DE102012204992A1

DE102012204992A1 - Systeme und Verfahren zum Steuern der Verbrennungsstabilität eines Motors

Info

Publication number: DE102012204992A1
Application number: DE102012204992A
Authority: DE
Inventors: Vijay Ramappan; Darrell W. Burleigh; B. Jerry Song
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2012-03-28
Publication date: 2012-10-04
Also published as: CN102734002A; US8915236B2; US20120247439A1; CN102734002B

Abstract

Ein Steuersystem für einen Motor umfasst ein erstes und ein zweites Modul. Das erste Modul ermittelt eine Sauerstoffkonzentration in einem Einlasskrümmer des Motors. Das zweite Modul regelt eine Strömung einer Abgasrückführung (AGR) in den Einlasskrümmer basierend auf der ermittelten Sauerstoffkonzentration. In einem Motor mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Motor) kann das zweite Modul auch einen HCCI-Verbrennungsmodus des HCCI-Motors basierend auf der Sauerstoffkonzentration deaktivieren.

Description

VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 61/470,139, die am 31. März 2011 eingereicht wurde. Die Offenbarung der vorstehenden Anmeldung ist hierin in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme eingeschlossen.
GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Verbrennungsmotoren und insbesondere Systeme und Verfahren zum Steuern der Verbrennungsstabilität eines Motors.
HINTERGRUND
Die hierin vorgesehene Hintergrundbeschreibung dient zu dem Zweck, den Kontext der Offenbarung allgemein darzustellen. Sowohl die Arbeit der derzeit genannten Erfinder, in dem Maß, in dem sie in diesem Hintergrundabschnitt beschrieben ist, als auch Aspekte der Beschreibung, die zum Zeitpunkt der Einreichung nicht auf andere Weise als Stand der Technik gelten, sind weder ausdrücklich noch implizit als Stand der Technik gegen die vorliegende Offenbarung zugelassen.
Verbrennungsmotoren verbrennen ein Luft/Kraftstoff-Gemisch (A/F-Gemisch) in Zylindern, um Kolben anzutreiben, die eine Kurbelwelle drehen und ein Antriebsdrehmoment erzeugen. Motoren mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Motoren) können in verschiedenen Modi arbeiten. Beispielsweise kann der Motor in einem herkömmlichen Verbrennungsmodus mit Funkenzündung (SI-Verbrennungsmodus) oder in verschiedenen HCCI-Verbrennungsmodi arbeiten, die einen HCCI-Verbrennungsmodus und einen gemischten HCCI-Verbrennungsmodus umfassen. In dem SI-Verbrennungsmodus wird das A/F-Gemisch in Zylindern komprimiert und mittels eines Zündfunkens von den Zündkerzen gezündet. In dem HCCI-Verbrennungsmodus wird das A/F-Gemisch komprimiert, bis das A/F-Gemisch von selbst zündet. Beispielsweise kann das A/F-Gemisch automatisch verbrennen, nachdem es einen Schwellenwert für einen kritischen Druck oder eine kritische Temperatur überschreitet. Der HCCI-Verbrennungsmodus ist jedoch schwieriger zu steuern als der SI-Verbrennungsmodus, und er kann daher bezüglich der Verwendung unter speziellen Betriebsbedingungen eingeschränkt sein.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Steuersystem für einen Motor umfasst ein erstes und ein zweites Modul. Das erste Modul ermittelt eine Sauerstoffkonzentration in einem Einlasskrümmer des Motors. Das zweite Modul regelt eine Strömung einer Abgasrückführung (AGR) in den Einlasskrümmer basierend auf der ermittelten Sauerstoffkonzentration. In einem Motor mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Motor) kann das zweite Modul auch einen HCCI-Verbrennungsmodus des HCCI-Motors basierend auf der Sauerstoffkonzentration deaktivieren.
Ein Verfahren zum Steuern eines Motors umfasst, dass eine Sauerstoffkonzentration in einem Einlasskrümmer des Motors ermittelt wird und dass eine Strömung einer Abgasrückführung (AGR) in den Einlasskrümmer basierend auf der ermittelten Sauerstoffkonzentration geregelt wird. In einem Motor mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Motor) umfasst das Verfahren ferner, dass ein HCCI-Verbrennungsmodus des HCCI-Motors basierend auf der Sauerstoffkonzentration deaktiviert wird.
Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Offenbarung werden anhand der nachstehend vorgesehenen ausführlichen Beschreibung offensichtlich werden. Es versteht sich, dass die ausführliche Beschreibung und die speziellen Beispiele nur zu Darstellungszwecken gedacht sind und den Umfang der Offenbarung nicht einschränken sollen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Offenbarung wird anhand der ausführlichen Beschreibung und der begleitenden Zeichnungen verständlicher werden, wobei:
1 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsystems gemäß einer Implementierung der vorliegenden Offenbarung ist;
2 eine Querschnittsansicht eines Zylinders gemäß einer Implementierung der vorliegenden Offenbarung ist;
3 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Steuermoduls gemäß einer Implementierung der vorliegenden Offenbarung ist;
4A ein Flussdiagramm ist, das ein Beispiel eines Verfahrens zum Steuern der Verbrennungsstabilität gemäß einer Implementierung der vorliegenden Offenbarung darstellt; und
4B ein Flussdiagramm ist, das ein Beispiel eines Verfahrens zum Steuern der Verbrennungsstabilität in einem Motor mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Motor) gemäß einer anderen Implementierung der vorliegenden Offenbarung darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist nur beispielhafter Natur und ist in keiner Weise dazu gedacht, die Offenbarung, ihre Anwendungsmöglichkeit oder Verwendungen einzuschränken. Zu Zwecken der Klarheit werden die gleichen Bezugszeichen in den Zeichnungen verwendet, um ähnliche Elemente zu identifizieren. Wie hierin verwendet, sollte die Formulierung A, B und/oder C derart ausgelegt werden, dass sie ein logisches (A oder B oder C) unter Verwendung eines nicht exklusiven logischen Oders bedeutet. Es versteht sich, dass Schritte innerhalb eines Verfahrens in unterschiedlicher Reihenfolge ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu verändern.
Wie hierin verwendet, kann sich der Ausdruck Modul auf einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC); einen elektronischen Schaltkreis; einen Schaltkreis der Schaltungslogik; ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA); einen Prozessor (gemeinsam genutzt, fest zugeordnet oder als Gruppe), der einen Code ausführt; andere geeignete Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen; oder eine Kombination einiger oder aller von den vorstehenden Gegenständen, wie beispielsweise bei einem Ein-Chip-System, beziehen, ein Teil von diesen sein oder diese umfassen. Der Ausdruck Modul kann einen Speicher umfassen (gemeinsam genutzt, fest zugeordnet oder als Gruppe), der einen Code speichert, der durch den Prozessor ausgeführt wird.
Der Ausdruck Code, wie er vorstehend verwendet wird, kann eine Software, eine Firmware und/oder einen Mikrocode umfassen, und er kann sich auf Programme, Routinen, Funktionen, Klassen und/oder Objekte beziehen. Der Ausdruck gemeinsam genutzt, wie er vorstehend verwendet wird, bedeutet, dass ein Teil des Codes oder der gesamte Code von mehreren Modulen unter Verwendung eines einzelnen (gemeinsam genutzten) Prozessors ausgeführt werden kann. Zusätzlich kann ein Teil des Codes oder der gesamte Code mehrerer Module durch einen einzelnen (gemeinsam genutzten) Speicher gespeichert werden. Der Ausdruck Gruppe, wie er vorstehend verwendet wird, bedeutet, dass ein Teil des Codes oder der gesamte Code eines einzelnen Moduls unter Verwendung einer Gruppe von Prozessoren ausgeführt werden kann. Zusätzlich kann ein Teil des Codes oder der gesamte Code eines einzelnen Moduls unter Verwendung einer Gruppe von Speichern gespeichert werden.
Die hierin beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können durch ein oder mehrere Computerprogramme implementiert werden, die durch einen oder mehrere Prozessoren ausgeführt werden. Die Computerprogramme umfassen durch einen Prozessor ausführbare Anweisungen, die auf einem nicht flüchtigen, zugreifbaren, computerlesbaren Medium gespeichert sind. Die Computerprogramme können auch gespeicherte Daten umfassen. Nicht einschränkende Beispiele des nicht flüchtigen, zugreifbaren, computerlesbaren Mediums sind ein nicht flüchtiger Speicher, ein magnetischer Speicher und ein optischer Speicher.
Motoren mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Motoren) können in mehreren Verbrennungsmodi arbeiten, wie beispielsweise in einem Verbrennungsmodus mit Funkenzündung (SI-Verbrennungsmodus) und einem HCCI-Verbrennungsmodus. In dem HCCI-Verbrennungsmodus kann die Verbrennung eines Luft/Kraftstoff-Gemischs (A/F-Gemischs) schwieriger zu steuern sein. Beispielsweise kann der HCCI-Verbrennungsmodus mit niedrigeren Motorlasten schwierig zu steuern sein (d. h. weniger stabil sein). Daher kann der HCCI-Verbrennungsmodus bezüglich der Verwendung unter speziellen Betriebsbedingungen eingeschränkt sein. Beispielsweise kann der HCCI-Verbrennungsmodus verwendet werden, wenn die Motorlast größer als ein vorbestimmter Lastschwellenwert ist. Eine schlechte HCCI-Verbrennung kann das Geräusch, die Vibration und/oder die Rauheit (NVH) erhöhen, wodurch die Fahrbarkeit und der Fahrkomfort verschlechtert werden. Zusätzlich kann eine schlechte HCCI-Verbrennung bewirken, dass der HCCI-Motor abgewürgt wird oder fehlzündet.
