DE102011118377B4

DE102011118377B4 - Verfahren zum Steuern eines HCCI-Verbrennungsmotors mit Funkenzündung und Direkteinspritzung

Info

Publication number: DE102011118377B4
Application number: DE102011118377.2A
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: 2017-09-14
Anticipated expiration: 2031-11-12
Also published as: US8627804B2; CN102465784B; US20120118275A1; DE102011118377A1; CN102465784A

Abstract

Verfahren zum Steuern eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors mit Funkenzündung und Direkteinspritzung, umfassend, dass: in Ansprechen auf einen Übergang einer eingespritzten Kraftstoffmasse eine äußere Abgasrückführung auf einen Wert eingestellt wird, welcher der eingespritzten Kraftstoffmasse entspricht, indem (i) entweder die äußere Abgasrückführung verringert wird, um einen Wert zu erreichen, welcher einer erhöhten eingespritzten Kraftstoffmasse aufgrund einer erhöhten Drehmomentanforderung eines Bedieners entspricht; (ii) oder die äußere Abgasrückführung erhöht wird, um einen Wert zu erreichen, welcher der verringerten eingespritzten Kraftstoffmasse aufgrund einer verringerten Drehmomentanforderung eines Bedieners entspricht; dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbrennungsauslösungszeitpunkt mit einer Rate gemäß einer Dynamik der äußeren Abgasrückführung eingestellt wird, um eine robuste Verbrennung aufrechtzuerhalten, wobei die Dynamik der äußeren Abgasrückführung einem Übergang der eingestellten äußeren Abgasrückführung zugeordnet ist, wobei das Einstellen des Verbrennungsauslösungszeitpunkts umfasst, dass: im Fall (i) der Verbrennungsauslösungszeitpunkt mit einer Rate verzögert wird, um die Dynamik der äußeren Abgasrückführung zu kompensieren, wobei die Dynamik der äußeren Abgasrückführung den Motor anfänglich mit einer übermäßigen äußeren Abgasrückführung betreibt, bis die verringerte äußere Abgasrückführung den Wert erreicht, welcher der erhöhten eingespritzten Kraftstoffmasse entspricht; im Fall (ii) der Verbrennungsauslösungszeitpunkt mit einer Rate vorverstellt wird, um die Dynamik der äußeren Abgasrückführung zu kompensieren, wobei die Dynamik der äußeren Abgasrückführung den Motor anfänglich mit einer nicht ausreichenden äußeren Abgasrückführung betreibt, bis die erhöhte äußere Abgasrückführung den Wert erreicht, welcher der verringerten eingespritzten Kraftstoffmasse entspricht.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft den Betrieb und die Steuerung von Motoren mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Motoren) und insbesondere ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruch 1, wie aus der US 6,609,493 B2 bekannt.
Ferner ist es aus der DE 692 20 449 T2 bekannt, aufgrund der Trägheit einer Abgasrückführung den Zündzeitpunkt auf Basis der dynamischen Eigenschaften der Abgasrückführung anzupassen.
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. 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 herausfordernd 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.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Verfahren zum Steuern eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors mit Direkteinspritzung umfasst die Merkmale des Anspruch 1.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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 ein Diagramm einer Kraftstoffeinspritzungsmasse 302 über einem Prozentanteil 301 einer äußeren Abgasrückführung (AGR), welcher zum Aufrechterhalten einer gewünschten Stöchiometrie für eine HCCI-Verbrennung mit Funkenunterstützung erforderlich ist, gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
4 einen Controller 400 für eine Kompensation einer äußeren AGR zum Einstellen der Kraftstoffeinspritzung und/oder des Zündfunkenzeitpunkts gemäß der vorliegenden Offenbarung schematisch darstellt, welche mit dem Entleeren und Füllen der äußeren AGR während Lastübergängen in dem HCCI-Verbrennungsmodus mit Funkenunterstützung synchronisiert werden sollen;
5 experimentelle und abgeleitete Daten eines beispielhaften Motors gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch darstellt, welche die Kraftstoffeinspritzungsmasse 501, den Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt 503, den Funkenzündungszeitpunkt 505, die AGR-Ventilöffnung 507, den CA50 (d. h. die Kurbelwinkellage, bei der 50% der Kraftstoffmasse verbrannt sind) 509 und den mittleren IMEP über der Zeit 502 zeigen; und
