment dargestellt. Obwohl der Beitrag des Drehmoments T_E der Brennkraftmaschine an dem Endantrieb zunimmt, wenn der Kraftstoff für die Brennkraftmaschine 10 zunimmt, bleibt das gesamte Traktionsdrehmoment daher gleich der Drehmomentanforderung des Betreibers, wie es bei T_O Req gezeigt ist. Wenn die Brennkraftmaschine 10 WOT erreicht oder wenn der Einlassdruck geeignet hoch ist, um beide Verbrennungsmodi mit minimalen Luftströmungsunterbrechungen zu betreiben, löst das Steuermodul 5 den Verbrennungsmoduswechsel aus, wie es vorstehend beschrieben ist und in der Grafik durch die gestrichelte Linie bei Trans A angegeben wird. Die ETCp befindet sich bei WOT, daher ist der Einlasskrümmerdruck hoch, was eine Betriebseigenschaft des Betriebs der Brennkraftmaschine 10 in dem HCCI-Modus ist. Das Steuermodul 5 weist das Einlass- und das Auslass-VCP/VLC-System 22 und 24 an, die Phaseneinstellungen der Einlassnockenwelle 21 und der Auslassnockenwelle 23 auf die bevorzugten Positionen einzustellen. Das Einlass- und das Auslass-VCP/VLC-System 22 und 24 schalten die Einlass- und die Auslassventile 20 und 18 von den Ventilöffnungspositionen mit hohem Hub (HL) in die Ventilöffnungspositionen mit niedrigem Hub (LL) um, was zu einem Wechsel zu der NVO führt.
Da die Brennkraftmaschine 10 vor dem Verbrennungsmoduswechsel mit einer hohen Luftströmungsrate läuft, z. B. bei WOT, werden Probleme bei dem Verbrennungsmoduswechsel minimiert, d. h. das Risiko von Fehlzündungen oder Teilverbrennungen aufgrund einer ungenauen Luftströmung wird verringert oder beseitigt. Bei dem Abschließen der Umschaltung der VCP/VLC-Systeme 22 und 24 in die Ventilöffnungsposition mit niedrigem Hub (LL) unterbricht das Steuermodul 5 das Moduswechselereignis, und es betreibt die Brennkraftmaschine 10 in dem HCCI-Verbrennungsmodus. Die Brennkraftmaschine 10 verringert anschließend die Drehmomentabgabe, indem der Kraftstoffparameter beschränkt wird, wie es durch die entsprechenden Grafiken T_E und Kraftstoff angeben und rechts der Linie Trans A dargestellt ist. Wenn das Drehmoment T_E der Brennkraftmaschine die Drehmomentanforderung T_O des Betreibers erreicht, wird das Drehmoment, das in potentielle Energie umgewandelt wird, um einen ähnlichen Betrag verringert, wie es in der Grafik angegeben ist. Wenn die Brennkraftmaschine 10 die Drehmomentanforderung T_O des Betreibers ohne die Notwendigkeit erzeugt, ein zusätzliches Drehmoment zum Erzeugen von potentieller Energie umzuwandeln, endet das Drehmoment-Rückgewinnungsereignis.
Ein Wechseln von dem HCCI- in den SI-Verbrennungsmodus ist bei und in der Nähe der gepunkteten Linie Req B und der gestrichelten Linie Trans B dargestellt. Die Ermittlung des gewünschten Drehmoments der Brennkraftmaschine bei 205 ermittelt basierend auf vorbestimmten Bedingungen bei Req B, dass ein Wechsel von dem HCCI- in den SI-Verbrennungsmodus geeignet ist, und das Steuermodul 5 beginnt ein Verbrennungsmodus-Wechselereignis. Die vorbestimmten Bedingungen können beispielsweise sein, dass die Last und/oder die Drehzahl der Brennkraftmaschine außerhalb eines vorbestimmten Betriebsbereichs für die HCCI-Verbrennung liegen. Die Drosselsteuerung befindet sich aufgrund des HCCI-Verbrennungsprozesses bei WOT, und die VCP-Systeme 22 beginnen, die NVO auf den bevorzugten Wert zu verringern, während die Kraftstoffmenge erhöht wird, um ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoffverhältnis zu erreichen, wodurch der Betrag des Drehmoments T_E der Brennkraftmaschine, das erzeugt wird, auf ein bevorzugtes Drehmoment für einen glatten Verbrennungsmoduswechsel erhöht wird und wodurch ein Drehmoment-Rückgewinnungsereignis begonnen wird.
