DE102012209382B4

DE102012209382B4 - Verfahren zur Steuerung der Verbrennungsphasenlage bei einerHCCI-Verbrennung

Info

Publication number: DE102012209382B4
Application number: DE102012209382.6A
Authority: DE
Inventors: Hanho Yun; Nicole Wermuth; Paul M. Najt; Jun-Mo Kang; Chen-Fang Chang
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-06-08
Filing date: 2012-06-04
Publication date: 2021-10-14
Anticipated expiration: 2032-06-05
Also published as: DE102012209382A1; US20120316757A1; CN102817736B; US9284906B2; CN102817736A

Abstract

Verfahren zum Steuern der Verbrennung in einem Verbrennungsmotor (10) mit Funkenzündung und Direkteinspritzung, der einen Controller, ein Funkenzündungssystem (26) und eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung (28) aufweist, umfassend, dass:ein anfänglicher Zeitpunkt für das Einspritzen einer Kraftstoffmasse und ein anfänglicher Zeitpunkt für eine Funkenzündung vorgesehen werden;eine jeweilige obere Begrenzung für jeden von dem anfänglichen Zeitpunkt für das Einspritzen der Kraftstoffmasse und dem anfänglichen Zeitpunkt für die Funkenzündung bei einer gewünschten Motorlast vorgesehen wird, wobei die jeweilige obere Begrenzung einer jeweiligen Kurbelwinkelposition mit einem am meisten nach früh verstellten Zeitpunkt entspricht, der zur Vermeidung eines übermäßigen Verbrennungsgeräuschs akzeptierbar ist;eine jeweilige untere Begrenzung für jeden von dem anfänglichen Zeitpunkt für das Einspritzen der Kraftstoffmasse und dem anfänglichen Zeitpunkt für die Funkenzündung bei der gewünschten Motorlast vorgesehen wird, wobei die jeweilige untere Begrenzung einer jeweiligen Kurbelwinkelposition mit einem am meisten nach spät verstellten Zeitpunkt entspricht, der zur Vermeidung einer Störung der Verbrennungsstabilität akzeptierbar ist;die jeweilige obere Begrenzung und/oder die jeweilige untere Begrenzung für jeden von dem anfänglichen Zeitpunkt für das Einspritzen der Kraftstoffmasse und dem anfänglichen Zeitpunkt für die Funkenzündung basierend auf einer Abweichung einer Einlass-O2-Konzentration angepasst werden, wobei die Abweichung der Einlass-O2-Konzentration auf einer überwachten Einlass-O2-Konzentration eines vorhergehenden Verbrennungszyklus und einer gewünschten Einlass-O2-Konzentration basiert;eine Abweichung (634) einer Verbrennungsphasenlage basierend auf Abweichungen zwischen einer überwachten Verbrennungsphasenlage eines vorhergehenden Verbrennungszyklus und einer gewünschten Verbrennungsphasenlage überwacht wird;ein begrenztes Steuersignal (638) erzeugt wird, das der überwachten Abweichung (634) der Verbrennungsphasenlage zugeordnet ist und durch eine obere sowie eine untere Begrenzung definiert ist;ein angepasster Zeitpunkt (624) für die eingespritzte Kraftstoffmasse ermittelt wird, was umfasst, dass zwischen der oberen Begrenzung und der unteren Begrenzung für den anfänglichen Zeitpunkt für das Einspritzen der Kraftstoffmasse basierend auf der oberen und der unteren Begrenzung des erzeugten begrenzten Steuersignals (638) interpoliert wird, welches der überwachten Abweichung (634) der Verbrennungsphasenlage zugeordnet ist;ein angepasster Zeitpunkt (648) für die Funkenzündung ermittelt wird, was umfasst, dass zwischen der oberen Begrenzung und der unteren Begrenzung für den anfänglichen Zeitpunkt für die Funkenzündung basierend auf der oberen und der unteren Begrenzung des erzeugten begrenzten Steuersignals (638) interpoliert wird, welches der überwachten Abweichung (634) der Verbrennungsphasenlage zugeordnet ist; unddas Funkenzündungssystem (26) und die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (28) mit dem ermittelten angepassten Zeitpunkt (624) für das Einspritzen der Kraftstoffmasse und dem ermittelten angepassten Zeitpunkt (648) für die Funkenzündung gesteuert werden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft Verfahren zur Steuerung von Motoren mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Motoren).
HINTERGRUND
Verbrennungsmotoren, insbesondere Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotoren, fallen allgemein in eine von zwei Kategorien, Motoren mit Funkenzündung und Motoren mit Kompressionszündung. Herkömmliche Motoren mit Funkenzündung, wie beispielsweise Benzinmotoren, funktionieren typischerweise durch Einleiten eines Kraftstoff/Luftgemischs in die Verbrennungszylinder, das anschließend in dem Kompressionstakt komprimiert und durch eine Zündkerze gezündet wird. Herkömmliche Motoren mit Kompressionszündung, wie beispielsweise Dieselmotoren, funktionieren typischerweise durch Einleiten oder Einspritzen von unter Druck stehendem Kraftstoff in der Nähe eines oberen Totpunkts (TDC) des Kompressionstakts in einen Verbrennungszylinder, welcher Kraftstoff bei der Einspritzung zündet. Die Verbrennung umfasst sowohl für herkömmliche Benzinmotoren als auch 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, während Dieselmotoren im Allgemeinen effizienter sind, aber mehr Emissionen erzeugen.
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. 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 auch bei Stöchiometrie mit wesentlichen Mengen einer Abgasrückführung (AGR) arbeiten.
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 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.
In der US 2010/0222985 A1 ist ein Verfahren zum Steuern der Verbrennung in einem Verbrennungsmotor mit Funkenzündung und Direkteinspritzung beschrieben, bei dem zunächst ein anfänglicher Zeitpunkt für die Einspritzung einer Kraftstoffmasse und ein anfänglicher Zeitpunkt für eine Funkenzündung vorgesehen werden. Ferner wird eine Abweichung einer Verbrennungsphasenlage von einer Soll-Verbrennungsphasenlage ermittelt. Schließlich werden ein angepasster Zeitpunkt für die Einspritzung der Kraftstoffmasse und ein angepasster Zeitpunkt für die Funkenzündung basierend auf der Abweichung der Verbrennungsphasenlage und anhand des jeweiligen anfänglichen Zeitpunkts ermittelt, um eine gewünschte Verbrennungsphasenlage aufrecht zu erhalten.