6 experimentelle und abgeleitete Daten eines beispielhaften Motors gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch darstellt, welche die Kraftstoffeinspritzungsmasse 601, den Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt 603, den Funkenzündungszeitpunkt 605, die AGR-Ventilöffnung 607, den CA50 (d. h. die Kurbelwinkellage, bei der 50% der Kraftstoffmasse verbrannt sind) 609 und den mittleren IMEP 611 über der Zeit 602 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 die Luftströmung zu überwachen und zu steuern. Die Lufteinlasseinrichtungen umfassen vorzugsweise einen Luftmassenströmungssensor 32, um die Luftmassenströmung und die Einlasslufttemperatur zu überwachen. Ein Drosselventil 34 umfasst vorzugsweise eine elektronisch gesteuerte Einrichtung, die verwendet wird, um die Luftströmung zu dem Motor 10 in Ansprechen auf ein Steuersignal (ETC) von dem Steuermodul 5 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 Strömungssteuerventil auf, das als ein Abgasrückführungsventil (AGR-Ventil) 38 bezeichnet wird. Das Steuermodul 5 ist betreibbar, um 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. 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-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 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-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 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-VCP/VLC-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, beispielsweise 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 Ionendetektion 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-Ventilpositionöffnung, um die Strömung 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 16 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 die Luftströmung 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 Zündung 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. Wie offensichtlich werden wird, können das Verbrennungsgeräusch und Verbrennungsfehlzündungen während Motorlastübergängen wesentlich reduziert werden, während eine robuste Verbrennungsstabilität aufrechterhalten wird, indem der Zündfunkenzeitpunkt und/oder der Zeitpunkt der eingespritzten Kraftstoffmasse (d. h. der Verbrennungsauslösungszeitpunkt) vorverstellt oder verzögert werden. Speziell verstellt eine Verstellung des Zündfunkenzeitpunkts und/oder des Zeitpunkts der eingespritzten Kraftstoffmasse nach spät die Verbrennungsphaseneinstellung nach spät und verringert das Verbrennungsgeräusch. Die Verstellung des Zündfunkenzeitpunkts und/oder des Zeitpunkts der eingespritzten Kraftstoffmasse nach früh verstellt die Verbrennungsphaseneinstellung nach früh und verringert die Verbrennungsfehlzündung und die teilweise Verbrennung. Es ist einzusehen, dass die funkengezündete Luft-Kraftstoffladung ein Luft-Kraftstoffverhältnis im Wesentlichen bei Stöchiometrie aufweisen kann, um einen katalytischen Dreiwegewandler zum Erfüllen wünschenswerter NO_x-Emissionsstandards zu verwenden.
Die hierin diskutierten Ausführungsformen verwenden eine Steuerstrategie zum Aufrechterhalten einer robusten Verbrennung während Lastübergängen, während der Motor in einem Modus mit gesteuerter Selbstzündung (HCCI-Modus) betrieben wird, der eine Zündung mit Funkenunterstützung während des Betriebs mit hoher Last umfasst. Es ist einzusehen, dass die Steuerstrategie nicht auf den Betrieb mit Selbstzündung (HCCI-Betrieb) bei hoher Last beschränkt ist und auf ähnliche Weise auf einen Betrieb mit Selbstzündung (HCCI-Betrieb) bei niedriger und mittlerer Last mit oder ohne funkenunterstützte Zündung angewendet werden kann.
Lastübergänge können in Ansprechen auf eine Drehmomentanforderung eines Bedieners auftreten, und sie können schnelle Lastübergänge in Ansprechen auf eine schnelle Drehmomentanforderung des Bedieners umfassen. Es versteht sich, dass die Motorlast der eingespritzten Kraftstoffmasse entspricht, die zum Erreichen der Drehmomentanforderung des Bedieners erforderlich ist. Die Motorlast und die eingespritzte Kraftstoffmasse werden hierin austauschbar verwendet. Die eingespritzte Kraftstoffmasse wird erhöht oder verringert, um eine erhöhte bzw. verringerte Drehmomentanforderung eines Bedieners zu erfüllen. Wie zuvor erwähnt wurde, werden Drehmomentanforderungen eines Bedieners durch das Steuermodul 5 überwacht, und sie können Gaspedal- und Bremspedaleingaben umfassen. Wenn ein Motorlastübergang auftritt, muss der Betrag der äußeren AGR eingestellt werden, um einen Wert zu erreichen, welcher der Motorlast entspricht (d. h. einer eingespritzten Kraftstoffmasse), um ein gewünschtes Luft-Kraftstoffverhältnis und ein akzeptierbares Verbrennungsgeräusch aufrechtzuerhalten. Beispielsweise kann das gewünschte Luft-Kraftstoffverhältnis im Wesentlichen stöchiometrisch sein, um gewünschte NO_x-Emissionsniveaus unter Verwendung eines katalytischen Dreiwegewandlers bei hoher Motorlast zu erfüllen. Die eingespritzte Kraftstoffmasse, die dem Motorlastübergang entspricht, ist eine Masse, die zum Erreichen der Drehmomentanforderung des Bedieners ausreicht. Der Betrag der äußeren AGR wird unter Verwendung des Steuermoduls 5 eingestellt, um die Massenströmung des Abgases in den Einlasskrümmer 29 zu steuern, indem der Prozentanteil für die Öffnung des AGR-Ventils 38 gesteuert wird. Daher wird der Prozentanteil für die Öffnung des Ventils 38 für die äußere AGR in Ansprechen auf einen Übergang der eingespritzten Kraftstoffmasse (d. h. einen Motorlastübergang) eingestellt, der mit einem Übergang in der Drehmomentanforderung des Bedieners verbunden ist, um einen Wert zu erreichen, der dem Übergang der eingespritzten Kraftstoffmasse entspricht, um das gewünschte Luft-Kraftstoffverhältnis (z. B. ein im Wesentlichen stöchiometrisches) und ein akzeptierbares Verbrennungsgeräusch aufrechtzuerhalten. Der Betrag der äußeren AGR wird im Weiteren als der Prozentanteil der äußeren AGR bezeichnet.