Das Steuermodul 5 ermittelt den überschüssigen Betrag der Drehmomentanforderung T_E der Brennkraftmaschine gegenüber der Drehmomentanforderung T_O des Betreibers, um ein Motordrehmoment T_M zu ermitteln, und es sendet das resultierende Drehmoment als eine Motordrehmomentanforderung an das Motorsteuermodul 215, um die Drehmomentmaschine(n) 145 in dem Modus mit elektrischer Leistungserzeugung zu betreiben, um das Drehmoment zur Speicherung in der ESD 140 in potentielle Energie umzuwandeln. Daher nimmt der Beitrag des Drehmoments der Brennkraftmaschine an dem Endantrieb zu, das gesamte Traktionsdrehmoment bleibt jedoch bei der Drehmomentanforderung T_O des Betreibers. Das Steuermodul 5 empfängt die Anforderung, den Verbrennungsmoduswechsel auszulösen wie es vorstehend beschrieben ist und in der Grafik durch die gestrichelte Linie bei Trans B angegeben wird. Die Position der Drosselsteuerung ETC_P befindet sich bei WOT, dadurch ist der Krümmerdruck hoch, wodurch ein Betriebsmodus vorliegt, der akzeptierbar ist, um in dem Bereich mit hoher Last in dem SI-Modus zu arbeiten. Das Einlass- und das Auslass-VCP/VLC-System 22 und 24 schalten die Einlass- und die Auslassventile 20 und 18 von den Ventilöffnungspositionen mit niedrigem Hub (LL) in die Ventilöffnungspositionen mit hohem Hub (HL) um, was zu einem Wechsel von der NVO zu der PVC führt und das Ende des Verbrennungsmodus-Wechselereignisses und den Beginn des Verbrennungsprozesses mit Funkenzündung signalisiert.
Da die Brennkraftmaschine 10 vor dem Verbrennungsmoduswechsel in dem WOT-Zustand läuft, werden Probleme bei dem Verbrennungsmoduswechsel minimiert, d. h. das Risiko von Fehlzündungen oder Teilverbrennungen aufgrund einer ungenauen Luftströmung wird verringert oder beseitigt. Das Steuermodul 5 kann anschließend die Drosselposition ETC_P zum Verringern der Drehmomenterzeugung modifizieren, wie es durch die Grafiken T_E und ETC_P angegeben und rechts der Linie Trans B dargestellt ist. Das Steuermodul 5 weist das Einlass- und das Auslass-VCP/VLC-System 22 und 24 an, die Einlass- und die Auslassnocken dementsprechend einzustellen, wenn die Kraftstoffmasse abnimmt. Wenn sich die Verringerung des Drehmoments T_E der Brennkraftmaschine dem von dem Betreiber angeforderten Drehmoment T_O Req annähert, wird das Drehmoment, das umgewandelt wird, um einen ähnlichen Betrag verringert, wie es in der Grafik T_M angegeben ist. Schließlich spricht die Brennkraftmaschine 10 auf das von dem Betreiber angeforderte Drehmoment T_O Req ohne die Notwendigkeit an, ein zusätzliches Drehmoment in gespeicherte Energie umzuwandeln, und das Drehmoment-Rückgewinnungsereignis wird beendet.
