DE102011118269B4

DE102011118269B4 - Verfahren zum steuern der verbrennung in einem mehrzylinder-verbrennungsmotor mit zündfunkenunterstützung und direkteinspritzung

Info

Publication number: DE102011118269B4
Application number: DE102011118269.5A
Authority: DE
Inventors: Jun-Mo Kang; Hanho Yun; Chen-Fang Chang
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-11-16
Filing date: 2011-11-11
Publication date: 2020-03-05
Anticipated expiration: 2031-11-12
Also published as: CN102465783A; US20120118267A1; CN102465783B; DE102011118269A1; US8469002B2

Abstract

Verfahren zum Steuern der Verbrennung in einem Mehrzylinder-Verbrennungsmotor (10) mit Funkenzündung und Direkteinspritzung, das umfasst, dass:
eine gewünschte Verbrennungsphaseneinstellung ermittelt wird, um akzeptierbare Verbrennungseigenschaften aufrechtzuerhalten;
eine Verbrennungsphaseneinstellung jedes Zylinders (15) überwacht wird;
eine Ziel-Verbrennungsphaseneinstellung ausgewählt wird, die einem der Zylinder entspricht, der eine am weitesten nach spät verstellte Verbrennungsphaseneinstellung aufweist;
ein Zündfunkenzeitpunkt in jedem Zylinder (15) eingestellt wird, der nicht die am weitesten nach spät verstellte Verbrennungsphaseneinstellung aufweist, um die Ziel-Verbrennungsphaseneinstellung zu erreichen, um die Verbrennungsphaseneinstellung in allen Zylindern (15) bei der Ziel-Verbrennungsphaseneinstellung auszugleichen; und
ein Prozentanteil einer äußeren AGR eingestellt wird, um die ausgeglichene Verbrennungsphaseneinstellung in allen Zylindern (15) in Richtung der gewünschten Verbrennungsphaseneinstellung zusammenzuführen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Mehrzylinderverbrennungsmotors mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Motoren).
Beispielsweise beschreibt die DE 10 2011 118 269 A1 ein Verfahren zum Steuern eines HCCI-Motors, wobei sowohl der Einspritzzeitpunkt als auch der Zündzeitpunkt variiert werden, um unerwünschtes Klingeln zu reduzieren.
HINTERGRUND
Verbrennungsmotoren, insbesondere Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotoren, fallen allgemein in eine von zwei Kategorien: solche mit Funkenzündung und solche mit Kompressionszündung. Motoren mit Funkenzündung, wie beispielsweise Benzinmotoren, leiten ein Kraftstoff/Luftgemisch in die Verbrennungszylinder ein, das anschließend in dem Kompressionstakt komprimiert und durch eine Zündkerze gezündet wird. Motoren mit Kompressionszündung, wie beispielsweise Dieselmotoren, leiten unter Druck stehenden Kraftstoff in der Nähe eines oberen Totpunkts (TDC) des Kompressionstakts in einen Verbrennungszylinder ein oder spritzen den unter Druck stehenden Kraftstoff ein, der bei der Einspritzung zündet. Die Verbrennung umfasst sowohl für Benzinmotoren als auch für Dieselmotoren vorgemischte oder Diffusionsflammen, die durch die Fluidmechanik gesteuert werden. Jeder Motortyp weist Vorteile und Nachteile auf. Im Allgemeinen erzeugen Benzinmotoren geringere Emissionen, sind aber weniger effizient. Dieselmotoren sind im Allgemeinen effizienter, erzeugen aber mehr Emissionen.
Kürzlich wurden andere Typen von Verbrennungsmethodiken für Verbrennungsmotoren eingeführt. Eines dieser Verbrennungskonzepte ist in der Technik als homogene Kompressionszündung (HCCI) bekannt. Die HCCI-Verbrennung umfasst einen verteilten, flammenlosen, Selbstzündungs-Verbrennungsprozess, der durch die Oxidationschemie anstelle der Fluidmechanik gesteuert wird. Bei einem typischen Motor, der in dem HCCI-Verbrennungsmodus arbeitet, ist die Zylinderladung zu der Einlassventil-Schließzeit nahezu homogen bezüglich der Zusammensetzung und der Temperatur. Ein typischer Motor, der in dem HCCI-Verbrennungsmodus arbeitet, kann ferner unter Verwendung einer Kraftstoffeinspritzung mit geschichteter Ladung arbeiten, um den Verbrennungsprozess zu steuern und zu modifizieren, einschließlich der Verwendung der Verbrennung mit geschichteter Ladung, um die HCCI-Verbrennung auszulösen. Da die gesteuerte Selbstzündung ein verteilter kinetisch gesteuerter Verbrennungsprozess ist, arbeitet der Motor mit einem sehr verdünnten Kraftstoff/Luftgemisch (d.h. magerer als am Kraftstoff/Luft-Stöchiometriepunkt) und weist eine relativ niedrige Verbrennungs-Spitzentemperatur auf, wodurch extrem niedrige Stickstoffoxidemissionen (NO_x-Emissionen) gebildet werden. Das Kraftstoff/Luftgemisch für die Selbstzündung ist im Vergleich zu den geschichteten Kraftstoff/Luft-Verbrennungsgemischen, die in Dieselmotoren verwendet werden, relativ homogen, und daher werden die fetten Zonen im Wesentlichen beseitigt, die bei Dieselmotoren Rauch und Partikelemissionen bilden. Aufgrund dieses sehr verdünnten Kraftstoff/Luftgemischs kann ein Motor, der in dem Verbrennungsmodus mit gesteuerter Selbstzündung arbeitet, ungedrosselt arbeiten, um eine dieselähnliche Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu erreichen. Der HCCI-Motor kann bei Stöchiometrie mit wesentlichen Mengen einer Abgasrückführung (AGR) arbeiten, um eine effektive Verbrennung zu erreichen.