Die US 2007/0119417 A1 beschreibt ein ähnliches Verfahren, bei welchem eine Korrektur für den Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung, die von einer Rückkopplung der Verbrennungsphasenlage abhängt, zum Einstellen des Zeitpunkt und der Masse einer Kraftstoffreformierung verwendet wird.
Auch die US 5 778 857 A beschreibt ein ähnliches Verfahren, bei welchem eine obere und untere Begrenzung für die Anpassung des jeweiligen Zeitpunkts für die Einspritzung der Kraftstoffmasse und für die Funkenzündung vorgesehen sind.
In der US 5 577 476 A ist ebenfalls ein ähnliches Verfahren beschrieben, bei dem eine Begrenzung für die Verstellung des Zündzeitpunkt nach spät vorgesehen ist.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Steuern der Verbrennung in einem Verbrennungsmotor mit Funkenzündung und Direkteinspritzung anzugeben, mit welchem eine zu frühe Verbrennung einer Luft-Kraftstoffladung insbesondere bei höheren Lasten im HCCI-Betrieb vermieden wird.
ZUSAMMENFASSUNG
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das Steuern der Verbrennung in einem Verbrennungsmotor mit Funkenzündung und Direkteinspritzung umfasst, dass ein anfänglicher Zeitpunkt für eine eingespritzte Kraftstoffmasse und ein anfänglicher Zeitpunkt für eine Funkenzündung vorgesehen werden. Eine Abweichung einer Verbrennungsphasenlage wird überwacht und mit jedem von dem anfänglichen Zeitpunkt für die eingespritzte Kraftstoffmasse und dem anfänglichen Zeitpunkt für die Funkenzündung verglichen. Ein angepasster Zeitpunkt für die eingespritzte Kraftstoffmasse und ein angepasster gewünschter Zeitpunkt für die Funkenzündung werden basierend auf dem Vergleich ermittelt, um eine gewünschte Verbrennungsphasenlage aufrecht zu erhalten.
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, welche die Auswirkung der Verbrennungsphasenlage (CA50 in Grad nach dem oberen Totpunkt) 101 auf den Klingelindex 103 und den Variationskoeffizienten (COV) des indizierten mittleren effektiven Drucks (IMEP) 102 während des Betriebs mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Betriebs) mit hoher Last zeigt;
3 eine Graphik gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt, welche die Auswirkung der Verbrennungsphasenlage (CA50 in Grad nach dem oberen Totpunkt) 301 auf den spezifischen Netto-Kraftstoffverbrauch (NSFC) 302 während des HCCI-Betriebs mit hoher Last zeigt;
4 den Bereich des anpassbaren Kraftstoffeinspritzungszeitpunkts 402 als eine Funktion der Motorlast 401 und der Einlass-Sauerstoffkonzentration 410 und 420 gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch darstellt;
5 den Bereich des anpassbaren Zündfunkenzeitpunkts 502 als eine Funktion der Motorlast 501 und der Einlass-Sauerstoffkonzentration 510 und 520 gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch darstellt;
6 einen Controller 600 für die Verbrennungsphasenlage zum Aufrechterhalten einer gewünschten Verbrennungsphasenlage in jedem Zylinder eines Mehrzylindermotors basierend auf Anpassungen für den Einspritzungszeitpunkt und den Zündfunkenzeitpunkt schematisch darstellt; und
7 experimentelle und abgeleitete Daten von einem beispielhaften Motor gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch darstellt, die eine Anzahl von Motorereignissen 702 über der eingespritzten Kraftstoffmasse 701, der Leistung (d.h. dem IMEP (in bar)) 703, dem Luft-Kraftstoffverhältnis 705, dem Anteil des verbrannten Einlassgases 707, dem Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt 709, dem Funkenzündungszeitpunkt 711 und dem CA50 (d.h. der Kurbelwinkelposition, bei der 50 % der Kraftstoffmasse verbrannt sind) 712 zeigt.

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. Daher kann eine Einlass-Sauerstoffkonzentration (Einlass-O₂-Konzentration), die in den Motor eintritt, gesteuert werden, indem die Öffnung des AGR-Ventils 38 gesteuert wird. Gemäß einer Ausführungsform beträgt die Einlass-O₂-Konzentration in dem Einlasskrümmer 29 im Wesentlichen 21 %, wenn das AGR-Ventil 38 geschlossen ist. Die Einlass-O₂-Konzentration kann durch einen Sauerstoffsensor 8 überwacht werden.
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-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) 7 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) 11 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) 9 von dem Steuermodul 5 zu zünden oder bei dem Zünden zu unterstützen.
Der Motor 10 ist mit verschiedenen Detektionseinrichtungen zum Überwachen des Motorbetriebs ausgestattet, welche einen Kurbelsensor 42, der eine Ausgabe RPM aufweist und dazu dient, die Kurbelwellen-Drehposition zu überwachen, d.h. den Kurbelwinkel und die Kurbeldrehzahl, 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 Verbrennungsphasenlage 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, Steuerung, 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. Software, Firmware, Programme, Anweisungen, Routinen, Code, Algorithmen und ähnliche Ausdrücke bedeuten beliebige durch einen Controller ausführbare Anweisungssätze, die Kalibrierungen und Nachschlagetabellen umfassen. Das Steuermodul weist einen Satz von Steuerroutinen auf, die ausgeführt werden, um die gewünschten Funktionen zu schaffen. Die Routinen werden beispielsweise von einer 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 Routinen 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 Routinen 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 negative Ventilüberlappung (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/Kraftstoff-Verhältnis 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/Kraftstoff-Verhältnis 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.