Die Stabilität der HCCI-Verbrennung kann auch aufgrund anderer Motorbetriebsparameter als der Motorlast variieren. Beispielsweise kann die Stabilität der HCCI-Verbrennung abnehmen, wenn eine Sauerstoffkonzentration in einem Einlasskrümmer abnimmt. Die Sauerstoffkonzentration in dem Einlasskrümmer kann aufgrund einer Abgasrückführung (AGR), aufgrund von Leckdämpfen, von Strömungsraten eines Verdampfungsemissionssystems, einer Herstellungsschwankung von Komponenten von Teil zu Teil (z. B. bei AGR-Ventilen) und/oder aufgrund von Umgebungsschwankungen variieren, wie beispielsweise aufgrund von Änderungen des barometrischen Drucks und der Feuchtigkeit. Die AGR kann geregelt werden, indem ein AGR-Ventil gesteuert wird. Das AGR-Ventil kann jedoch undicht werden, was bewirkt, dass zusätzliches Abgas in den Einlasskrümmer eintritt. Zusätzlich können die Leckdämpfe basierend auf einer Alterung (d. h. Abnutzung) des Motors variieren. Die zusätzlichen Abgase und/oder Leckdämpfe in dem Einlasskrümmer können die Sauerstoffkonzentration verringern und dadurch eine gewünschte Verbrennungsphaseneinstellung und/oder Selbstzündbarkeit des A/F-Gemischs nachteilig beeinflussen.
Dementsprechend werden Systeme und Verfahren zur verbesserten Steuerung einer Motorverbrennungsstabilität dargestellt. Die Systeme und Verfahren können zuerst eine Sauerstoffkonzentration in einem Einlasskrümmer des Motors ermitteln. Die Sauerstoffkonzentration kann beispielsweise unter der Verwendung von Messwerten von einem Sauerstoffsensor ermittelt werden, der in dem Einlasskrümmer angeordnet ist. Die Systeme und Verfahren können die Strömung der AGR in den Einlasskrümmer basierend auf der Sauerstoffkonzentration regeln.
Speziell können die Systeme und Verfahren die Sauerstoffkonzentration mit einem Sauerstoffkonzentrations-Zielwert vergleichen und die Strömung der AGR regeln, um den Sauerstoffkonzentrations-Zielwert zu erreichen (innerhalb von Beschränkungen für AGR-Ventilaktuatoren). Dies ermöglicht, dass die Systeme und Verfahren die zuvor erwähnte unbekannte Schwankung von Faktoren wie etwa der Leckdämpfe und/oder der Herstellungsschwankung von Teil zu Teil kompensieren. Der Sauerstoffkonzentrations-Zielwert kann auf Motorbetriebsparametern basieren. Die Motorbetriebsparameter können beispielsweise die Motorlast und die Motordrehzahl umfassen. Der Sauerstoffkonzentrations-Zielwert kann auch auf zusätzlichen Motorbetriebsparametern basieren, wie beispielsweise einem Motortemperaturparameter. Der Motortemperaturparameter kann beispielsweise auf einer Einlasslufttemperatur (IAT), einer Motorkühlmitteltemperatur (ECT) und/oder einer Motoröltemperatur (EOT) basieren.
Die Systeme und Verfahren können die Strömung der AGR in den Einlasskrümmer regeln, indem ein AGR-Ventil gesteuert wird. Speziell können die Systeme und Verfahren dann, wenn die Sauerstoffkonzentration größer als der Sauerstoffkonzentrations-Zielwert ist, eine Öffnung des AGR-Ventils vergrößern, wodurch die Sauerstoffkonzentration in dem Einlasskrümmer verringert wird (in Richtung des Sauerstoffkonzentrations-Zielwerts). Alternativ können die Systeme und Verfahren dann, wenn (i) die Sauerstoffkonzentration kleiner als der Sauerstoffkonzentrations-Zielwert ist und (ii) das AGR-Ventil nicht geschlossen ist, die Öffnung des AGR-Ventils verkleinern, wodurch die Sauerstoffkonzentration in dem Einlasskrümmer erhöht wird (in Richtung des Sauerstoffkonzentrations-Zielwerts).
Bei HCCI-Motoren können die Systeme und Verfahren jedoch dann, wenn die Sauerstoffkonzentration kleiner als der Sauerstoffkonzentrations-Zielwert ist, das AGR-Ventil aber geschlossen ist, den HCCI-Verbrennungsmodus deaktivieren. Mit anderen Worten kann die Steuerung des AGR-Ventils nicht ausreichend sein, um die Sauerstoffkonzentration zu korrigieren, und dadurch kann die HCCI-Verbrennung zu instabil werden. Lediglich beispielhaft können die Systeme und Verfahren dann, wenn der HCCI-Motor in dem HCCI-Verbrennungsmodus arbeitet, den HCCI-Verbrennungsmodus deaktivieren und in den SI-Verbrennungsmodus umschalten. Die Systeme und Verfahren können den HCCI-Verbrennungsmodus beispielsweise deaktivieren, indem die Zündkerzen gesteuert werden und indem die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen derart gesteuert werden, dass (i) eine Kraftstoffeinspritzungsmenge und/oder (ii) ein Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt angepasst werden. Speziell können die Systeme und Verfahren entweder die Zündkerzen aktivieren/erneut aktivieren oder den Zündfunkenzeitpunkt anpassen.