Nun auf 3 Bezug nehmend, ist ein Diagramm der eingespritzten Kraftstoffmasse über dem Prozentanteil der äußeren AGR gemäß der vorliegenden Offenbarung dargestellt, welche Kraftstoffmasse zum Aufrechterhalten eines gewünschten Luft-Kraftstoffverhältnisses (z. B. eine stöchiometrischen) und eines akzeptierbaren Verbrennungsgeräusches erforderlich ist, während die beste Kraftstoffeffizienz und die besten Emissionen für die HCCI-Verbrennung mit Funkenunterstützung erreicht werden. Die x-Achse 302 repräsentiert die Kraftstoffmasse (in mg/Zyklus) und die y-Achse 301 repräsentiert den Prozentanteil der äußeren AGR (in %). Die Linie 300 repräsentiert den gewünschten Prozentanteil der äußeren AGR. Wie es für den Kraftstoff gezeigt ist, der eine spezielle Masse überschreitet, nimmt der Prozentanteil der äußeren AGR ab, wenn die Kraftstoffmasse zunimmt.
Die äußere AGR weist eine relativ langsame Dynamik (Dynamik der äußeren AGR) im Vergleich zu Kraftstoffmasseneinspritzungen auf. Mit anderen Worten dauert es länger, den Prozentanteil der äußeren AGR einzustellen, als die eingespritzte Kraftstoffmasse einzustellen. Die Dynamik der äußeren AGR ist mit einer Rate für den eingestellten Prozentanteil der äußeren AGR verbunden, um einen Wert zu erreichen, welcher der eingespritzten Kraftstoffmasse entspricht. Eine Differenz in dem Betrag des Prozentanteils der äußeren AGR, der für zwei unterschiedliche eingespritzte Kraftstoffmassen während Motorlastübergängen erforderlich ist, kann eine signifikante Auswirkung auf die Verbrennungsstabilität während solcher Übergänge aufweisen. Wenn die eingespritzte Kraftstoffmasse beispielsweise aufgrund einer erhöhten Drehmomentanforderung des Bedieners schnell erhöht würde, würde der Motor anfänglich aufgrund der langsamen Entleerungsdynamik mit einem übermäßigen Betrag des Prozentanteils der äußeren AGR betrieben werden, wenn der Prozentanteil der äußeren AGR abnimmt, bis die Entleerungsdynamik den Prozentanteilswert der äußeren AGR erreicht, welcher der erhöhten eingespritzten Kraftstoffmasse entspricht. Die langsame Entleerungsdynamik kann die Verbrennungsphaseneinstellung weiter nach spät verstellen, als gewünscht ist, was zu einer Teilverbrennung oder zu einer Verbrennungsfehlzündung führt. Wenn die eingespritzte Kraftstoffmasse aufgrund einer verringerten Drehmomentanforderung des Bedieners schnell verringert würde, würde der Motor auf ähnliche Weise anfänglich aufgrund der langsamen Fülldynamik mit einem nicht ausreichenden Betrag des Prozentanteils der äußeren AGR betrieben werden, wenn der Prozentanteil der äußeren AGR zunimmt, bis die Fülldynamik einen Prozentanteilswert der äußeren AGR erreicht, welcher der verringerten eingespritzten Kraftstoffmasse entspricht, um das gewünschte Luft-Kraftstoffverhältnis aufrechtzuerhalten. Die langsame Fülldynamik kann die Verbrennungsphaseneinstellung weiter nach früh verstellen, als gewünscht ist, was zu einem übermäßigen Verbrennungsgeräusch führt.