Die Verbrennungsphasenlage in jedem Zylinder hängt von der thermischen Umgebung in jedem Zylinder ab, wenn der Motor während eines Betriebs mit hoher Last in dem Modus mit gesteuerter Selbstzündung (HCCI-Modus) mit funkenunterstützter Zündung arbeitet. Die Verbrennungsphasenlage beschreibt den Fortschritt der Verbrennung in einem Zyklus, wie er durch den Kurbelwinkel des Zyklus gemessen wird. Ein übliches Maß zum Beurteilen der Verbrennungsphasenlage ist CA50 oder der Kurbelwinkel, bei dem 50 % der Luft-Kraftstoffladung verbrannt sind. Es ist einzusehen, dass die Eigenschaften eines Verbrennungszyklus, wie beispielsweise die Effizienz, das Verbrennungsgeräusch und die Verbrennungsstabilität, durch den CA50 des Zyklus beeinflusst werden. Daher ist das Aufrechterhalten einer optimalen/ gewünschten Verbrennungsphasenlage während des HCCI-Betriebs mit hoher Last wichtig. Bei einem speziellen Einspritzungszeitpunkt, einem speziellen Zündfunkenzeitpunkt und einer speziellen zeitlichen Einstellung der Ventile für ein Zylinderereignis kann eine unausgeglichene Verbrennungsphasenlage in jedem Zylinder aufgrund von nicht einheitlichen Bedingungen in dem Zylinder auftreten, die eine nicht einheitliche Verteilung des Prozentanteils der äußeren AGR, nicht einheitliche thermische Bedingungen in dem Zylinder und/oder Schwankungen von Einspritzeinrichtung zu Einspritzeinrichtung in jedem Zylinder umfassen. Daher ist eine feste Kalibrierung des Einspritzungszeitpunkts und des Zündfunkenzeitpunkts aufgrund der nicht einheitlichen Bedingungen in dem Zylinder nicht wünschenswert.
Wie offensichtlich werden wird, kann ein Aufrechterhalten einer gewünschten Verbrennungsphasenlage erreicht werden, indem ein Zeitpunkt für eine eingespritzte Kraftstoffmasse und ein Zeitpunkt für eine Funkenzündung basierend auf einem Vergleich einer Abweichung der Verbrennungsphasenlage mit jedem von einem anfänglichen Zeitpunkt für die eingespritzte Kraftstoffmasse und einem anfänglichen Zeitpunkt für die Funkenzündung angepasst werden. Das Aufrechterhalten einer gewünschten Verbrennungsphasenlage für eine gegebene Motordrehzahl und eine gewünschte eingespritzte Kraftstoffmasse kann akzeptierbare Verbrennungseigenschaften aufrecht erhalten. Die Verbrennungseigenschaften können das Verbrennungsgeräusch, die Verbrennungseffizienz und die Verbrennungsstabilität umfassen.
Hierin diskutierte Ausführungsformen verwenden eine Steuerstrategie (d.h. einen Controller für die Verbrennungsphasenlage) zum Anpassen von Zeitpunkten für die Verbrennungsauslösung (d.h. zum Anpassen eines Zeitpunkts für die eingespritzte Kraftstoffmasse und eines Zeitpunkts für die Funkenzündung), um eine überwachte Verbrennungsphasenlage zu steuern, damit diese gegen eine gewünschte Verbrennungsphasenlage konvergiert, während der Motor über einen gesamten Betriebsbereich betrieben wird, wenn die eingespritzte Kraftstoffmasse in einer einzigen Einspritzung geliefert wird. Daher umfasst die Steuerstrategie während des Betriebs mit hoher Last einen Modus mit gesteuerter Selbstzündung (HCCI-Modus) mit funkenunterstützter Zündung einen Selbstzündungsbetrieb (HCCI-Betrieb) bei niedriger und mittlerer Last und einen stöchiometrischen Betrieb. Anpassungen für den Zeitpunkt der eingespritzten Kraftstoffmasse sind dominanter bei dem Steuern der Verbrennungsphasenlage in dem Modus mit gesteuerter Selbstzündung (HCCI-Modus). Anpassungen für den anfänglichen Zeitpunkt der Funkenzündung sind dominanter bei dem Steuern der Verbrennungsphasenlage in dem stöchiometrischen Betrieb.
2 stellt eine Graphik 100 gemäß der vorliegenden Offenbarung dar, welche die Auswirkung der Verbrennungsphasenlage (CA50 in Grad nach dem oberen Totpunkt) auf den Klingelindex und den Variationskoeffizienten (COV) des indizierten mittleren effektiven Drucks (IMEP) während des HCCI-Betriebs mit hoher Last zeigt. Die horizontale Achse 101 repräsentiert die Verbrennungsphasenlage (d.h. den CA50) in Grad nach dem oberen Totpunkt. Die vertikalen Achsen 102, 103 repräsentieren den COV des IMEP bzw. den Klingelindex. Die Profillinien 52, 54, 56 und 58 zeigen den Klingelindex für den ersten, zweiten, dritten bzw. vierten Zylinder gemäß der Verbrennungsphasenlage 101 in Grad nach dem oberen Totpunkt. Die Profillinien 2, 4, 6 und 8 zeigen den COV des IMEP des ersten, zweiten, dritten bzw. vierten Zylinders gemäß der Verbrennungsphasenlage 101 in Grad nach dem oberen Totpunkt. Diese Offenbarung ist nicht auf einen Motor beschränkt, der vier Zylinder verwendet, und kann eine beliebige Anzahl von Zylindern verwenden.
3 stellt eine Graphik 300 gemäß der vorliegenden Offenbarung dar, welche die Auswirkungen der Verbrennungsphasenlage (CA50 in Grad nach dem oberen Totpunkt) auf den spezifischen Netto-Kraftstoffverbrauch (NSFC) 302 während des HCCI-Betriebs mit hoher Last zeigt. Die horizontale Achse 301 repräsentiert die Verbrennungsphasenlage (CA50) in Grad nach dem oberen Totpunkt. Die vertikale Achse 302 repräsentiert den NSFC. Die Profillinie 310 bezeichnet den NSFC gemäß der Verbrennungsphasenlage (d.h. gemäß dem CA50) in Grad nach dem oberen Totpunkt. Die gewünschte Verbrennungsphasenlage kann beispielsweise ermittelt werden, indem der Klingelindex, der Emissionsindex, der COV des IMEP und der NSFC berücksichtigt werden, wie sie in 2 und 3 gezeigt sind.