Es gibt keine direkte Steuerung des Starts der Verbrennung für einen Motor, der in dem Selbstzündungsmodus arbeitet, da die chemische Kinetik der Zylinderladung den Start und den Verlauf der Verbrennung bestimmt. Die chemische Kinetik ist empfindlich gegenüber der Temperatur, und folglich ist der Verbrennungsprozess mit gesteuerter Selbstzündung empfindlich gegenüber der Temperatur. Eine wichtige Variable, welche die Verbrennungsauslösung und den Verbrennungsfortschritt beeinflusst, ist die effektive Temperatur der Zylinderstruktur, d.h. die Temperatur der Zylinderwände, des Zylinderkopfs, des Zylinderventils und der Kolbenkrone. Zusätzlich ist es bekannt, dass die Zündung mit Zündfunkenunterstützung die Verbrennung in bestimmten Betriebsbereichen erleichtert.
Der Betrieb in einem HCCI-Modus bei höheren Lasten kann problematisch sein, da die in der Verbrennungskammer vorhandene Energie mit zunehmender Last zunimmt. Diese zunehmende Energie, die sich beispielsweise bei höheren Temperaturen in der Luft-Kraftstoffladung zeigt, die verbrannt wird, erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass die Luft-Kraftstoffladung vor dem beabsichtigten Verbrennungspunkt verbrennt, was zu einer unerwünschten Druckwelle oder einem unerwünschten Klingeln aus der Verbrennungskammer führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Lösung für diese Problematik anzugeben.
ZUSAMMENFASSUNG
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Das Verfahren zum Steuern der Verbrennung in einem Mehrzylinder-Verbrennungsmotor mit Funkenzündung und Direkteinspritzung umfasst, dass eine gewünschte Verbrennungsphaseneinstellung zum Aufrechterhalten akzeptierbarer Verbrennungseigenschaften ermittelt wird, dass die Verbrennungsphaseneinstellung jedes Zylinders überwacht wird, dass eine Ziel-Verbrennungsphaseneinstellung ausgewählt wird, die einem der Zylinder entspricht, der eine am weitesten nach spät verstellte Verbrennungsphaseneinstellung aufweist, dass ein Zündfunkenzeitpunkt in jedem Zylinder eingestellt wird, der nicht die am weitesten nach spät verstellte Verbrennungsphaseneinstellung aufweist, um die Ziel-Verbrennungsphaseneinstellung zu erreichen, um die Verbrennungsphaseneinstellung in allen Zylindern bei der Ziel-Verbrennungsphaseneinstellung auszugleichen, und dass ein Prozentanteil einer äußeren AGR eingestellt wird, um die ausgeglichene Verbrennungsphaseneinstellung in allen Zylindern in Richtung der gewünschten Verbrennungsphaseneinstellung zusammenzuführen.
Figurenliste
Eine oder mehrere Ausführungsformen werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, von denen:

1 eine schematische Zeichnung eines beispielhaften Motorsystems gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
2 eine Graphik gemäß der vorliegenden Offenbarung ist, die ein Profil einer Wärmefreigaberate während einer HCCI-Verbrennung mit Zündfunkenunterstützung darstellt;
3 eine Graphik gemäß der vorliegenden Offenbarung ist, die eine Auslassrekompressions-Ventilstrategie 300 darstellt, die ein Auslassventilprofil 310 und ein Einlassventilprofil 320 zeigt und umfasst, dass eine Dauer einer negativen Ventilüberlappung (NVO) 315 veranschaulicht ist;
4 einen Controller 400 für die Verbrennungsphaseneinstellung zum Ausgleichen der Verbrennungsphaseneinstellung in jedem Zylinder eines Mehrzylindermotors und zum Einstellen eines Prozentanteils einer äußeren AGR gemäß der vorliegenden Offenbarung schematisch darstellt, welches Einstellen die ausgeglichene Verbrennungsphaseneinstellung in allen Zylindern zusammenführt, damit diese zu einer gewünschten Verbrennungsphaseneinstellung zusammenlaufen; und
5 experimentelle und abgeleitete Daten eines beispielhaften Motors gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch darstellt, welche eine AGR-Ventilöffnung 510, einen Funkenzündungszeitpunkt 520 und einen CA50 (d.h. eine Kurbelwinkellage, bei der 50 % der Kraftstoffmasse verbrannt sind) 530 zeigen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Nun auf die Zeichnungen Bezug nehmend, wobei das Gezeigte nur zu dem Zweck dient, bestimmte beispielhafte Ausführungsformen darzustellen, zeigt 1 schematisch einen beispielhaften Verbrennungsmotor 10 und ein begleitendes Steuermodul 5, die gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung konstruiert wurden. Der Motor 10 ist in mehreren Verbrennungsmodi selektiv betriebsfähig, die einen Verbrennungsmodus mit gesteuerter Selbstzündung (HCCI-Verbrennungsmodus) und einen homogenen Verbrennungsmodus mit Funkenzündung (SI-Verbrennungsmodus) umfassen. Der Motor 10 ist bei einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis und bei einem Luft/Kraftstoffverhältnis, das hauptsächlich überstöchiometrisch ist, selektiv betriebsfähig. Es ist einzusehen, dass die Konzepte in der Offenbarung auf andere Verbrennungsmotorsysteme und Verbrennungszyklen angewendet werden können.
Bei einer Ausführungsform kann der Motor 10 mit einer Getriebeeinrichtung gekoppelt sein, um eine Traktionsleistung auf einen Endantrieb eines Fahrzeugs zu übertragen. Das Getriebe kann ein Hybridgetriebe umfassen, das Drehmomentmaschinen aufweist, die zum Übertragen der Traktionsleistung auf einen Endantrieb betriebsfähig sind.