Um die langsame Dynamik der äußeren AGR zu kompensieren, wird ein Verbrennungsauslösungszeitpunkt mit einer Rate gemäß der Dynamik der äußeren AGR eingestellt (z. B. der Entleerungs- oder Fülldynamik), um eine robuste Verbrennung aufrechtzuerhalten und um Verbrennungsfehlzündungen und ein übermäßiges Verbrennungsgeräusch im Wesentlichen zu verhindern. Mit anderen Worten wird der Verbrennungsauslösungszeitpunkt mit der Dynamik der äußeren AGR synchronisiert (z. B. mit der Entleerungs- oder der Fülldynamik), um eine robuste Verbrennung aufrechtzuerhalten und um Verbrennungsfehlzündungen und ein übermäßiges Verbrennungsgeräusch zu verhindern, anstatt dass der Verbrennungsauslösungszeitpunkt mit dem Übergang der eingespritzten Kraftstoffmasse (d. h. mit dem Lastübergang) basierend auf einer statischen Kalibrierung synchronisiert wird, da der Prozentanteil der äußeren AGR aufgrund der langsamen Dynamik der äußeren AGR nicht schnell eingestellt werden kann. Der Verbrennungsauslösungszeitpunkt kann einen Einspritzungszeitpunkt und einen Zündfunkenzeitpunkt umfassen. Wenn die eingespritzte Kraftstoffmasse beispielsweise aufgrund einer Drehmomentanforderung eines Betreibers schnell erhöht würde und der Prozentanteil der äußeren AGR verringert würde, um einen Wert zu erreichen, welcher der erhöhten eingespritzten Kraftstoffmasse entspricht, kann der Verbrennungsauslösungszeitpunkt mit einer langsamen Rate verzögert werden, um die langsame Entleerungsdynamik zu kompensieren. Das langsame Verzögern des Verbrennungsauslösezeitpunkts umfasst, dass die Verbrennungsphaseneinstellung langsam nach spät verstellt wird, um die Verbrennungsfehlzündung und die Teilverbrennungen, die aus dem anfänglich übermäßigen Prozentanteil der äußeren AGR resultieren, wesentlich zu verringern. Wenn die eingespritzte Kraftstoffmasse aufgrund einer verringerten Drehmomentanforderung des Bedieners schnell verringert werden würde und der Prozentanteil der äußeren AGR erhöht werden würde, um einen Wert zu erreichen, welcher der verringerten eingespritzten Kraftstoffmasse entspricht, kann der Verbrennungsauslösungszeitpunkt mit einer langsamen Rate vorverstellt werden, um die langsame Fülldynamik zu kompensieren. Der langsam zunehmende Verbrennungsauslösungszeitpunkt umfasst, dass die Verbrennungsphaseneinstellung langsam nach früh verstellt wird, um ein übermäßiges Verbrennungsgeräusch im Wesentlichen zu verhindern, das aus dem anfänglich nicht ausreichenden Prozentanteil der äußeren AGR resultiert.
Wie zuvor erwähnt wurde, kann der Verbrennungsauslösungszeitpunkt einen Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt und einen Zündfunkenzeitpunkt umfassen. Es ist einzusehen, dass der eingestellte Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt und der eingestellte Zündfunkenzeitpunkt die Auswirkungen kompensieren können, welche die langsame Dynamik der äußeren AGR auf die Verbrennungsphaseneinstellung hat. 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, werden durch den CA50 des Zyklus beeinflusst. Es können jedoch andere Faktoren, wie beispielsweise der Einspritzungs- und Zündfunkenzeitpunkt, den CA50 beeinflussen. Der Einspritzungs- und der Zündfunkenzeitpunkt können beide eingestellt und mit der Dynamik der äußeren AGR synchronisiert werden, um die langsame Dynamik der äußeren AGR zu kompensieren, oder es kann entweder der Einspritzungszeitpunkt oder der Zündfunkenzeitpunkt eingestellt und mit der Dynamik der äußeren AGR synchronisiert werden, um die langsame Dynamik der äußeren AGR zu kompensieren.