4 stellt einen Bereich von anpassbaren Kraftstoffeinspritzungszeitpunkten gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar. Die Graphik 400 zeigt eine obere bzw. eine untere Grenze 410, 420 für einen anfänglichen Zeitpunkt für die eingespritzte Kraftstoffmasse. Die horizontale Achse 401 bezeichnet die Motorlast. Die vertikale Achse 402 bezeichnet den Zeitpunkt für die eingespritzte Kraftstoffmasse an einem Ende der Einspritzung (EOI) vor dem oberen Totpunkt (vor dem TDC). Die eingespritzte Kraftstoffmasse kann in einer einzigen Einspritzung geliefert werden. Die obere Grenze oder Begrenzung 410 des anfänglichen Zeitpunkts für die Kraftstoffeinspritzung umfasst die durchgezogene Profillinie 414, welche die obere Grenze 410 des anfänglichen Zeitpunkts für die Kraftstoffeinspritzung bezeichnet, wenn eine überwachte Einlass-O₂-Konzentration eine gewünschte Einlass-O₂-Konzentration erreicht, die der oberen Grenze entspricht. Die gewünschte Einlass-O₂-Konzentration wird ermittelt, um eine gewünschte Ladungszusammensetzung zum Aufrechterhalten einer gewünschten Verbrennungsphasenlage in dem Zylinder zu erreichen. Die gestrichelte Profillinie 412 bezeichnet die obere Grenze des anfänglichen Zeitpunkts für die Kraftstoffeinspritzung, wenn die überwachte Einlass-O₂-Konzentration kleiner als die gewünschte Einlass-O₂-Konzentration ist. Die gepunktete Profillinie 416 bezeichnet die obere Grenze des anfänglichen Zeitpunkts für die Kraftstoffeinspritzung, wenn die überwachte Einlass-O₂-Konzentration größer als die gewünschte Einlass-O₂-Konzentration ist oder diese überschreitet. Auf ähnliche Weise umfasst die überwachte Einlass-O₂-Konzentration bei der unteren Grenze oder Begrenzung 420 des anfänglichen Zeitpunkts für die Kraftstoffeinspritzung die durchgezogene Profillinie 424, welche die untere Grenze 420 des anfänglichen Zeitpunkts für die Kraftstoffeinspritzung bezeichnet, wenn die überwachte Einlass-O₂-Konzentration eine gewünschte Einlass-O₂-Konzentration erreicht, die der unteren Grenze entspricht. Die gestrichelte Profillinie 422 bezeichnet, dass die überwachte Einlass-O₂-Konzentration kleiner als die gewünschte Einlass-O₂-Konzentration ist. Die gepunktete Profillinie 426 bezeichnet, dass die überwachte Einlass-O₂-Konzentration größer als die gewünschte Einlass-O₂-Konzentration ist oder diese überschreitet.
Wie nachstehend unter Bezugnahme auf 6 in größerem Detail diskutiert wird, können die obere und/oder die untere Grenze oder Begrenzung des anfänglichen Zeitpunkts für die eingespritzte Kraftstoffmasse basierend auf einer Abweichung der Einlass-O₂-Konzentration angepasst werden, wobei die Abweichung der Einlass-O₂-Konzentration auf Abweichungen zwischen einer überwachten entsprechenden O₂-Konzentration aus einem vorhergehenden Verbrennungszyklus und einer entsprechenden gewünschten Einlass-O₂-Konzentration basiert. Beispielsweise können die obere und/oder die untere Grenze oder Begrenzung des anfänglichen Zeitpunkts für die eingespritzte Kraftstoffmasse nach spät verstellt werden, wenn die überwachte Einlass-O₂-Konzentration des vorhergehenden Verbrennungszyklus größer als die gewünschte Einlass-O₂-Konzentration ist oder diese überschreitet. Auf ähnliche Weise können die obere und/oder die untere Grenze oder Begrenzung des anfänglichen Zeitpunkts für die eingespritzte Kraftstoffmasse nach früh verstellt werden, wenn die überwachte Einlass-O₂-Konzentration des vorhergehenden Verbrennungszyklus kleiner als die gewünschte Einlass-O₂-Konzentration ist.
Die obere Grenze oder Begrenzung des anfänglichen Zeitpunkts für die eingespritzte Kraftstoffmasse entspricht einer jeweiligen Kurbelwinkelposition (z.B. vor dem TDC) mit einem am meisten nach früh verstellten Zeitpunkt, der zur Vermeidung eines übermäßigen Verbrennungsgeräuschs akzeptierbar ist. Das Verstellen des Zeitpunkts nach früh bezieht sich auf einen Zeitpunkt, der früher in dem Verbrennungszyklus auftritt. Die untere Grenze oder Begrenzung des anfänglichen Zeitpunkts für die eingespritzte Kraftstoffmasse entspricht einer Kurbelwinkelposition (z.B. vor dem TDC) mit einem am meisten nach spät verstellten Zeitpunkt, der zur Vermeidung einer Störung der Verbrennungsstabilität akzeptierbar ist. Das Verstellen des Zeitpunkts nach spät bezieht sich auf einen Zeitpunkt, der später in dem Verbrennungszyklus auftritt. Die Analyse der Graphik 400 zeigt, dass die obere bzw. die untere Grenze (d.h. die Begrenzung für den am meisten nach früh bzw. am meisten nach spät verstellten Zeitpunkt) 410, 420 der anfänglichen eingespritzten Kraftstoffmasse in Ansprechen auf Zunahmen in Lastübergängen (z.B. Übergängen der eingespritzten Kraftstoffmasse) zunehmend nach spät verstellt werden. Die obere und die untere Grenze des anfänglichen Zeitpunkts für die eingespritzte Kraftstoffmasse definieren einen Bereich, der ein übermäßiges Verbrennungsgeräusch bzw. eine Störung der Verbrennungsstabilität vermeidet.