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 den Luftdurchsatz zu überwachen und zu steuern. Die Lufteinlasseinrichtungen umfassen vorzugsweise einen Luftmassendurchsatzsensor 32, um den Luftmassendurchsatz und die Einlasslufttemperatur zu überwachen. Ein Drosselventil 34 umfasst vorzugsweise eine elektronisch gesteuerte Einrichtung, die verwendet wird, um den Luftdurchsatz zu dem Motor 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 von einem Motorauslass zu dem Einlasskrümmer 29 zurück und weist ein Durchsatzsteuerventil auf, das als ein Abgasrückführungsventil (AGR-Ventil) 38 bezeichnet wird. Das Steuermodul 5 ist betreibbar, um den Massendurchsatz des Abgases zu dem Einlasskrümmer 29 zu steuern, indem das Öffnen des AGR-Ventils 38 gesteuert wird.
Der Luftdurchsatz aus dem Einlasskrümmer 29 in die Verbrennungskammer 16 wird durch ein oder mehrere Einlassventil(e) 20 gesteuert. Der Abgasdurchsatz aus der Verbrennungskammer 16 wird durch ein oder mehrere Auslassventil(e) 18 zu einem Auslasskrümmer 39 gesteuert. Der Motor 10 ist mit Systemen ausgestattet, um das Öffnen und Schließen der Einlass- und der Auslassventile 20 und 18 zu steuern und einzustellen. Bei einer Ausführungsform kann das Öffnen und Schließen der Einlass- und der 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-VCPA/LC-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-VCPNLC-Einrichtung 22 umfasst vorzugsweise einen Mechanismus, der dazu dient, für jeden Zylinder 15 in Ansprechen auf ein Steuersignal (EINLASS) den Ventilhub des Einlassventils bzw. der Einlassventile 20 umzuschalten und zu steuern sowie eine Phaseneinstellung der Einlassnockenwelle 21 variabel anzupassen und zu steuern. Die Auslass-VCPA/LC-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 des Auslassventils bzw. der Auslassventile 18 variabel umzuschalten und zu steuern sowie die Phaseneinstellung 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 Mechanismus zur variablen Hubsteuerung (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-VCPNLC-Einrichtung 22 und 24 weisen jeweils vorzugsweise einen Mechanismus zur variablen Nockenphaseneinstellung (VCP-Mechanismus) auf, um die Phaseneinstellung (d.h. die 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 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 jeweils 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 durch das Steuermodul 5 unter Verwendung einer elektrohydraulischen, hydraulischen oder elektrischen Steuerkraft betätigt.
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.
Der Motor 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.
Der Motor 10 ist mit verschiedenen Detektionseinrichtungen zum Überwachen das 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 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. 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 des Motors 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 lonendetektion 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 Motor- 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 Motorparametern zu ermitteln. Das Steuermodul 5 ist ausgebildet, um Eingabesignale von einem Bediener zu empfangen (z.B. mittels eines Gaspedals und eines Bremspedals), um eine Drehmomentanforderung eines Bedieners (To_req) zu ermitteln. Es ist einzusehen, dass die Drehmomentanforderung auf eine Bedienereingabe (z.B. mittels des Gaspedals und des Bremspedals) ansprechen kann oder dass die Drehmomentanforderung auf eine Autostartbedingung ansprechen kann, die durch das Steuermodul 5 überwacht wird. Das Steuermodul 5 überwacht die Sensoren, welche die Motordrehzahl 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-Ventilpositionsöffnung, um den Durchsatz zurückgeführter Abgase zu steuern, und der Zeiteinstellung sowie der Phaseneinstellung der Einlass- und/oder Auslassventile bei derart ausgestatteten Motoren umfasst. Die Zeiteinstellung und die Phaseneinstellung der Ventile können bei einer Ausführungsform eine NVO und einen Hub einer Auslassventil-Wiederöffnung (bei einer Abgas-Rückatmungsstrategie) umfassen. Das Steuermodul 5 kann betrieben werden, um den Motor 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 Motorbetriebs ist das Drosselventil 34 in dem Verbrennungsmodus mit gesteuerter Selbstzündung (HCCI-Verbrennungsmodus) vorzugsweise im Wesentlichen weit offen, z.B. in den Verbrennungsmodi mit gesteuerter Selbstzündung (HCCI-Verbrennungsmodi) mit einzelner und doppelter Einspritzung, wobei der Motor 10 bei einem mageren Luft/Kraftstoffverhältnis gesteuert wird. Die im Wesentlichen weit offene Drossel kann umfassen, dass vollständig ungedrosselt oder leicht gedrosselt gearbeitet wird, 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. Die Einlass- und die Auslassventile 20 und 18 befinden sich in der Ventilposition mit niedrigem Hub, und die zeitliche Steuerung des Einlass- und des Auslasshubs arbeitet mit NVO. Es können ein oder mehrere Kraftstoffeinspritzungsereignisse während eines Motorzyklus ausgeführt werden, einschließlich zumindest eines Kraftstoffeinspritzungsereignisses während einer Kompressionsphase.
Während des Motorbetriebs in dem homogenen Verbrennungsmodus mit Funkenzündung (SI-Verbrennungsmodus) wird das Drosselventil 34 gesteuert, um den Luftdurchsatz zu regeln. Der Motor 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 des Auslasshubs arbeitet mit einer positiven Ventilüberlappung. Ein Kraftstoffeinspritzungsereignis wird vorzugsweise während der Kompressionsphase eines Motorzyklus ausgeführt, vorzugsweise wesentlich 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.