Das Einstellen des Einspritzungszeitpunkts kann verwendet werden, um die resultierende Verbrennungsphaseneinstellung anhand der langsamen Dynamik der äußeren AGR zu modulieren. Die Auswirkung des Einspritzungszeitpunkts auf die Verbrennungsphaseneinstellung hängt von den resultierenden Bedingungen in der Verbrennungskammer ab. Beispielsweise kann ein späterer oder verzögerter Einspritzungszeitpunkt bewirken, dass die Verbrennung später beginnt, wodurch die Verbrennungsphasenlage nach spät verstellt wird. Wenn die Motorlast erhöht wird, die einer erhöhten Drehmomentanforderung eines Bedieners zugeordnet ist, und der Prozentanteil der äußeren AGR verringert wird, um den Wert zu erreichen, welcher der erhöhten Motorlast entspricht, kann das Verzögern des Kraftstoffeinspritzungszeitpunkts mit einer Rate, die mit der Entleerungsdynamik des Prozentanteils der äußeren AGR synchronisiert ist, daher einen anfänglichen übermäßigen Prozentanteil der äußeren AGR kompensieren, der aus der langsamen Entleerungsdynamik resultiert, bis der eingestellte Prozentanteil der äußeren AGR den Wert erreicht, welcher der erhöhten Motorlast entspricht. Bei einem anderen Beispiel kann eine vorverstellte oder frühere Einspritzung bewirken, dass die Verbrennung früher beginnt, wodurch die Verbrennungsphaseneinstellung nach früh verstellt wird. Wenn die Motorlast verringert wird, die einer verringerten Drehmomentanforderung eines Bedieners zugeordnet ist, und der Prozentanteil der äußeren AGR erhöht wird, um den Wert zu erreichen, welcher der verringerten Motorlast entspricht, kann das Vorverstellen des Kraftstoffeinspritzungszeitpunkts mit einer Rate, die mit der Fülldynamik des Prozentanteils der äußeren AGR synchronisiert ist, daher einen anfänglich nicht ausreichenden Prozentanteil der äußeren AGR kompensieren, der aus der langsamen Fülldynamik resultiert, bis der eingestellte Prozentanteil der äußeren AGR den Wert erreicht, welcher der verringerten Motorlast entspricht.
Der Zündfunkenzeitpunkt kann auch verwendet werden, um die resultierende Verbrennungsphaseneinstellung zu modulieren, die von der langsamen Dynamik der äußeren AGR herrührt. Die funkenunterstützte Zündung der Selbstzündungsverbrennung (HCCI-Verbrennung) umfasst, dass ein Zündfunken verwendet wird, um eine Verbrennung einer Luft-Kraftstoffladung in der Verbrennungskammer zu erzeugen, die sich noch nicht auf einem Energieniveau befindet, das für eine gesteuerte Selbstzündung (HCCI) dienlich ist. Die durch den Zündfunken induzierte Verbrennung erzeugt eine Freigabe von Energie in der Verbrennungskammer, die eine Druckwelle umfasst. Diese Energiefreigabe breitet sich in den Rest der Verbrennungskammer aus und erleichtert, dass der Rest der Luft-Kraftstoffladung die Selbstzündung (HCCI) erreicht. Obgleich die Selbstzündung am besten ohne Funkenzündung arbeitet, sind Umstände bekannt, bei denen ein Selbstzündungsbetrieb mit Funkenunterstützung wünschenswert ist. Beispielsweise verwendet eine funkenunterstützte HCCI bei einem Kaltstart oder bei Bedingungen mit niedriger Drehzahl und niedriger Last die Energiefreigabe aus der Funkenzündung, um die Selbstzündung der Ladung in einem Bereich zu erleichtern, in dem die Selbstzündung instabil oder nicht möglich sein könnte. Bei den vorliegenden Umständen kann die funkenunterstützte zum Ermöglichen des HCCI-Betriebs bei höheren Lasten verwendet werden, um die Verbrennung der Ladung zum Auslösen einer gesteuerten Selbstzündung (HCCI) zu beginnen, wodurch eine Steuerung der Verbrennungsphaseneinstellung durch eine Modulation des Zündfunkenzeitpunkts ermöglicht wird. Ein Testen hat gezeigt, dass dann, wenn eine solche Auswahl gemäß dem Einspritzungszeitpunkt, dem resultierenden CA50 und anderen verwandten Parametern möglich ist, die Auswahl eines nach früh verstellten Zündfunkenzeitpunkts die Verbrennung von 20% der Luft-Kraftstoffladung vor der Auslösung der Selbstzündung erleichtern kann. Wenn bei einem Beispiel die Motorlast erhöht wird, die einer erhöhten Drehmomentanforderung zugeordnet ist, und der Prozentanteil der äußeren Abgasrückführung verringert wird, um den Wert zu erreichen, welcher der erhöhten Last entspricht, kann der Zündfunkenzeitpunkt ausgewählt