5 stellt eine Graphik 500 der oberen bzw. unteren Grenze 510, 520 für einen anfänglichen Zeitpunkt für die Funkenzündung dar. Die horizontale Achse 501 bezeichnet die Motorlast. Die vertikale Achse 502 bezeichnet den Funkenzündungszeitpunkt (vor dem TDC). Die obere Grenze oder Begrenzung 510 des anfänglichen Zeitpunkts für die Funkenzündung umfasst die durchgezogene Profillinie 514, welche die obere Grenze 510 des anfänglichen Zeitpunkts für die Funkenzündung bezeichnet, wenn eine überwachte Einlass-O₂-Konzentration eine gewünschte Einlass-O₂-Konzentration erreicht, die der oberen Grenze entspricht. Die gewünschte Einlass-O₂-Konzentration wird ermittelt, um eine gewünschte Ladungszusammensetzung zum Aufrechterhalten einer gewünschten Verbrennungsphasenlage in dem Zylinder zu erreichen. Die gestrichelte Profillinie 512 bezeichnet die obere Grenze des anfänglichen Zeitpunkts für den Zündfunken, wenn die überwachte Einlass-O₂-Konzentration kleiner als die gewünschte Einlass-O₂-Konzentration ist. Die gepunktete Profillinie 516 bezeichnet die obere Grenze des anfänglichen Zeitpunkts für den Zündfunken, wenn die überwachte Einlass-O₂-Konzentration größer als die gewünschte Einlass-O₂-Konzentration ist oder diese überschreitet. Auf ähnliche Weise umfasst die überwachte Einlass-O₂-Konzentration bei der unteren Grenze oder Begrenzung 520 des anfänglichen Zeitpunkts für die Funkenzündung die durchgezogene Profillinie 524, welche die untere
Grenze 520 des anfänglichen Zeitpunkts für die Funkenzündung bezeichnet, wenn die überwachte Einlass-O₂-Konzentration eine gewünschte Einlass-O₂-Konzentration erreicht, die der untere Grenze entspricht. Die gestrichelte Profillinie 522 bezeichnet, dass die überwachte Einlass-O₂-Konzentration kleiner als die gewünschte Einlass-O₂-Konzentration 524 ist. Die gepunktete Profillinie 526 bezeichnet, dass die überwachte Einlass-O₂-Konzentration größer als die gewünschte Einlass-02-Konzentration 524 ist oder diese überschreitet.
Wie nachstehend unter Bezugnahme auf 6 in größerem Detail diskutiert wird, können die obere und/oder die untere Grenze oder Begrenzung des anfänglichen Zeitpunkts für die Funkenzündung basierend auf einer Abweichung der Einlass-O₂-Konzentration angepasst werden, wobei die Abweichung der Einlass-O₂-Konzentration basierend auf Abweichungen zwischen einer überwachten entsprechenden O₂-Konzentration von einem vorhergehenden Verbrennungszyklus und einer entsprechenden gewünschten Einlass-O₂-Konzentration basiert. Beispielsweise können die obere und/oder die untere Grenze oder Begrenzung des anfänglichen Zeitpunkts für die Funkenzündung nach spät verstellt werden, wenn die überwachte Einlass-O₂-Konzentration des vorhergehenden Verbrennungszyklus größer als die gewünschte Einlass-O₂-Konzentration ist oder diese überschreitet. Auf ähnliche Weise können die obere und/oder die untere Grenze oder Begrenzung des anfänglichen Zeitpunkts für die Funkenzündung nach früh verstellt werden, wenn die überwachte Einlass-O₂-Konzentration des vorhergehenden Verbrennungszyklus kleiner als die gewünschte Einlass-O₂-Konzentration ist.
Die obere Grenze oder Begrenzung für den anfänglichen Zeitpunkt für die Funkenzündung entspricht einer jeweiligen Kurbelwinkelposition (z.B. vor dem TDC) mit einem am meisten nach früh verstellten Zeitpunkt, der zur Vermeidung eines übermäßigen Verbrennungsgeräuschs akzeptierbar ist. Das Verstellen des Zeitpunkts nach früh bezieht sich auf einen Zeitpunkt, der früher in dem Verbrennungszyklus auftritt. Die untere Grenze oder Begrenzung für den anfänglichen Zeitpunkt für die eingespritzte Kraftstoffmasse entspricht einer Kurbelwinkelposition (z.B. vor dem TDC) mit einem am meisten nach spät verstellten Zeitpunkt, der zur Vermeidung einer Störung der Verbrennungsstabilität akzeptierbar ist. Das Verstellen des Zeitpunkts nach spät bezieht sich auf einen Zeitpunkt, der später in dem Verbrennungszyklus auftritt. Die Analyse der Graphik 500 zeigt, dass die obere bzw. die untere Grenze (d.h. die Grenze für den am meisten nach früh verstellten bzw. am meisten nach spät verstellten Zeitpunkt) 510, 520 des anfänglichen Zeitpunkts für die Funkenzündung von Motorlastübergängen unabhängig sind. Die obere und die untere Grenze oder Begrenzung des Zeitpunkts für die eingespritzte Kraftstoffmasse können vorkalibriert werden, wobei die obere und die untere Grenze des anfänglichen Zeitpunkts für die Funkenzündung einen Bereich definieren, der ein übermäßiges Verbrennungsgeräusch bzw. eine Störung der Verbrennungsstabilität vermeidet.