Nun auf 1 Bezug nehmend, umfasst ein Motorsystem 10 einen Motor 12. Lediglich beispielhaft kann der Motor 12 ein Motor mit Funkenzündung (SI-Motor) oder ein HCCI-Motor sein. Das Motorsystem 10 kann auch zusätzliche Komponenten aufweisen, wie beispielsweise einen Elektromotor und ein Batteriesystem (nicht gezeigt). Der Motor 12 saugt Luft durch ein Einleitungssystem 14, das durch eine Drossel 16 geregelt werden kann, in einen Einlasskrümmer 18 an. Die Drossel 16 kann beispielsweise unter Verwendung einer elektronischen Drosselsteuerung (ETC) elektronisch gesteuert werden. Das Einleitungssystem 14 kann ein Luftfiltergehäuse 20 und einen Luftfilter 22 umfassen. Der Luftfilter 22 kann die Luft filtern, die in den Einlasskrümmer 18 angesaugt wird, um Partikel zu entfernen. Ein Luftmassenströmungssensor (MAF-Sensor) 21 misst eine Rate einer Luftströmung durch die Drossel 16 in den Einlasskrümmer 18. Die gemessene MAF-Rate kann beispielsweise eine Last an dem Motor 12 angeben. Ein Sauerstoffsensor 24 misst eine Sauerstoffkonzentration der Luft im Inneren des Einlasskrümmers 18. Der Sauerstoffsensor 24 kann jedoch an einem anderen geeigneten Ort in dem Einleitungssystem 14 angeordnet sein.
Die Luft in dem Einlasskrümmer 18 wird auf mehrere Zylinder 26 verteilt. Obgleich sechs Zylinder gezeigt sind, kann der Motor 12 eine andere Anzahl von Zylindern aufweisen. Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 28 spritzen Kraftstoff in Einlassöffnungen der Zylinder 26 (bei einer Einlasskanal-Einspritzung) oder direkt in die Zylinder 26 ein (bei einer direkten Kraftstoffeinspritzung). In dem SI-Verbrennungsmodus können Zündkerzen 30 das komprimierte A/F-Gemisch in den Zylindern 26 zünden, um Kolben anzutreiben, die eine Kurbelwelle 32 drehen und ein Antriebsdrehmoment erzeugen. In dem HCCI-Verbrennungsmodus kann das A/F-Gemisch jedoch aufgrund des Überschreitens einer kritischen Temperatur und/oder eines kritischen Drucks bis zur Selbstzündung komprimiert werden. Die Kurbelwelle 32 kann jeweils mit Kolben (nicht gezeigt) der Zylinder 26 verbunden sein, und sie kann in einem Kurbelgehäuse 34 untergebracht sein, das Öl zur Schmierung von sich bewegenden Teilen umfasst.
Ein PCV-System 36 kann die Leckdämpfe aus dem Kurbelgehäuse 34 und an einer Position stromabwärts des Luftfilters 22 in eine Lufteinlassleitung 23 saugen. Das PCV-System 36 kann einen PCV-Schlauch 38 aufweisen, der das Kurbelgehäuse 34 mit dem Einlasskrümmer 18 verbindet. Das PCV-System 36 kann auch ein PCV-Ventil oder einen anderen Strömungsregler 40 umfassen, das bzw. der die Strömung der Leckdämpfe von dem Kurbelgehäuse 34 zu dem Einlasskrümmer 18 regelt. Beispielsweise kann das PCV-Ventil 40 ein federbelastetes Ventil umfassen (oder eine Öffnung oder eine andere Einrichtung, welche die Luftströmung regelt), das basierend auf einer Druckdifferenz zwischen dem Kurbelgehäuse 34 und dem Einlasskrümmer 18 öffnet.
Das PCV-Ventil 40 kann auch ein anderer geeigneter Typ eines Ventils oder ein anderer Strömungsregler sein, wie beispielsweise ein elektronisches Ventil, das durch das Steuermodul 60 gesteuert wird. Bei einigen Implementierungen kann das PCV-System 36 ferner ein Entlüftungsrohr 42 aufweisen, welches das Kurbelgehäuse mit dem Luftfiltergehäuse 20 oder mit der Lufteinlassleitung 23 des Einleitungssystems 14 an einer Position stromabwärts des Luftfilters 22 verbindet. Das Entlüftungsrohr 42 ermöglicht, dass Frischluft in dem Kurbelgehäuse 34 zirkuliert, die Leckgase weiter verdünnt und eine Ölverunreinigung verhindert (d. h. durch die verbesserte Zirkulation).