Auf 2 Bezug nehmend, ist eine Graphik gemäß der vorliegenden Offenbarung dargestellt, die ein Profil 200 einer Wärmefreigaberate während einer HCCI-Verbrennung (Selbstzündungsverbrennung) mit Zündfunkenunterstützung zeigt. Die x-Achse 202 repräsentiert einen verbrannten Massenanteil (%), und die y-Achse 201 repräsentiert die Wärmefreigaberate (J/Grad). Die Betriebsgrenze der gesteuerten Selbstzündung (HCCI) bei hoher Last kann erweitert werden, indem ein Zündfunken die Luft-Kraftstoffladung vor einem Selbstzündungspunkt zündet, der durch die gestrichelte Linie 60 bezeichnet ist. Die Funkenzündung der Luft-Kraftstoffladung löst eine Flammenausbreitung aus, wobei die Flammenausbreitung verwendet wird, um die Betriebsgrenze bei hoher Last zu erweitern, indem die Selbstzündung verzögert wird und dadurch ein akzeptierbares Verbrennungsgeräusch erreicht wird. Während des Betriebs mit hoher Last umfasst die Selbstzündung mit Zündfunkenunterstützung, dass die Kraftstoffmasse unter Verwendung einer einzelnen Einspritzung während eines Einlasstakts geliefert wird, dass die eingespritzte Kraftstoffmasse während eines Kompressionstakts durch einen Funken gezündet wird, dass eine Flammenausbreitung ausgelöst wird und der Rest der eingespritzten Kraftstoffmasse von selbst zündet, wenn die Temperatur der Zylinderladung durch die Flammenausbreitung auf eine Temperatur erhöht wird, die für die Selbstzündung ausreicht. Die Flammenausbreitung tritt bis zu der gestrichelten Linie 60 auf und ist mit dem Pfeil 58 bezeichnet. Die Selbstzündung tritt an der gestrichelten Linie 60 auf und ist durch den Pfeil 62 bezeichnet. Nach der einzelnen Einspritzung während des Einlasstakts kann die Funkenzündung der eingespritzten Kraftstoffmasse während des Kompressionstakts, welche die Flammenausbreitung auslöst, die Selbstzündung verzögern, um die Betriebsgrenze der gesteuerten Selbstzündungsverbrennung bei hoher Last zu erweitern. Optional kann die Selbstzündung mit Zündfunkenunterstützung ferner ausgebildet sein, um die Verwendung mehrerer Kraftstoffeinspritzungen zu umfassen (z.B. eine erste Einspritzung während des Einlasstakts und eine zweite Einspritzung während des Kompressionstakts). Wie offensichtlich werden wird, kann das Verbrennungsgeräusch der HCCI-Verbrennung mit Zündfunkenunterstützung verringert werden, indem die Brenndauer der Verbrennung ausgedehnt wird und indem die Verbrennungsphaseneinstellung unter Verwendung des Zündfunkenzeitpunkts nach spät verstellt wird, ohne dass die Verbrennungsstabilität verloren geht.
Auf 3 Bezug nehmend, ist eine Graphik gemäß der vorliegenden Offenbarung dargestellt, die eine Abgasrekompressions-Ventilstrategie 300 (z.B. eine Abgas-Rückatmungsstrategie) darstellt, die ein Auslassventilprofil 310 und ein Einlassventilprofil 320 zeigt und umfasst, dass eine Zeitdauer einer negativen Ventilüberlappung (NVO) 315 veranschaulicht ist. Die x-Achse 302 bezeichnet die Kurbelwinkellage (in Grad). Die y-Achse 301 bezeichnet das Ventilprofil (in mm). Die gestrichelte vertikale Linie 305 bezeichnet den TDC. Wie zuvor erwähnt wurde, ist die maximale Last dann, wenn der Motor in dem Modus mit gesteuerter Selbstzündung (HCCI-Modus) arbeitet, der während des Betriebs mit hoher Last eine Zündung mit Zündfunkenunterstützung umfasst, durch den Betrag des Luftmassendurchsatzes (ṁ_air) begrenzt, den der Motor aufnehmen kann. Es ist bekannt, den Motor zum Verringern von Pumpverlusten ungedrosselt zu betreiben, wobei Zeitpunkte für das Öffnen und das Schließen der Einlass- und Auslassventile eingestellt werden, um den Betrag des Luftmassendurchsatzes und den Betrag der äußeren AGR zu steuern, die der Motor aufnehmen kann. Der Betrag der äußeren AGR wird unter Verwendung des Steuermoduls 5 eingestellt, um den Massendurchsatz von Abgas zu dem Einlasskrümmer 29 zu steuern, indem der Prozentanteil für das Öffnen des AGR-Ventils 38 gesteuert wird. Es ist einzusehen, dass das Einstellen des Betrags der äußeren AGR globale Auswirkungen auf alle Zylinder aufweist. Daher kann der Prozentanteil für das Öffnen des äußeren AGR-Ventils 38 eingestellt werden, um eine ausgeglichene Verbrennungsphaseneinstellung in allen Zylindern in Richtung des Erreichens einer gewünschten Verbrennungsphaseneinstellung zusammenzuführen. Die gewünschte Verbrennungsphaseneinstellung wird verwendet, um akzeptierbare Verbrennungseigenschaften aufrechtzuerhalten, die das Verbrennungsgeräusch, die Verbrennungsstabilität und die Verbrennungseffizienz umfassen. Das Ausgleichen der Verbrennungsphaseneinstellung in jedem einzelnen Zylinder wird nachstehend im weiteren Detail diskutiert. Der Betrag der äußeren AGR wird im Weiteren als der Prozentanteil der äußeren AGR bezeichnet.