werden, um einen Teil einer Luft-Kraftstoffladung zu verbrennen, um einen Selbstzündungszeitpunkt auszulösen. Der Zündfunkenzeitpunkt wird mit einer Rate verzögert, die mit der Entleerungsdynamik des Prozentanteils der äußeren AGR synchronisiert ist, um einen anfänglich übermäßigen Prozentanteil der äußeren AGR zu kompensieren, der aus der langsamen Entleerungsdynamik resultiert, bis der eingestellte Prozentanteil der äußeren AGR den Wert erreicht, welcher der erhöhten Last entspricht. Wenn die Motorlast bei einem anderen Beispiel verringert wird, die einer verringerten Drehmomentanforderung entspricht, und der Prozentanteil der äußeren Abgasrückführung erhöht wird, um den Wert zu erreichen, welcher der verringerten Motorlast entspricht, kann der Zündfunkenzeitpunkt ausgewählt werden, um einen Teil einer Luft-Kraftstoffladung zu verbrennen, um den Selbstzündungszeitpunkt auszulösen. Der Zündfunkenzeitpunkt wird mit einer Rate vorverstellt, die mit der Fülldynamik synchronisiert ist, um einen anfänglich nicht ausreichenden Prozentanteil der äußeren AGR zu kompensieren, der aus der langsamen Fülldynamik resultiert, bis der eingestellte Prozentanteil der äußeren AGR den Wert erreicht, welcher der verringerten Motorlast entspricht.
Nun auf 4 Bezug nehmend, ist ein Kompensationscontroller 400 zum Einstellen des Verbrennungsauslösungszeitpunkts gemäß der vorliegenden Offenbarung dargestellt, der mit der Dynamik der äußeren AGR (z. B. gemäß der Füll-/Entleerungsdynamik) während Motorlastübergängen in einem HCCI-Verbrennungsmodus (Selbstzündungs-Verbrennungsmodus) mit Funkenunterstützung synchronisiert werden soll. Der Kompensationscontroller umfasst ein Verbrennungsmodus-Ermittlungsmodul 402, ein Kalibrierungstabellenmodul 404, ein Zeitkonstanten-Ermittlungsmodul 406, ein Tiefpassfiltermodul 408 und ein Umschaltmodul 410 für den Verbrennungsauslösungszeitpunkt. Ein gewünschter Lastübergang 412 und eine zugeordnete gewünschte Motordrehzahl werden in das Verbrennungsmodus-Ermittlungsmodul 402, das Kalibrierungstabellenmodul 404 und das Zeitkonstanten-Ermittlungsmodul 406 eingegeben. Der gewünschte Lastübergang basiert beispielsweise auf der Drehmomentanforderung des Bedieners, wobei die Drehmomentanforderung des Bedieners Bedienereingaben für Aktuatoren umfassen kann, einschließlich eines Gaspedals und eines Bremspedals, wie vorstehend erwähnt wurde. Es ist ferner einzusehen, dass der Kompensationscontroller 400 dem Steuermodul 5 zugeordnet ist. Wenn das Verbrennungsmodus-Ermittlungsmodul 402 basierend auf dem gewünschten Lastübergang 412 und der zugeordneten Motordrehzahl einen Selbstzündungsmodus mit Funkenunterstützung ermittelt, wird ein Signal 414, das den Selbstzündungsmodus mit Funkenunterstützung angibt, in das Umschaltmodul 410 und das Tiefpassfiltermodul 408 eingegeben. Die Kalibrierungstabelle 404 gibt ein Signal 416, das eine statische Kalibrierung des Verbrennungsauslösungszeitpunkts angibt, in das Tiefpassfiltermodul 408 und in das Umschaltmodul 410 ein, wobei das Signal 416 auf dem gewünschten Lastübergang 412 und der zugeordneten Motordrehzahl basiert. Das Zeitkonstanten-Ermittlungsmodul 406 erzeugt ein Zeitkonstantensignal 418 basierend auf dem gewünschten Lastübergang 412 und der zugeordneten Motordrehzahl, wobei das Zeitkonstantensignal 418 in das Tiefpassfiltermodul 408 eingegeben wird. Das Tiefpassfiltermodul 408 erzeugt ein gefiltertes Signal 420, das in das Umschaltmodul 410 eingegeben wird. Das gefilterte Signal 420 basiert auf dem Zeitkonstantensignal 418 und dem Signal 416, das eine statische Kalibrierung des Verbrennungsauslösungszeitpunkts angibt. Das Umschaltmodul 410 ermittelt den angepassten Verbrennungsauslösungszeitpunkt 422, der mit der Dynamik der äußeren AGR synchronisiert ist, um dadurch die langsame Dynamik der äußeren AGR während Lastübergängen zu kompensieren. Der angepasste Verbrennungsauslösungszeitpunkt 422 umfasst einen Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt und einen Zündfunkenzeitpunkt und basiert auf dem Signal 414, das den Selbstzündungsmodus mit Funkenunterstützung angibt, dem Signal 416, das die statische Kalibrierung des Verbrennungsauslösungszeitpunkts angibt, und dem Zeitkonstantensignal 418.