Ein Motortemperatursensor 43 misst eine Temperatur des Motors 12. Der Motortemperatursensor 43 kann beispielsweise die IAT, die ECT oder die EOT messen. Der Motortemperatursensor 43 kann daher an einem anderen geeigneten Ort angeordnet sein. Zusätzlich kann der Motortemperatursensor 43 eine andere. geeignete Temperatur messen. Bei einigen Implementierungen können zwei oder mehr Motortemperatursensoren 43 implementiert sein.
Ein Motordrehzahlsensor 44 misst eine Drehzahl der Kurbelwelle 32 (d. h. eine Motordrehzahl). Der Motordrehzahlsensor 44 kann die Motordrehzahl beispielsweise in Umdrehungen pro Minute (RPM) messen. Ein Getriebe 46 überträgt das Antriebsdrehmoment von der Kurbelwelle 32 auf einen Endantrieb (z. B. auf Räder) eines Fahrzeugs. Bei einigen Implementierungen kann das Getriebe 46 mittels einer Fluidkopplung, wie beispielsweise durch einen Drehmomentwandler (nicht gezeigt), mit der Kurbelwelle 32 gekoppelt sein. Ein Sensor 48 für eine Getriebeausgangswellendrehzahl (TOSS-Sensor) misst eine Drehzahl einer Ausgangswelle des Getriebes 46. Der TOSS-Sensor 48 kann die TOSS beispielsweise in RPM messen. Die Messwerte des TOSS-Sensors 48 können verwendet werden, um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu ermitteln.
Das Abgas, das aus der Verbrennung resultiert, kann aus den Zylindern 26 in einen Auslasskrümmer 50 ausgestoßen werden. Ein Abgasbehandlungssystem (ETS) 52 kann das Abgas in dem Auslasskrümmer 50 behandeln, um Partikel zu entfernen und/oder Emissionen zu verringern, bevor das Abgas in die Atmosphäre freigegeben wird. Das ETS 52 kann beispielsweise Oxidationskatalysatoren, Stickstoffoxid-Absorber/Adsorber, Systeme zur selektiven katalytischen Reduktion, Partikelfilter und/oder katalytische Dreiwegewandler umfassen. Ein AGR-System 54 leitet Abgas aus dem Auslasskrümmer 50 zurück in den Einlasskrümmer 18. Das AGR-System 54 umfasst eine AGR-Leitung 56, die den Auslasskrümmer 50 mit dem Einlasskrümmer 18 verbindet. Das AGR-System 54 umfasst ferner ein AGR-Ventil 58, das die Strömung des Abgases in den Einlasskrümmer 18 regelt.
Das Steuermodul 60 steuert den Betrieb des Motorsystems 10. Das Steuermodul 60 kann Signale von der Drossel 16, dem MAF-Sensor 21, dem Sauerstoffsensor 24, den Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 28, den Zündkerzen 30, dem PCV-Ventil 40, dem Motortemperatursensor 43, dem Motordrehzahlsensor 44, dem Getriebe 46, dem TOSS-Sensor 48, dem ETS 52 und/oder dem AGR-Ventil 58 empfangen. Das Steuermodul 60 kann die Drossel 16, die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 28, die Zündkerzen 30, das PCV-Ventil 40, das Getriebe 46, das ETS 52 und/oder das AGR-System 58 steuern. Das Steuermodul 60 kann auch die Systeme oder die Verfahren der vorliegenden Offenbarung implementieren.
Nun auf 2 Bezug nehmend, ist ein Beispiel eines der mehreren Zylinder 26 gezeigt. Der beispielhafte Zylinder 26 stellt zusätzlich zu dem PCV-System 36 weitere Zylinderkomponenten dar. Der Zylinder 26 saugt mittels eines Einlassventils 70 Luft aus dem Einlasskrümmer 18 an. Bei einigen Implementierungen kann der Zylinder 26 Kraftstoff in die Luft einspritzen, um das A/F-Gemisch an einem Ort vor dem Einlassventil 70 zu erzeugen (bei einer Einlasskanal-Einspritzung). Der Zylinder 26 stößt das Abgas, das während der Verbrennung erzeugt wird, über ein Auslassventil 72 in den Auslasskrümmer 50 aus. Das Einlassventil 70 und das Auslassventil 72 können durch eine oder mehrere Nockenwellen (nicht gezeigt) betätigt werden. Das Steuermodul 60 kann ferner Zeitpunkte des Einlassventils 70 und/oder des Auslassventils 72 steuern. Das Steuermodul 60 kann auch die Hubhöhe und die Öffnungsdauer des Einlassventils 70 und/oder des Auslassventils 72 steuern.