Die Abgasrekompressions-Ventilstrategie 300 (z.B. die Abgas-Rückatmungsstrategie) kann verwendet werden, um den Betrag des Massendurchsatzes (z.B. des Luftmassendurchsatzes und des Prozentanteils der äußeren AGR) in den Zylinder zu steuern, wobei heißes Abgas (d.h. Restgas) aus einem vorhergehenden Motorzyklus in den Zylinder eingeschlossen wird, indem das Auslassventil früh während eines Auslasstakts geschlossen wird und das Einlassventil spät und symmetrisch zu dem Schließzeitpunkt des Auslassventils geöffnet wird, um einen Luftmassendurchsatz und einen Prozentanteil der äußeren AGR für die beginnende Verbrennung während eines sich unmittelbar anschließenden Zylinderereignisses in den Zylinder aufzunehmen. Die NVO-Dauer 315 beschreibt die Kurbelwinkeldauer, während der sowohl das Einlass- als auch das Auslassventil um den Zylinder-TDC 305 herum geschlossen sind. Es ist einzusehen, dass die Zylinderladungstemperatur, der Betrag des Luftmassendurchsatzes und der Betrag des Prozentanteils der äußeren AGR stark von der Größe der NVO-Dauer 315 abhängen. Beispielsweise resultiert eine größere NVO-Dauer 315 aus einem früheren Schließzeitpunkt des Auslassventils während des Auslasstakts, wobei eine größere Menge des Restgases aus dem vorhergehenden Motorzyklus in dem Zylinder eingeschlossen wird. Die größere NVO-Dauer 315 erzeugt eine erhöhte Zylinderladungstemperatur, und sie erzeugt ein geringeres Volumen in dem Zylinder, das der eintretende Luftmassendurchsatz und der Prozentanteil der äußeren AGR einnehmen können. Daher existiert eine Beziehung, anhand derer das verfügbare Zylindervolumen, das durch den Luftmassendurchsatz und den Prozentanteil der äußeren AGR eingenommen wird, maximiert wird, wenn die NVO-Dauer 315 minimiert wird. Wenn eine Drehmomentanforderung eines Bedieners angibt (z.B. mittels eines Gaspedals oder eines Bremspedals), dass der Motor mit einer homogenen Kompressionszündung mit hoher Last arbeitet, die eine Zündung mit Zündfunkenunterstützung umfasst, kann die NVO-Dauer 315 verringert werden, um die Verfügbarkeit des Zylindervolumens für den Luftmassendurchsatz bei dem Eintreten in den Zylinder zu erhöhen, und der Prozentanteil der äußeren AGR kann verringert werden, um ein Luft-Kraftstoffverhältnis basierend auf der Drehmomentanforderung des Bedieners aufrechtzuerhalten.
Die Verbrennungsphaseneinstellung in jedem Zylinder hängt von der thermischen Umgebung in jedem Zylinder ab, wenn der Motor in dem Modus mit gesteuerter Selbstzündung (HCCI-Modus) betrieben wird, der eine Zündung mit Zündfunkenunterstützung während des Betriebs mit hoher Last umfasst. Die Verbrennungsphaseneinstellung beschreibt den Fortschritt der Verbrennung in einem Zyklus, wie er durch den Kurbelwinkel des Zyklus gemessen wird. Eine Metrik zum Beurteilen der Verbrennungsphaseneinstellung ist der CA50 oder der Kurbelwinkel, bei dem 50 % der Luft-Kraftstoffladung verbrannt sind. Die Eigenschaften eines Verbrennungszyklus, wie beispielsweise die Effizienz, das Verbrennungsgeräusch und die Verbrennungsstabilität, werden durch den CA50 des Zyklus beeinflusst. Daher ist das Aufrechterhalten einer optimalen/gewünschten Verbrennungsphaseneinstellung während des HCCI-Betriebs mit hoher Last wünschenswert. Bei einem speziellen Einspritzungszeitpunkt, einem speziellen Zündfunkenzeitpunkt und einer speziellen Zeiteinstellung für die Ventile für ein Zylinderereignis kann eine nicht ausgeglichene Verbrennungsphaseneinstellung in jedem Zylinder aufgrund von nicht einheitlichen Bedingungen in den Zylindern entstehen, die eine nicht einheitliche Verteilung des Prozentanteils der äußeren AGR, nicht einheitliche thermische Bedingungen in den Zylindern und/oder Schwankungen von Einspritzeinrichtungen zu Einspritzeinrichtungen in jedem Zylinder umfassen. Die Verstellung des Zündfunkenzeitpunkts nach spät, um die Verbrennungsphaseneinstellung in dem Zylinder nach spät zu verstellen, kann ein übermäßiges Verbrennungsgeräusch im Wesentlichen verringern, das von den nicht einheitlichen Bedingungen in den Zylindern herrührt. Wie offensichtlich werden wird, kann eine ausgeglichene Verbrennungsphaseneinstellung unter den einzelnen Zylindern erreicht werden, indem der Zündfunkenzeitpunkt in jedem Zylinder eingestellt wird, um eine Ziel-Verbrennungsphaseneinstellung zu erreichen, und die gewünschte Verbrennungsphaseneinstellung kann erreicht werden, indem der Prozentanteil der äußeren AGR eingestellt wird, um die ausgeglichene Verbrennungsphaseneinstellung in allen Zylindern in Richtung der gewünschten Verbrennungsphaseneinstellung zusammenzuführen. Speziell kann die gewünschte Verbrennungsphaseneinstellung in einem Zylinder mit einem geringeren Prozentanteil der äußeren AGR erreicht werden, wenn der Zündfunkenzeitpunkt in dem Zylinder nach spät verstellt wird.
Die hierin diskutierten Ausführungsformen verwenden eine Steuerstrategie, die eine individuelle Verbrennungsphaseneinstellung von Zylindern ausgleicht und steuert, während der Motor in einem Modus mit gesteuerter Selbstzündung (HCCI-Modus) betrieben wird, der während des Betriebs mit hoher Last eine Zündung mit Zündfunkenunterstützung umfasst. Die Steuerstrategie ist nicht auf den Betrieb mit Selbstzündung (HCCI-Betrieb) bei hoher Last beschränkt und kann auf ähnliche Weise auf den Betrieb mit Selbstzündung (HCCI-Betrieb) bei niedriger und mittlerer Last angewendet werden.