Die Einlass-O₂-Konzentration wird durch das AGR-Ventil 38 gesteuert. Daher steht die Einlass-O₂-Konzentration in umgekehrter Beziehung zu einem Prozentanteil oder einer Konzentration der äußeren AGR. Wie zuvor erwähnt wurde, liegt die Einlass-O₂-Konzentration in dem Einlasskrümmer 29 dann, wenn das AGR-Ventil 38 geschlossen ist, bei oder um 21 %. Wenn eine überwachte Einlass-O₂-Konzentration beispielsweise kleiner als eine gewünschte Einlass-O₂-Konzentration ist, ist ein überwachter Prozentanteil der äußeren AGR größer als ein gewünschter Prozentanteil der äußeren AGR zum Aufrechterhalten einer gewünschten Verbrennungsphasenlage. Wenn die überwachte Einlass-O₂-Konzentration kleiner als die gewünschte Einlass-O₂-Konzentration ist, ist der Prozentanteil der äußeren AGR daher zu hoch, und es tritt eine Verbrennungsphasenlage auf, die bezüglich einer gewünschten Verbrennungsphasenlage zu weit nach spät verstellt ist. Eine nach spät verstellte Verbrennungsphasenlage bezieht sich auf eine Verbrennungsphasenlage, die später in dem Verbrennungszyklus auftritt. Wenn die überwachte Einlass-O₂-Konzentration auf ähnliche Weise größer als die gewünschte Einlass-O₂-Konzentration ist oder diese überschreitet, ist der überwachte Prozentanteil der äußeren AGR kleiner als der gewünschte Prozentanteil der äußeren AGR zum Aufrechterhalten der gewünschten Verbrennungsphasenlage. Wenn die überwachte Einlass-O₂-Konzentration größer als die gewünschte Einlass-O₂-Konzentration ist, ist der Prozentanteil der äußeren AGR daher zu niedrig, und es tritt eine Verbrennungsphasenlage auf, die bezüglich einer gewünschten Verbrennungsphasenlage zu weit nach früh verstellt ist. Eine nach früh verstellte Verbrennungsphasenlage bezieht sich auf eine Verbrennungsphasenlage, die früher in den Verbrennungszyklus auftritt.
6 stellt einen Controller 600 für die Verbrennungsphasenlage zum Aufrechterhalten einer gewünschten Verbrennungsphasenlage in jedem Zylinder eines Mehrzylindermotors basierend auf angepassten Parametern zur Verbrennungsauslösung schematisch dar. Die gewünschte Verbrennungsphasenlage wird zum Aufrechterhalten akzeptierbarer Verbrennungseigenschaften ermittelt, die das Verbrennungsgeräusch, die Verbrennungseffizienz und Verbrennungsstabilität umfassen. Die Parameter zur Verbrennungsauslösung können den Zeitpunkt für die eingespritzte Kraftstoffmasse (d.h. den Einspritzungszeitpunkt) und den Zeitpunkt für die Funkenzündung (d.h. den Zündfunkenzeitpunkt) umfassen. Der Controller 600 für die Verbrennungsphasenlage ist dem Steuermodul 5 zugeordnet und umfasst einen Controller 630 für den Zeitpunkt der eingespritzten Kraftstoffmasse und einen Controller 632 für den Zeitpunkt der Funkenzündung. Der Controller 630 für den Zeitpunkt der eingespritzten Kraftstoffmasse ermittelt einen angepassten Zeitpunkt für die eingespritzte Kraftstoffmasse (d.h. einen angepassten Einspritzungszeitpunkt) 624 zum Aufrechterhalten einer gewünschten Verbrennungsphasenlage (d.h. eines gewünschten CA50). Der Controller 632 für den Zündfunkenzeitpunkt ermittelt einen angepassten Zeitpunkt für die Funkenzündung (d.h. einen angepassten Zündfunkenzeitpunkt) 648 zum Aufrechterhalten der gewünschten Verbrennungsphasenlage. Es ist einzusehen, dass der angepasste Zeitpunkt für die Einspritzung bzw. der angepasste Zeitpunkt für den Zündfunken 624, 648 in Verbindung miteinander verwendet werden können, um die überwachte Verbrennungsphasenlage zu steuern, damit diese in Richtung der gewünschten Verbrennungsphasenlage konvergiert. Der angepasste Zeitpunkt für die Einspritzung 624 kann hauptsächlich verwendet werden, um die überwachte Verbrennungsphasenlage zu steuern, damit diese in Richtung der gewünschten Verbrennungsphasenlage konvergiert, wenn der Motor in dem Modus mit gesteuerter Selbstzündung betrieben wird. Der angepasste Zeitpunkt für den Zündfunken 648 kann hauptsächlich verwendet werden, um die überwachte Verbrennungsphasenlage zu steuern, damit diese in Richtung der gewünschten Verbrennungsphasenlage konvergiert, wenn der Motor mit einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis mit funkenunterstützter Zündung betrieben wird. Die eingespritzte Kraftstoffmasse kann unter allen Betriebsbedingungen in einer einzigen Einspritzung an jeden Zylinder geliefert werden. Es ist einzusehen, dass die Verbrennungsphasenlage durch den CA50 angegeben werden kann, der einer Kurbelwinkelposition nach dem TDC entspricht, bei der 50 % der Luft-Kraftstoffladung verbrannt sind. Der CA50 kann für jeden Zylinder während jedes Verbrennungszyklus überwacht werden. Das Ventil 38 für die äußere AGR wird eingestellt, um die Einlass-O₂-Konzentration in den Motor zu steuern.