Der Zylinder 26 umfasst ferner einen Kolben 74. Der Kolben 74 komprimiert das A/F-Gemisch in dem Zylinder 26 während eines Kompressionstakts des Motors 12. Das A/F-Gemisch wird verbrannt (z. B. durch Selbstzündung oder mittels Unterstützung durch die Zündkerze 30), was den Kolben 74 abwärts treibt und ein Antriebsdrehmoment erzeugt. Das Antriebsdrehmoment dreht die Kurbelwelle 32, die unter Verwendung einer Pleuelstange 76 mit dem Kolben 74 verbunden ist. Die Kurbelwelle 32 kann mit einem Gegengewicht 78 verbunden sein. In dem Kurbelgehäuse 34 sind die verschiedenen Komponenten des Zylinders 26 untergebracht. Speziell umfasst das Kurbelgehäuse 34 Öl 80, das die sich bewegenden Teile des Zylinders 26 schmiert.
Wie vorstehend beschrieben wurde, können die Leckdämpfe in das Kurbelgehäuse 34 eintreten und das Öl 80 verunreinigen, was eine Beschädigung und/oder eine verringerte Leistung bewirkt. Das PCV-System 36 lässt die Leckdämpfe jedoch aus dem Kurbelgehäuse 34 aus. Speziell kann der PCV-Schlauch 38 das Kurbelgehäuse 34 mit dem Einlasskrümmer 18 an einer Position stromabwärts der Drossel 16 verbinden. Das PCV-Ventil 40 kann öffnen, wenn sich die Leckdämpfe derart aufbauen, dass sie einen kritischen Druck überscheiten, wodurch die Leckdämpfe aus dem Kurbelgehäuse 34 in den Einlasskrümmer 18 ausgelassen werden. Zusätzlich kann das PCV-System 36, wie vorstehend beschrieben wurde, ferner ein Einlüftungsrohr 42 umfassen, welches das Kurbelgehäuse 34 mit der Lufteinlassleitung 23 an einer Position stromabwärts des Luftfilters 22 verbindet. Mit anderen Worten kann gefilterte Luft durch das Entlüftungsrohr 42 in das Kurbelgehäuse 34 strömen, die Leckdämpfe weiter verdünnen und die Zirkulation verbessern, was die Leistung des PCV-Systems 36 verbessert.
Nun auf 3 Bezug nehmend, ist ein Beispiel des Steuermoduls 60 gezeigt. Das Steuermodul 60 kann ein Sauerstoffkonzentrations-Ermittlungsmodul 100, ein Zielwert-Ermittlungsmodul 104 und ein Verbrennungssteuermodul 108 umfassen. Das Sauerstoffkonzentrations-Ermittlungsmodul 100 empfängt Messwerte von dem Sauerstoffsensor 24 in dem Einlasskrümmer 18. Das Sauerstoffkonzentrations-Ermittlungsmodul 100 ermittelt eine Sauerstoffkonzentration der Luft in dem Einlasskrümmer 18 basierend auf den Messwerten von dem Sauerstoffsensor 24.
Das Zielwert-Ermittlungsmodul 104 ermittelt einen Sauerstoffkonzentrations-Zielwert basierend auf Motorbetriebsparametern. Die Motorbetriebsparameter können eine Motorlast und eine Motordrehzahl umfassen. Die Motorlast kann auf Messwerten von dem MAF-Sensor 21 oder auf einer geschätzten zugeführten Kraftstoffmasse basieren. Die Motordrehzahl kann auf Messwerten von dem Motordrehzahlsensor 44 basieren. Die Motorbetriebsparameter können auch andere geeignete Parameter umfassen wie beispielsweise einen Motortemperaturparameter. Beispielsweise kann der Motortemperaturparameter die IAT, die ECT oder die EOT sein (die durch den Motortemperatursensor 43 gemessen werden). Lediglich beispielhaft kann der Sauerstoffkonzentrations-Zielwert basierend auf den Motorbetriebsparametern unter Verwendung einer Nachschlagetabelle ermittelt werden.
Das Verbrennungssteuermodul 108 empfängt die Sauerstoffkonzentration von dem Sauerstoffkonzentrations-Ermittlungsmodul 100. Das Verbrennungssteuermodul 108 empfängt auch den Sauerstoffkonzentrations-Zielwert von dem Zielwert-Ermittlungsmodul 104. Das Verbrennungssteuermodul 108 steuert selektiv (i) das AGR-Ventil 58 oder (ii) in dem Fall eines HCCI-Motors einen Verbrennungsmodus des Motors 12 basierend auf der Sauerstoffkonzentration, dem Sauerstoffkonzentrations-Zielwert und basierend darauf, ob das AGR-Ventil 58 geschlossen ist.