Nun auf 5 Bezug nehmend, sind experimentelle und abgeleitete Daten eines beispielhaften Motors gemäß der vorliegenden Offenbarung dargestellt, welche die eingespritzte Kraftstoffmasse 501, den Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt 503 (vor dem TDC), den Funkenzündungszeitpunkt 505 (vor dem TDC), die AGR-Ventilöffnung 507, den CA50 (d. h. die Kurbelwinkellage, bei der 50% der Kraftstoffmasse verbrannt sind) 509 und den mittleren IMEP 511 über der Zeit 502 zeigen. In jedem der Datendiagramm 503, 505, 507, 509 und 511 umfassen die gestrichelten Profillinien Anpassungen, um die langsame Dynamik der äußeren AGR zu kompensieren, während die durchgezogenen Profillinien keine Anpassungen umfassen, um die langsame Dynamik der äußeren AGR zu kompensieren. Wenn eine eingespritzte Kraftstoffmasse erhöht wird, 500, ist der kompensierte Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt 504 gegen den Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt 506 ohne Kompensation aufgetragen; ist der kompensierte Funkenzündungszeitpunkt 508 gegen den Funkenzündungszeitpunkt 510 ohne Kompensation aufgetragen; ist die AGR-Ventilöffnung 512 mit Kompensation gegen die AGR-Ventilöffnung 514 ohne Kompensation aufgetragen, die in Echtzeit angepasst werden, um ein gewünschtes CA50-Profil 516 aufrechtzuerhalten; und ist ein kompensierter IMEP 522 gegen einen IMEP 524 ohne Kompensation aufgetragen. Es ist einzusehen, dass das kompensierte CA50-Profil 520 das gewünschte CA50-Profil 516 aufrechterhält, wenn die Kompensation für die langsame Entleerungsdynamik der äußeren AGR verwendet wird, im Gegensatz zu dem CA50-Profil 518 ohne Kompensation der Entleerungsdynamik der äußeren AGR.
Nun auf 6 Bezug nehmend, sind experimentelle und abgeleitete Daten eines beispielhaften Motors gemäß der vorliegenden Offenbarung dargestellt, welche die eingespritzte Kraftstoffmasse 601, den Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt 603 (vor dem TDC), den Funkenzündungszeitpunkt 605 (vor dem TDC), die AGR-Ventilöffnung 607, den CA50 (d. h. die Kurbelwinkellage, bei der 50% der Kraftstoffmasse verbrannt sind) 609 und den mittleren IMEP 611 über der Zeit 602 zeigen. In jedem der Datendiagramme 603, 605, 607, 609 und 611 umfassen die gestrichelten Profillinien Anpassungen, um die langsame Dynamik der äußeren AGR zu kompensieren, während die durchgezogenen Profillinien keine Anpassungen umfassen, um die langsame Dynamik der äußeren AGR zu kompensieren. Wenn eine eingespritzte Kraftstoffmasse verringert wird, 600, ist der kompensierte Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt 604 gegen den Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt 606 ohne Kompensation aufgetragen; ist der kompensierte Funkenzündungszeitpunkt 608 gegen den Funkenzündungszeitpunkt 610 ohne Kompensation aufgetragen; ist die AGR-Ventilöffnung 612 mit Kompensation gegen die AGR-Ventilöffnung 614 ohne Kompensation aufgetragen, die in Echtzeit angepasst werden, um ein gewünschtes CA50-Profil 616 aufrechtzuerhalten; und ist der kompensierte IMEP 622 gegen den IMEP 624 ohne Kompensation aufgetragen. Es ist einzusehen, dass das kompensierte CA50-Profil 618 das gewünschte CA50-Profil 616 in engerem Rahmen aufrechterhält, wenn die Kompensation der langsamen Entleerungsdynamik der äußeren AGR verwendet wird, im Gegensatz zu dem CA60-Profil 620 ohne Kompensation der Entleerungsdynamik der äußeren AGR.