Die betrachteten Ausführungsformen umfassen, dass eine gewünschte Verbrennungsphaseneinstellung ermittelt wird, um akzeptierbare Verbrennungseigenschaften in einem Modus mit gesteuerter Selbstzündung aufrechtzuerhalten, der eine Zündung mit Zündfunkenunterstützung umfasst. Die Verbrennungseigenschaften können das Verbrennungsgeräusch, die Verbrennungseffizienz und die Verbrennungsstabilität umfassen. Die Verbrennungsphaseneinstellung wird in jedem Zylinder überwacht. Wie zuvor erwähnt wurde, kann die Verbrennungsphaseneinstellung in jedem Zylinder aufgrund von nicht einheitlichen Bedingungen in den Zylindern schwanken, die eine nicht einheitliche Verteilung des Prozentanteils der äußeren AGR, nicht einheitliche thermische Bedingungen in den Zylindern und eine Schwankung der Kraftstoffeinspritzeinrichtung umfassen. Basierend auf der überwachten Verbrennungsphaseneinstellung in jedem Zylinder kann eine Ziel-Verbrennungsphaseneinstellung ausgewählt werden, die einem der Zylinder entspricht, der eine am weitesten nach spät verstellte Verbrennungsphaseneinstellung aufweist. Die Verbrennungsphaseneinstellung in jedem Zylinder kann ausgeglichen werden, indem der Zündfunkenzeitpunkt in jedem Zylinder, der nicht den am weitesten nach spät verstellten Zündfunkenzeitpunkt aufweist, eingestellt wird. Der eingestellte Zündfunkenzeitpunkt in jedem Zylinder, der nicht die am weitesten nach spät verstellte Verbrennungsphaseneinstellung aufweist, kann verwendet werden, um die Ziel-Verbrennungsphaseneinstellung zu erreichen. Speziell kann die Verbrennungsphaseneinstellung in den Zylindern, die nicht die am weitesten nach spät verstellte Verbrennungsphaseneinstellung aufweisen, nach spät verstellt werden, indem der Zündfunkenzeitpunkt für diese jeweiligen Zylinder nach spät verstellt wird. Anschließend kann der Prozentanteil der äußeren AGR eingestellt werden, um die ausgeglichene Verbrennungsphaseneinstellung für alle Zylinder (d.h. die Ziel-Verbrennungsphaseneinstellung) in Richtung der gewünschten Verbrennungsphaseneinstellung zusammenzuführen. Wie zuvor erwähnt wurde, weist das Einstellen des Prozentanteils der äußeren AGR eine globale Auswirkung auf alle Zylinder aus, und es kann daher verwendet werden, um die Verbrennungsphaseneinstellung zusammenzuführen, wenn alle Zylinder ausgeglichen sind.
Auf 4 Bezug nehmend, ist ein Controller 400 für die Verbrennungsphaseneinstellung zum Ausgleichen und Steuern einer individuellen Verbrennungsphaseneinstellung von einzelnen Zylindern gemäß der vorliegenden Offenbarung dargestellt, während der Motor in dem Modus mit gesteuerter Selbstzündung (HCCI-Modus) mit Zündfunkenunterstützung betrieben wird. Der Controller 400 für die Verbrennungsphaseneinstellung ist dem Steuermodul 5 zugeordnet und umfasst einen Controller 470 zum Ausgleichen der Verbrennungsphaseneinstellung und einen Controller 460 für eine globale Verbrennungsphaseneinstellung. Der Controller 470 zum Ausgleichen der Verbrennungsphaseneinstellung umfasst ein Ziel-Verbrennungsphaseneinstellungsmodul (TCPM) 402, eine Differenzeinheit 408, einen Controller 412 für ein individuelles Integral, ein Kalibrierungsmodul 418 und ein Zündfunkenzeitpunkt-Einstellungsmodul (STAM) 422. Es ist einzusehen, dass die Verbrennungsphaseneinstellung durch den CA50 angegeben werden kann, welcher der Kurbelwinkellage nach dem TDC entspricht, bei der 50 % der Luft-Kraftstoffladung verbrannt sind. Der CA50 für jeden Zylinder kann während jedes Motorzyklus überwacht werden.
Das TCPM 402 wählt eine Ziel-Verbrennungsphaseneinstellung CA50_T(k) 406 während eines Motorzyklus k aus und erzeugt diese. Das TCPM 402 kann die Ziel-Verbrennungsphaseneinstellung (CA50_T(k)) 406 unter Verwendung von Gleichung 1 wie folgt berechnen: $CA 50_{T} (k) = max {CA 50_{n} (k) | I_{n} (k) < ε}$
wobei CA50_n(k) eine individuelle Verbrennungsphaseneinstellung 404 bezeichnet,

n bezeichnet, welcher Zylinder überwacht wird,
k den Motorzyklus bezeichnet,
I_n(k) ein Integratorwert ist, der einem Betrag eines Zündfunkenzeitpunkts entspricht, und
ε ein einstellbarer Parameter ist, der für einen CA50-Ausgleich verwendet wird und für alle Motorereignisse begrenzt ist.