Wenn die Sauerstoffkonzentration größer als der Sauerstoffkonzentrations-Zielwert ist, kann das Verbrennungssteuermodul 108 eine Öffnung des AGR-Ventils 58 vergrößern. Die erhöhte AGR kann die Sauerstoffkonzentration in dem Einlasskrümmer 18 verringern (in Richtung des Sauerstoffkonzentrations-Zielwerts), wodurch die Verbrennungsstabilität verbessert wird. Wenn (i) die Sauerstoffkonzentration geringer als der Sauerstoffkonzentrations-Zielwert ist und (ii) das AGR-Ventil 58 nicht geschlossen ist, kann das Verbrennungssteuermodul 108 die Öffnung des AGR-Ventils 58 verkleinern. Die verringerte AGR kann die Sauerstoffkonzentration in dem Einlasskrümmer 18 erhöhen (in Richtung des Sauerstoffkonzentrations-Zielwerts), wodurch die Verbrennungsstabilität und die Verbrennungsphaseneinstellung verbessert werden.
Bei einem HCCI-Motor kann jedoch dann, wenn (i) die Sauerstoffkonzentration kleiner als der Sauerstoffkonzentrations-Zielwert ist und (ii) das AGR-Ventil 58 geschlossen ist, ein Indikator festgelegt und in einem Speicher gespeichert werden. Der Indikator kann beispielsweise angeben, dass der HCCI-Verbrennungsmodus nicht verwendet werden kann. Mit anderen Worten kann das Steuern des AGR-Ventils 58, da das AGR-Ventil 58 bereits geschlossen ist, die Sauerstoffkonzentration in dem Einlasskrümmer 18 nicht erhöhen, und daher wird der HCCI-Verbrennungsmodus deaktiviert. Lediglich beispielhaft kann das Verbrennungssteuermodul 108 in den SI-Verbrennungsmodus umschalten, wenn der HCCI-Motor 12 in dem HCCI-Verbrennungsmodus gearbeitet hat. Zusätzlich kann das Verbrennungssteuermodul 108 beispielsweise den HCCI-Verbrennungsmodus deaktivieren, indem die Zündkerzen 30 gesteuert werden und indem die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 28 derart gesteuert werden, dass (i) eine Kraftstoffeinspritzungsmenge und/oder (ii) ein Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt angepasst werden.
Nun auf 4A Bezug nehmend, beginnt ein erstes beispielhaftes Verfahren zum Steuern der Verbrennungsstabilität bei 150. Obgleich eine einzige Steuerschleife gezeigt ist, kann die Steuerschleife mehr als einmal wiederholt werden. Lediglich beispielhaft kann die Steuerschleife kontinuierlich ausgeführt werden. Bei 150 ermittelt das Steuermodul 60 die Sauerstoffkonzentration (O2) in dem Einlasskrümmer 18. Bei 154 ermittelt das Steuermodul 60 einen Sauerstoffkonzentrations-Zielwert (O2_T) basierend auf den Motorbetriebsparametern. Bei 158 ermittelt das Steuermodul 60, ob die Sauerstoffkonzentration O2 kleiner als der Sauerstoffkonzentrations-Zielwert O2_T ist. Wenn ja, kann die Steuerung zu 162 voranschreiten. Wenn nein, kann die Steuerung zu 174 voranschreiten.
Bei 162 ermittelt das Steuermodul 60, ob das AGR-Ventil 58 geschlossen ist. Wenn ja, kann die Steuerung zu 166 voranschreiten. Wenn nein, kann die Steuerung zu 170 voranschreiten. Bei 166 kann das Steuermodul 60 eine Öffnung des AGR-Ventils 58 verkleinern, wodurch die Sauerstoffkonzentration in dem Einlasskrümmer 18 erhöht wird. Die Steuerung kann anschließend enden (für diese Steuerschleife). Bei 170 kann das Steuermodul 60 einen Indikator festlegen und speichern, um anzugeben, dass die Steuerung des AGR-Ventils 58 nicht ausreicht, um die Sauerstoffkonzentration zu erhöhen. Die Steuerung kann anschließend enden (für diese Steuerschleife). Bei einem HCCI-Motor kann das Steuermodul 60 jedoch aufgrund der geringen Sauerstoffkonzentration und der Unfähigkeit der AGR-Ventilsteuerung, die Sauerstoffkonzentration zu erhöhen, auch den HCCI-Verbrennungsmodus deaktivieren.
Bei 174 ermittelt das Steuermodul 60, ob die Sauerstoffkonzentration O2 größer als der Sauerstoffkonzentrations-Zielwert O2_T ist. Wenn ja, kann die Steuerung zu 178 voranschreiten. Wenn nein (d. h. die Sauerstoffkonzentration O2 ist gleich dem Sauerstoffkonzentrations-Zielwert O2_T), kann die Steuerung enden. Bei 178 kann das Steuermodul 60 die Öffnung des AGR-Ventils 58 vergrößern, wodurch die Sauerstoffkonzentration in dem Einlasskrümmer 18 verringert wird. Die Steuerung kann anschließend enden (für diese Steuerschleife).