Der Controller 630 für den Zeitpunkt der eingespritzten Kraftstoffmasse umfasst Einheiten 608, 610 für die obere bzw. die untere Grenze des Zeitpunkts, eine Korrektureinheit 616 und ein Einspritzungs-Interpolationsmodul (IIM) 622. Motorbetriebsparameter 602 werden in ein Einspritzungs-Zeitpunktmodul (ITM) 604 eingegeben, und es wird ein anfänglicher Zeitpunkt 606 für die eingespritzte Kraftstoffmasse durch den Controller 630 für den Zeitpunkt der eingespritzten Kraftstoffmasse ermittelt und überwacht. Die Motorbetriebsparameter 602 können eine gewünschte Motordrehzahl, eine gewünschte eingespritzte Kraftstoffmasse und/oder eine gewünschte Motorlast in Ansprechen auf eine Drehmomentanforderung umfassen. Wie zuvor erwähnt wurde, kann die Drehmomentanforderung auf eine Bedienereingabe ansprechen (z.B. mittels des Gaspedals und des Bremspedals), oder es kann die Drehmomentanforderung auf eine Autostartbedingung ansprechen, die durch das Steuermodul 5 überwacht wird. Der anfängliche Zeitpunkt 606 für die eingespritzte Kraftstoffmasse wird in jede von den Einheiten 608, 610 für die obere bzw. die untere Grenze des Zeitpunkts eingegeben. Basierend auf einer oberen Korrektur 607 und dem anfänglichen Zeitpunkt 606 für die eingespritzte Kraftstoffmasse gibt die Einheit 608 für die obere Grenze des Zeitpunkts eine obere Grenze 618 für den anfänglichen Zeitpunkt 606 der eingespritzten Kraftstoffmasse aus. Auf ähnliche Weise gibt die Einheit 610 für die untere Grenze des Zeitpunkts basierend auf einer unteren Korrektur 611 und dem anfänglichen Zeitpunkt 606 für die eingespritzte Kraftstoffmasse eine untere Grenze 613 für den anfänglichen Zeitpunkt 606 der eingespritzten Kraftstoffmasse aus. Die obere bzw. die untere Korrektur 607, 611 können auf den Motorbetriebsparametern 602 basieren. Die obere Grenze 618 entspricht einer Kurbelwinkelposition mit einem am meisten nach früh verstellten Zeitpunkt, der zur Vermeidung eines übermäßigen Verbrennungsgeräuschs akzeptierbar ist. Die obere Grenze 618 kann als eine Grenze für einen am meisten nach früh verstellten Zeitpunkt bezeichnet werden. Die untere Grenze 613 entspricht einer Kurbelwinkelposition mit einem am meisten nach spät verstellten Zeitpunkt, der zur Vermeidung einer Störung der Verbrennungsstabilität akzeptierbar ist. Die untere Grenze oder Begrenzung 613 kann als eine Grenze für einen am meisten nach spät verstellten Zeitpunkt bezeichnet werden. Die untere Grenze 613 wird in die Korrektureinheit 616 eingegeben. Unter Verwendung eines Signals 615, das auf einer Abweichung der Einlass-02-Konzentration basiert, kann die Korrektureinheit 616 die untere Grenze 613 anpassen, um eine angepasste untere Grenze 620 des anfänglichen Zeitpunkts 606 für die eingespritzte Kraftstoffmasse auszugeben. Die Abweichung der Einlass-O₂-Konzentration basiert auf Abweichungen zwischen einer überwachten Einlass-O₂-Konzentration von einem vorhergehenden Verbrennungszyklus und einer gewünschten Einlass-O₂-Konzentration. Die gewünschte Einlass-O₂-Konzentration wird ermittelt, um eine gewünschte Ladungszusammensetzung zum Aufrechterhalten einer gewünschten Verbrennungsphasenlage in dem Zylinder zu erreichen. Daher unterstützt die angepasste untere Grenze 620 ein schnelles Erreichen der gewünschten Verbrennungsphasenlage, indem Abweichungen der Einlass-O₂-Konzentration kompensiert werden. Der Controller 630 für den Zeitpunkt der eingespritzten Kraftstoffmasse ist nicht auf das Anpassen der unteren Grenze 613 beschränkt und kann eine ähnliche Korrektureinheit zum Anpassen der oberen Grenze 618 basierend auf der Abweichung der Einlass-O₂-Konzentration umfassen. Das jeweilige Anpassen der entsprechenden oberen und/oder unteren Grenze oder Begrenzung 618, 613 basierend auf der Abweichung der Einlass-O₂-Konzentration wird vorstehend unter Bezugnahme auf 4 diskutiert, und es wird hierin nicht weiter diskutiert. Die obere Grenze 618 und die angepasste untere Grenze 620 werden in das IIM 622 eingegeben, um mit einem begrenzten Steuersignal 638 verglichen und interpoliert zu werden, das einer Abweichung 634 der Verbrennungsphasenlage entspricht, um dadurch den angepassten Zeitpunkt 624 für die eingespritzte Kraftstoffmasse zu ermitteln, der zum Steuern der Verbrennungsphasenlage verwendet wird, damit diese in Richtung der gewünschten Verbrennungsphasenlage konvergiert.
Der Controller 632 für den Zeitpunkt der Funkenzündung umfasst eine Korrektureinheit 617 und ein Zündfunken-Interpolationsmodul (SIM) 646. Eine obere bzw. untere Grenze oder Begrenzung 642, 640 für den anfänglichen Zeitpunkt der Funkenzündung werden in den Controller 632 für den Zeitpunkt der Funkenzündung eingegeben und durch diesen überwacht. Die obere bzw. untere Grenze oder Begrenzung 642, 640 für den anfänglichen Zeitpunkt der Funkenzündung können entweder von Motorbetriebsparametern abhängen oder unabhängig von diesen vorkalibriert sein, welche die gewünschte Motordrehzahl, die gewünschte eingespritzte Kraftstoffmasse und/oder die gewünschte Motorlast umfassen. Die obere bzw. untere Grenze oder Begrenzung 642, 640 des anfänglichen Zeitpunkts für die Funkenzündung können einen Bereich definieren, der ein übermäßiges Verbrennungsgeräusch bzw. eine Störung der Verbrennungsstabilität vermeidet. Die anfängliche obere Grenze oder Begrenzung 642 entspricht einer Kurbelwinkelposition mit einem am meisten nach früh verstellten Zeitpunkt, der zur Vermeidung eines übermäßigen Verbrennungsgeräuschs akzeptierbar ist. Die anfängliche obere Grenze oder Begrenzung 642 kann als Grenze für einen am meisten nach früh verstellten Zeitpunkt bezeichnet werden. Die anfängliche untere Grenze oder Begrenzung 640 entspricht einer Kurbelwinkelposition mit einem am meisten nach spät verstellten Zeitpunkt, der zur Vermeidung einer Störung der Verbrennungsstabilität akzeptierbar ist. Die anfängliche untere Grenze oder Begrenzung 640 kann als eine Grenze für einen am meisten nach spät verstellten Zeitpunkt bezeichnet werden. Bei einer alternativen Ausführungsform können die anfängliche obere bzw. untere Grenze oder Begrenzung 642, 640 auf eine ähnliche Weise auf Motorbetriebsparametern basieren wie der Controller 630 für den Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung. Die anfängliche untere Grenze oder Begrenzung 640 wird in die Korrektureinheit 617 eingegeben. Unter Verwendung des Signals 615, das auf der Abweichung der Einlass-O₂-Konzentration basiert, kann die Korrektureinheit 617 die anfängliche untere Grenze oder Begrenzung 640 anpassen, um eine angepasste untere Grenze oder Begrenzung 644 auszugeben. Der Controller 632 für den Zeitpunkt der Funkenzündung ist nicht auf das Anpassen der anfänglichen unteren Grenze oder Begrenzung 640 beschränkt und kann eine ähnliche Korrektureinheit zum Anpassen der oberen anfänglichen Grenze oder Begrenzung 642 basierend auf der Abweichung der Einlass-O₂-Konzentration umfassen. Das jeweilige Anpassen der entsprechenden anfänglichen oberen und/oder unteren Grenze oder Begrenzung 640, 642 basierend auf einer Abweichung der Einlass-O₂-Konzentration wird vorstehend unter Bezugnahme auf 5 diskutiert, und es wird hierin nicht weiter diskutiert. Die anfängliche obere Grenze oder Begrenzung 642 und die angepasste untere Grenze oder Begrenzung 644 werden in das SIM 646 eingegeben, um mit dem begrenzten Steuersignal 638 verglichen und interpoliert zu werden, das der Abweichung 634 der Verbrennungsphasenlage entspricht, um dadurch den angepassten Zeitpunkt 648 für die Funkenzündung zu ermitteln, der zum Steuern der Verbrennungsphasenlage verwendet wird, damit diese in Richtung einer gewünschten Verbrennungsphasenlage konvergiert.