Es ist einzusehen, dass der einstellbare Parameter ε eine ausreichend kleine positive Zahl ist. Die individuelle Verbrennungsphaseneinstellung CA50_n(k) 404 für jeden Zylinder wird überwacht und in das TCPM 402 und in die Differenzeinheit 408 eingegeben. Die Ziel-Verbrennungsphaseneinstellung CA50_T(k) 406, die durch das TCPM 402 ausgewählt wird, kann der individuellen Verbrennungsphaseneinstellung eines Zylinders n entsprechen, der die am weitesten nach spät verstellte Verbrennungsphaseneinstellung aufweist. Das TCPM 402 kann die Erreichbarkeit der Zylinder ermitteln, die nicht die am weitesten nach spät verstellte Verbrennungsphaseneinstellung aufweisen, um deren jeweilige individuelle Verbrennungsphaseneinstellung CA50_n(k) durch eine individuelle Einstellung des Zündfunkenzeitpunkts zu der Ziel-Verbrennungsphaseneinstellung CA50_T(k) zusammenzuführen. I_n(k) repräsentiert einen Integratorwert 414, der durch den Controller 412 für das individuelle Integral erzeugt und in das STAM 422 und das TCPM 402 unter Verwendung einer Rückkopplungssteuerschleife eingegeben wird. Der Integratorwert I_n(k) 414 wird nachstehend im weiteren Detail diskutiert. Die Ziel-Verbrennungsphaseneinstellung CA50_T(k) 406 wird in die Differenzeinheit 408 eingegeben und mit der individuellen Verbrennungsphaseneinstellung CA50_n(k) 404 verglichen, wobei eine Differenz 410 der Verbrennungsphaseneinstellung jeweils für jeden Zylinder erzeugt und in den Controller 412 für das individuelle Integral eingegeben wird. Der Controller 412 für das individuelle Integral erzeugt dadurch den Integratorwert I_n(k) 414 für jeden Zylinder, und dieser wird in das TCPM 402 und das STAM 422 eingegeben. Der Integratorwert I_n(k) 414 entspricht direkt einem Betrag eines Zündfunkenzeitpunkts in jedem Zylinder, der nicht die am weitesten nach spät verstellte Verbrennungsphaseneinstellung aufweist, welcher Zündfunkenzeitpunkt eingestellt werden muss, um die Ziel-Verbrennungsphaseneinstellung CA50_T(k) 406 zu erreichen. Mit anderen Worten repräsentiert der Integratorwert I_n(k) 414 eine Einstellung des Zündfunkenzeitpunkts für jeden Zylinder, um die Differenz zwischen der individuellen Verbrennungsphaseneinstellung CA50_n(k) 404 und der Ziel-Verbrennungsphaseneinstellung CA50_T(k) 406 zu minimieren (d.h. die Differenz 410 der Verbrennungsphaseneinstellung). Da die Ziel-Verbrennungsphaseneinstellung CA50_T(k) 406 den Zylinder repräsentiert, der die am weitesten nach spät verstellte Verbrennungsphaseneinstellung aufweist, entspricht der Integratorwert I_n(k) 414 direkt dem Betrag des Zündfunkenzeitpunkts in jedem Zylinder, der nicht den am weitesten nach spät verstellten Zündfunkenzeitpunkt aufweist, welcher Zündfunkenzeitpunkt jeweils für jeden Zylinder nach spät verstellt werden muss, um die Ziel-Verbrennungsphaseneinstellung CA50_T(k) 406 zu erreichen, um dadurch die Verbrennungsphaseneinstellung in allen Zylindern auszugleichen. Zusätzlich dazu, dass er mittels der Rückkopplungs-Steuerschleife in das TCPM 402 eingegeben und in einem nachfolgenden Verbrennungszyklus verwendet wird, wird der Integratorwert I_n(k) 414 in das STAM 422 eingegeben und gemäß dem unmodifizierten Zündfunkenzeitpunkt 420 für jeden Zylinder basierend auf Motorparametern 416 eingestellt, die in das Kalibrierungsmodul 418 eingegeben und durch dieses kalibriert werden. Die Motorparameter 416 können die Motordrehzahl und eine gewünschte eingespritzte Kraftstoffmasse für jeden Motorzyklus basierend auf einer Drehmomentanforderung eines Bedieners umfassen.
Der Controller 460 für die globale Verbrennungsphaseneinstellung umfasst ein Modul 430 für die äußere AGR. Die Motorparameter 416 werden zusätzlich in das Modul 430 für die äußere AGR eingegeben, wobei das Modul für die äußere AGR Einstellungen 432 der äußeren AGR für den Prozentanteil der äußeren AGR erzeugt. Die Einstellungen 432 der äußeren AGR dienen dazu, den Prozentanteil der äußeren AGR einzustellen, um die ausgeglichene Verbrennungsphaseneinstellung der Zylinder zusammenzuführen (d.h. unter Verwendung des Controllers 470 zum Ausgleichen der Verbrennungsphaseneinstellung), um eine gewünschte Verbrennungsphaseneinstellung zu erreichen. Die gewünschte Verbrennungsphaseneinstellung basiert auf den Motorparametern 416, die der Drehmomentanforderung des Bedieners entsprechen, wobei ein Aufrechterhalten einer gewünschten Verbrennungsphaseneinstellung akzeptierbare Niveaus des Verbrennungsgeräuschs, der Verbrennungseffizienz und der Verbrennungsstabilität (d.h. der Verbrennungseigenschaften) erreichen kann. Die betrachteten Ausführungsformen umfassen, dass die Einstellungen 432 der äußeren AGR verwendet werden, um ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoffverhältnis unter Verwendung eines katalytischen Dreiwegewandlers aufrechtzuerhalten, um die gewünschten NO_x-Emissionsniveaus während des Betriebs mit hoher Last zu erfüllen. Beispielsweise kann eine Drehmomentanforderung eines Bedieners eine erhöhte eingespritzte Kraftstoffmasse angeben, wobei der Prozentanteil der äußeren AGR verringert werden kann, um ein Luft-Kraftstoffverhältnis zu erreichen, das der Drehmomentanforderung des Bedieners entspricht. Daher kann der Prozentanteil der äußeren AGR eingestellt werden, um die ausgeglichene Verbrennungsphaseneinstellung der Zylinder zusammenzuführen, die der Ziel-Verbrennungsphaseneinstellung zugeordnet ist, um die gewünschte Verbrennungsphaseneinstellung zu erreichen.
5 stellt experimentelle und abgeleitete Daten eines beispielhaften Motors gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch dar, die eine AGR-Ventilöffnung 510, einen Funkenzündungszeitpunkt 520 (vor dem TDC) und einen CA50 (d.h. eine Kurbelwinkellage nach dem TDC, bei der 50 % der Kraftstoffmasse verbrannt sind) 530 zeigen. Die x-Achse bezeichnet die Zeit (in Sekunden) 502 für die Diagramme 510, 520 und 530. Das Diagramm der AGR-Ventilöffnung 510 umfasst den Prozentanteil 514 der äußeren AGR über der Zeit 502. Das Diagramm des Funkenzündungszeitpunkts 520 umfasst Profillinien 501, 502, 503 und 504 des Zündfunkenzeitpunkts für den ersten, zweiten, dritten bzw. vierten Zylinder, wobei die Profillinie 501 (z.B. für den ersten Zylinder) den am weitesten nach spät verstellten Zündfunkenzeitpunkt aufweist und die Profillinie 503 (z.B. für den dritten Zylinder) den am wenigsten nach spät verstellten Zündfunkenzeitpunkt aufweist. Das Diagramm für den CA50 530 umfasst einen gewünschten CA50, der durch die gestrichelte Linie 532 bezeichnet ist (d.h. die gewünschte Verbrennungsphaseneinstellung) und Profillinien 501, 502, 503 und 504 des CA50 für den ersten, zweiten, dritten bzw. vierten Zylinder. Es ist einzusehen, dass die Profillinien des CA50 ausgeglichen werden und in Richtung des gewünschten CA50 532 zusammenlaufen, wenn der Prozentanteil 514 der äußeren AGR eingestellt wird.