Nun auf 4B Bezug nehmend, beginnt ein Beispiel eines Verfahrens zum Steuern der Verbrennungsstabilität in einem HCCI-Motor bei 200. Obgleich eine einzige Steuerschleife gezeigt ist, kann die Steuerschleife mehr als einmal wiederholt werden. Lediglich beispielhaft kann die Steuerschleife kontinuierlich ausgeführt werden. Bei 200 kann das Steuermodul 60 die Sauerstoffkonzentration (O2) in dem Einlasskrümmer 18 ermitteln. Bei 204 kann das Steuermodul 60 den Sauerstoffkonzentrations-Zielwert (O2_T) basierend auf den Motorbetriebsparametern ermitteln. Bei 208 kann das Steuermodul 60 ermitteln, ob die Sauerstoffkonzentration O2 kleiner als der Sauerstoffkonzentrations-Zielwert O2_T ist. Wenn nein, kann die Steuerung enden (für diese Steuerschleife), da die Sauerstoffkonzentration O2 entweder gleich dem Sauerstoffkonzentrations-Zielwert O2_T oder größer als der Sauerstoffkonzentrations-Zielwert O2_T ist und daher mittels der AGR-Ventilsteuerung korrigierbar ist.
Wenn ja, kann die Steuerung jedoch zu 212 voranschreiten. Bei 212 kann das Steuermodul 60 ermitteln, ob das AGR-Ventil 58 geschlossen ist. Wenn ja, kann die Steuerung zu 216 voranschreiten. Wenn nein, kann die Steuerung enden (für diese Steuerschleife), da die Sauerstoffkonzentration O2 mittels der AGR-Ventilsteuerung korrigierbar ist. Bei 216 kann das Steuermodul 60 den HCCI-Verbrennungsmodus deaktivieren (und daher in den SI-Verbrennungsmodus umschalten), da die Sauerstoffkonzentration O2 kleiner als der Sauerstoffkonzentrations-Zielwert O2_T ist und mittels der AGR-Ventilsteuerung nicht korrigierbar ist. Die Steuerung kann anschließend enden (für diese Steuerschleife).
Die breiten Lehren der Offenbarung können in einer Vielzahl von Formen implementiert werden. Während diese Offenbarung spezielle Beispiele aufweist, soll der wahre Umfang der Offenbarung daher nicht auf diese beschränkt sein, da andere Modifikationen für den erfahrenen Praktiker nach einem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der nachfolgenden Ansprüche offensichtlich werden.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Motors, wobei das Verfahren umfasst, dass: eine Sauerstoffkonzentration in einem Einlasskrümmer des Motors ermittelt wird; und eine Strömung einer Abgasrückführung (AGR) in den Einlasskrümmer basierend auf der ermittelten Sauerstoffkonzentration geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass die Strömung der AGR in den Einlasskrümmer geregelt wird, indem ein AGR-Ventil basierend auf der ermittelten Sauerstoffkonzentration und einem Sauerstoffkonzentrations-Zielwert gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, das ferner umfasst, dass eine Öffnung des AGR-Ventils vergrößert wird, wenn die ermittelte Sauerstoffkonzentration größer als der Sauerstoffkonzentrations-Zielwert ist.
Verfahren nach Anspruch 2, das ferner umfasst, dass eine Öffnung des AGR-Ventils verkleinert wird, wenn (i) die ermittelte Sauerstoffkonzentration kleiner als der Sauerstoffkonzentrations-Zielwert ist und (ii) das AGR-Ventil nicht geschlossen ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Motor ein Motor mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Motor) ist, und ferner umfassend, dass ein HCCI-Verbrennungsmodus des HCCI-Motors deaktiviert wird, wenn (i) die ermittelte Sauerstoffkonzentration kleiner als der Sauerstoffkonzentrations-Zielwert ist und (ii) das AGR-Ventil geschlossen ist.
Verfahren nach Anspruch 5, das ferner umfasst, dass der HCCI-Verbrennungsmodus deaktiviert wird, indem (i) Zündkerzen gesteuert werden und (ii) eine Kraftstoffeinspritzungsmenge und/oder ein Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt angepasst werden.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass die Sauerstoffkonzentration in dem Einlasskrümmer des Motors basierend auf Messwerten von einem Sauerstoffsensor in dem Einlasskrümmer ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, das ferner umfasst, dass der Sauerstoffkonzentrations-Zielwert basierend auf einer Motordrehzahl und einer Motorlast ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, das ferner umfasst, dass der Sauerstoffkonzentrations-Zielwert ferner basierend auf einem Motortemperaturparameter ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Motortemperaturparameter auf einer Einlasslufttemperatur (IAT), einer Motorkühlmitteltemperatur (ECT) und/oder einer Motoröltemperatur (EOT) basiert.