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors mit Funkenzündung und Direkteinspritzung, umfassend, dass: in Ansprechen auf einen Übergang einer eingespritzten Kraftstoffmasse eine äußere Abgasrückführung auf einen Wert eingestellt wird, welcher der eingespritzten Kraftstoffmasse entspricht, indem (i) entweder die äußere Abgasrückführung verringert wird, um einen Wert zu erreichen, welcher einer erhöhten eingespritzten Kraftstoffmasse aufgrund einer erhöhten Drehmomentanforderung eines Bedieners entspricht; (ii) oder die äußere Abgasrückführung erhöht wird, um einen Wert zu erreichen, welcher der verringerten eingespritzten Kraftstoffmasse aufgrund einer verringerten Drehmomentanforderung eines Bedieners entspricht; dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbrennungsauslösungszeitpunkt mit einer Rate gemäß einer Dynamik der äußeren Abgasrückführung eingestellt wird, um eine robuste Verbrennung aufrechtzuerhalten, wobei die Dynamik der äußeren Abgasrückführung einem Übergang der eingestellten äußeren Abgasrückführung zugeordnet ist, wobei das Einstellen des Verbrennungsauslösungszeitpunkts umfasst, dass: im Fall (i) der Verbrennungsauslösungszeitpunkt mit einer Rate verzögert wird, um die Dynamik der äußeren Abgasrückführung zu kompensieren, wobei die Dynamik der äußeren Abgasrückführung den Motor anfänglich mit einer übermäßigen äußeren Abgasrückführung betreibt, bis die verringerte äußere Abgasrückführung den Wert erreicht, welcher der erhöhten eingespritzten Kraftstoffmasse entspricht; im Fall (ii) der Verbrennungsauslösungszeitpunkt mit einer Rate vorverstellt wird, um die Dynamik der äußeren Abgasrückführung zu kompensieren, wobei die Dynamik der äußeren Abgasrückführung den Motor anfänglich mit einer nicht ausreichenden äußeren Abgasrückführung betreibt, bis die erhöhte äußere Abgasrückführung den Wert erreicht, welcher der verringerten eingespritzten Kraftstoffmasse entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Übergang der eingespritzten Kraftstoffmasse als eine Übergangsmasse ausgewählt wird, die ausreicht, um eine Drehmomentanforderung eines Bedieners zu erreichen; und wobei das Einstellen der äußeren Abgasrückführung umfasst, dass die äußere Abgasrückführung eingestellt wird, um ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoffverhältnis aufrechtzuerhalten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verzögern des Verbrennungsauslösungszeitpunkts mit der Rate zum Kompensieren der Dynamik der äußeren Abgasrückführung umfasst, dass eine Verbrennungsphaseneinstellung nach spät verstellt wird, um eine Verbrennungsfehlzündung und Teilverbrennungen im Wesentlichen zu verringern, die aus der anfänglich übermäßigen äußeren Abgasrückführung resultieren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Vorverstellen des Verbrennungsauslösungszeitpunkts mit der Rate zum Kompensieren der Dynamik der äußeren Abgasrückführung umfasst, dass eine Verbrennungsphaseneinstellung nach früh verstellt wird, um ein übermäßiges Verbrennungsgeräusch im Wesentlichen zu verringern, das aus der anfänglich nicht ausreichenden äußeren Abgasrückführung resultiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Mehrzylinder-Verbrennungsmotor mit Funkenzündung und Direkteinspritzung in einem Modus mit homogener Kompressionszündung bei hoher Last arbeitet, der eine Zündung mit Funkenunterstützung umfasst, wobei die Zündung mit Funkenunterstützung umfasst, dass: die eingespritzte Kraftstoffmasse während eines Einlasstakts unter Verwendung einer einzelnen Einspritzung an den Motor geliefert wird; die eingespritzte Kraftstoffmasse nach der einzelnen Einspritzung während eines Kompressionstakts durch einen Zündfunken gezündet wird und eine Flammenausbreitung auslöst; und der Rest der eingespritzten Kraftstoffmasse von selbst zündet, wenn die Temperatur der komprimierten eingespritzten Kraftstoffmasse durch die Flammenausbreitung auf eine Temperatur zunimmt, die für die Selbstzündung ausreicht.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Zünden der eingespritzten Kraftstoffmasse durch den Zündfunken die Selbstzündung nach spät verstellt, um die Betriebsgrenze der Verbrennung mit gesteuerter Selbstzündung bei hoher Last auszudehnen, wobei die Verstellung des Zündfunkenzeitpunkts nach spät ein übermäßiges Verbrennungsgeräusch verringert und die Verstellung des Zündfunkenzeitpunkts nach früh eine Verbrennungsfehlzündung und Teilverbrennungen verringert.