Claims

Verfahren zum Steuern der Verbrennung in einem Mehrzylinder-Verbrennungsmotor (10) mit Funkenzündung und Direkteinspritzung, das umfasst, dass: eine gewünschte Verbrennungsphaseneinstellung ermittelt wird, um akzeptierbare Verbrennungseigenschaften aufrechtzuerhalten; eine Verbrennungsphaseneinstellung jedes Zylinders (15) überwacht wird; eine Ziel-Verbrennungsphaseneinstellung ausgewählt wird, die einem der Zylinder entspricht, der eine am weitesten nach spät verstellte Verbrennungsphaseneinstellung aufweist; ein Zündfunkenzeitpunkt in jedem Zylinder (15) eingestellt wird, der nicht die am weitesten nach spät verstellte Verbrennungsphaseneinstellung aufweist, um die Ziel-Verbrennungsphaseneinstellung zu erreichen, um die Verbrennungsphaseneinstellung in allen Zylindern (15) bei der Ziel-Verbrennungsphaseneinstellung auszugleichen; und ein Prozentanteil einer äußeren AGR eingestellt wird, um die ausgeglichene Verbrennungsphaseneinstellung in allen Zylindern (15) in Richtung der gewünschten Verbrennungsphaseneinstellung zusammenzuführen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verbrennungseigenschaften ein Verbrennungsgeräusch, eine Verbrennungseffizienz und eine Verbrennungsstabilität umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einstellen des Zündfunkenzeitpunkts in jedem Zylinder (15), der nicht die am weitesten nach spät verstellte Verbrennungsphaseneinstellung aufweist, umfasst, dass: die überwachte Verbrennungsphaseneinstellung jedes Zylinders (15) mit der Ziel-Verbrennungsphaseneinstellung verglichen wird; und eine jeweilige Differenz der Verbrennungsphaseneinstellung jeweils für jeden Zylinder (15) basierend auf dem Vergleich ermittelt wird; und der Zündfunkenzeitpunkt in jedem Zylinder (15), der nicht die am weitesten nach spät verstellte Verbrennungsphaseneinstellung aufweist, um einen Betrag basierend auf der jeweiligen Differenz der Verbrennungsphaseneinstellung angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Einstellen des Zündfunkenzeitpunkts in jedem Zylinder (15), der nicht die am weitesten nach spät verstellte Verbrennungsphaseneinstellung aufweist, umfasst, dass ein jeweiliger Integratorwert für jeden Zylinder (15) basierend auf der jeweiligen Differenz der Verbrennungsphaseneinstellung erzeugt wird, wobei der jeweilige Integratorwert, der dem Betrag des Zündfunkenzeitpunkts in dem entsprechenden Zylinder (15), der nicht die am weitesten nach spät verstellte Verbrennungsphaseneinstellung aufweist, direkt entspricht, zum Erreichen der Ziel-Verbrennungsphaseneinstellung angepasst werden muss.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der jeweilige Integratorwert in einer Rückkopplungs-Steuerschleife verwendet wird, um den Zündfunkenzeitpunkt in jedem Zylinder (15), der nicht die am weitesten nach spät verstellte Verbrennungsphaseneinstellung aufweist, in einem unmittelbar nachfolgenden Motorzyklus einzustellen.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Einstellen des Zündfunkenzeitpunkts in jedem Zylinder (15), der nicht die am weitesten nach spät verstellte Verbrennungsphaseneinstellung aufweist, umfasst, dass der Zündfunkenzeitpunkt in jedem Zylinder (15), der nicht die am weitesten nach spät verstellte Verbrennungsphaseneinstellung aufweist, um einen Betrag nach spät verstellt wird, der auf der jeweiligen Differenz der Verbrennungsphaseneinstellung für jeden jeweiligen Zylinder (15) basiert.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass eine Drehmomentanforderung eines Bedieners überwacht wird; und wobei das Einstellen des Prozentanteils der äußeren AGR umfasst, dass der Prozentanteil der äußeren AGR auf einen Wert eingestellt wird, welcher der Drehmomentanforderung des Bedieners entspricht.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Einstellen des Prozentanteils der äußeren AGR auf einen Wert, welcher der Drehmomentanforderung des Bedieners entspricht, umfasst, dass der Prozentanteil der äußeren AGR eingestellt wird, um ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoffverhältnis aufrechtzuerhalten.
Verfahren nach Anspruch 7, das ferner umfasst, dass: eine eingespritzte Kraftstoffmasse in Ansprechen auf eine erhöhte Drehmomentanforderung des Bedieners erhöht wird; und wobei das Einstellen des Prozentanteils der äußeren AGR umfasst, dass der Prozentanteil der äußeren AGR verringert wird, um den Wert zu erreichen, welcher der überwachten Drehmomentanforderung des Bedieners entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Auswählen der Ziel-Verbrennungsphaseneinstellung umfasst, dass eine Erreichbarkeit der Zylinder (15) ermittelt wird, die nicht die am weitesten nach spät verstellte Verbrennungsphaseneinstellung aufweisen, um die Verbrennungsphaseneinstellung durch eine individuelle Einstellung des Zündfunkenzeitpunkts zu der Ziel-Verbrennungsphaseneinstellung zusammenzuführen.