Alternative Ausführungsformen können andere Brennkraftmaschinen mit einer Öffnungssteuerung für ein steuerbares mehrstufiges Ventil umfassen, einschließlich solcher, die mehrstufige Ventilöffnungen und/oder eine variable Nockenphaseneinstellung nur für die Einlassventile oder die Auslassventile verwenden und in einem Hybridantriebsstrang betreibbar sind.

Claims

Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Hybrid-Antriebsstrangsystems (135), das eine Brennkraftmaschine (10) und eine Drehmomentmaschine (145) umfasst, die ausgebildet sind, um ein Drehmoment auf einen Endantrieb (105) zu übertragen, wobei die Brennkraftmaschine (10) ausgebildet ist, um in einem Verbrennungsmodus mit homogener Kompressionszündung oder in einem Verbrennungsmodus mit Funkenzündung zu arbeiten, wobei das Verfahren umfasst, dass: eine Drehmomentanforderung eines Betreibers überwacht wird; Betriebsparameter der Brennkraftmaschine (10) überwacht werden; die Brennkraftmaschine (10) angewiesen wird, von einem ersten Verbrennungsmodus in einen zweiten Verbrennungsmodus oder vom zweiten in den ersten Verbrennungsmodus zu wechseln; die Brennkraftmaschine (10) vom ersten in den zweiten Verbrennungsmodus oder vom zweiten in den ersten Verbrennungsmodus übergeleitet wird, was in beiden Fällen umfasst, dass eine Zunahme in dem Drehmoment der Brennkraftmaschine (10) angewiesen wird, dass eine Motordrehmomentabgabe von der Drehmomentmaschine (145) in Ansprechen auf die Drehmomentanforderung des Betreibers und die angewiesene Zunahme in dem Drehmoment der Brennkraftmaschine (10) angewiesen wird und anschließend ein Übergang der Brennkraftmaschine (10) vom ersten in den zweiten Verbrennungsmodus oder vom zweiten in den ersten Verbrennungsmodus ausgeführt wird; und die Drehmomentmaschine (145) in Ansprechen auf die angewiesene Motordrehmomentabgabe von der Drehmomentmaschine (145) während des Überleitens der Brennkraftmaschine (10) vom ersten in den zweiten Verbrennungsmodus und vom zweiten in den ersten Verbrennungsmodus in einem Drehmoment-Rückgewinnungszustand betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Anweisen der Brennkraftmaschine (10), von dem ersten Verbrennungsmodus in den zweiten Verbrennungsmodus zu wechseln, umfasst, dass die Brennkraftmaschine (10) angewiesen wird, von dem Verbrennungsmodus mit homogener Kompressionszündung in den Verbrennungsmodus mit Funkenzündung zu wechseln, wenn die überwachten Betriebsparameter der Brennkraftmaschine (10) vordefinierte Bereiche überschreiten, die dem Betrieb in dem Verbrennungsmodus mit homogener Kompressionszündung zugeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Verbrennungsmodus mit homogener Kompressionszündung umfasst, dass mit einer Ventilöffnungsposition der Brennkraftmaschine (10) mit niedrigem Hub gearbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Anweisen der Brennkraftmaschine (10), von dem ersten Verbrennungsmodus in den zweiten Verbrennungsmodus zu wechseln, umfasst, dass die Brennkraftmaschine (10) angewiesen wird, von dem Verbrennungsmodus mit Funkenzündung in den Verbrennungsmodus mit homogener Kompressionszündung zu wechseln, wenn sich die Betriebsparameter der Brennkraftmaschine (10) innerhalb von vordefinierten Bereichen befinden, die dem Betrieb in dem Modus mit homogener Kompressionszündung zugeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Verbrennungsmodus mit Funkenzündung umfasst, dass mit einer Ventilöffnungsposition der Brennkraftmaschine (10) mit hohem Hub gearbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Anweisen der Zunahme in dem Drehmoment der Brennkraftmaschine (10) umfasst, dass die Zunahme in dem Drehmoment der Brennkraftmaschine (10) in einen vorbestimmten Betriebsbereich angewiesen wird, der dem Betrieb der Brennkraftmaschine (10) mit einem hohen Einlassdruck entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Überleiten der Brennkraftmaschine (10) von dem ersten Verbrennungsmodus in den zweiten Verbrennungsmodus ferner umfasst, dass eine Abnahme in dem Drehmoment der Brennkraftmaschine nach dem Ausführen des Übergangs der Brennkraftmaschine (10) von dem ersten Verbrennungsmodus in den zweiten Verbrennungsmodus angewiesen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Betreiben der Drehmomentmaschine (145) in dem Drehmoment-Rückgewinnungszustand umfasst, dass die Drehmomentmaschine (145) betrieben wird, um einen Betrag eines Drehmoments umzuwandeln, der einer Differenz zwischen der Drehmomentanforderung des Betreibers und der angewiesenen Zunahme in dem Drehmoment der Brennkraftmaschine (10) entspricht, um speicherbare elektrische Energie zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Anweisen einer Zunahme in dem Drehmoment der Brennkraftmaschine (10) ferner umfasst, dass: ein Drehmoment der Brennkraftmaschine (10) überwacht wird; eine bevorzugte Drosselöffnungsposition, eine bevorzugte Kraftstoffströmungsrate und eine bevorzugte Ventilphaseneinstellung der Brennkraftmaschine(10) ermittelt werden, die der angewiesenen Zunahme in dem Drehmoment der Brennkraftmaschine (10) zugeordnet sind; und die Brennkraftmaschine (10) zu der bevorzugten Drosselöffnungsposition, der bevorzugten Kraftstoffströmungsrate und der bevorzugten Ventilphaseneinstellung der Brennkraftmaschine (10) gesteuert wird.
Verfahren zum Betreiben eines Hybrid-Antriebsstrangsystems (135), das eine Brennkraftmaschine (10) und eine Drehmomentmaschine (145) umfasst, die jeweils ausgebildet sind, um ein Drehmoment in Ansprechen auf eine Drehmomentanforderung eines Betreibers auf einen Endantrieb (105) zu übertragen, wobei die Brennkraftmaschine (10) zweistufige variable Hubsteuermechanismen (22, 24) aufweist, die ausgebildet sind, um die Größe eines Ventilhubs von Einlass- und Auslassventilen (20, 18) der Brennkraftmaschine (10) auf eine von zwei diskreten Stufen zu steuern, die Ventilöffnungspositionen mit niedrigem Hub und Ventilöffnungspositionen mit hohem Hub umfassen, wobei das Verfahren umfasst, dass: eine Umschaltung der zweistufigen variablen Hubsteuermechanismen (22, 24) von einer ersten der zwei diskreten Stufen auf eine zweite der zwei diskreten Stufen während des Betriebs der Brennkraftmaschine (10) angewiesen wird; bei dem Anweisen der Umschaltung der zweistufigen variablen Hubsteuermechanismen (22, 24) ein Moduswechsel ausgeführt wird, der umfasst, dass die Drehmomentabgabe für die Brennkraftmaschine (10) über die Drehmomentanforderung des Betreibers hinaus erhöht wird, dass der zweistufige variable Hubsteuermechanismus (22, 24) von der ersten der zwei diskreten Stufen auf die zweite der zwei diskreten Stufen umgeschaltet wird und dass die Brennkraftmaschine (10) anschließend in Ansprechen auf die Drehmomentanforderung des Betreibers betrieben wird; und die Drehmomentmaschine (145) betrieben wird, um ein Drehmoment der Brennkraftmaschine (10), das über die Drehmomentanforderung des Betreibers hinausgeht, während des Moduswechsels umzuwandeln, um speicherbare Energie zu erzeugen.