In Betracht gezogene Ausführungsformen umfassen, dass die Abweichung 634 für die Verbrennungsphasenlage mit jedem von dem anfänglichen Zeitpunkt für die eingespritzte Kraftstoffmasse (d.h. mit der oberen Grenze oder Begrenzung 618 und der angepassten unteren Grenze oder Begrenzung 620) und dem anfänglichen Zündfunkenzeitpunkt (z.B. mit der unteren Grenze oder Begrenzung 642 oder der angepassten unteren Grenze oder Begrenzung 644) verglichen wird und dass angepasste Zeitpunkte 624, 648 für die eingespritzte Kraftstoffmasse bzw. die Funkenzündung basierend auf dem Vergleich ermittelt werden, um die gewünschte Verbrennungsphasenlage aufrecht zu erhalten. Speziell werden die anfänglichen Zeitpunkte für die Auslösung der Verbrennung, die Grenzen für den an meisten nach früh verstellten und den am meisten nach spät verstellten Zeitpunkt aufweisen, mit dem begrenzten Steuersignal 638 interpoliert, um angepasste Zeitpunkte für die Verbrennungsauslösung zu ermitteln (d.h. angepasste Zeitpunkte 624, 648 für die eingespritzte Kraftstoffmasse bzw. die Funkenzündung) und um die angepassten Zeitpunkte für die Verbrennungsauslösung zu verwenden, um die überwachte Verbrennungsphasenlage zu steuern, damit diese in Richtung der gewünschten Verbrennungsphasenlage konvergiert, wobei die gewünschte Verbrennungsphasenlage zum Aufrechterhalten akzeptierbarer Verbrennungseigenschaften ermittelt wird, die das Verbrennungsgeräusch, die Verbrennungseffizienz und die Verbrennungsstabilität umfassen.
Die Abweichung 634 der Verbrennungsphasenlage basiert auf Abweichungen zwischen einer überwachten Verbrennungsphasenlage aus einem vorhergehenden Verbrennungszyklus und der gewünschten Verbrennungsphasenlage. Die Abweichung 634 der Verbrennungsphasenlage wird in ein Steuersignalmodul 636 eingegeben und durch dieses überwacht, um das begrenzte Steuersignal zu erzeugen. Das begrenzte Steuersignal 638 wird innerhalb eines Bereichs begrenzt, der eine obere Grenze, die einer überwachten Verbrennungsphasenlage aus einem vorhergehenden Verbrennungszyklus entspricht, die früher als die gewünschte Verbrennungsphasenlage auftritt, und eine untere Grenze umfasst, die der überwachten Verbrennungsphasenlage aus dem vorhergehenden Verbrennungszyklus entspricht, die später als die gewünschte Verbrennungsphasenlage auftritt. Mit anderen Worten wird das begrenzte Steuersignal 638 durch eine obere und eine untere Grenze definiert, wobei die untere Grenze der überwachten Verbrennungsphasenlage bei einer am meisten nach spät verstellten Kurbelwinkelposition bezüglich der gewünschten Verbrennungsphasenlage entspricht und die obere Grenze der überwachten Verbrennungsphasenlage bei einer am meisten nach früh verstellten Kurbelwinkelposition bezüglich der gewünschten Verbrennungsphasenlage entspricht. Gemäß einem nicht einschränkenden Beispiel sind die obere und die untere Grenze „1“ bzw. „0“. In dem IIM 622 und dem SIM 646 werden die jeweilige obere und untere Grenze für jeden von dem anfänglichen Zeitpunkt für die eingespritzte Kraftstoffmasse und dem anfänglichen Zeitpunkt für die Funkenzündung basierend auf dem begrenzten Steuersignal 638 interpoliert, das der Abweichung 634 der Verbrennungsphasenlage zugeordnet ist. Beispielsweise werden die angepassten Zeitpunkte 624 und 648 für die Verbrennungsauslösung gemäß der Abweichung der Verbrennungsphasenlage (d.h. gemäß dem begrenzten Steuersignal) in Richtung der jeweiligen Grenzen für den am meisten nach spät verstellten Zeitpunkt nach spät verstellt, entsprechend einem Betrag, um den die überwachte Verbrennungsphasenlage aus dem vorhergehenden Verbrennungszyklus bezüglich der gewünschten Verbrennungsphasenlage nach früh verstellt ist. Daher wird die überwachte Verbrennungsphasenlage nach spät verstellt, um basierend darauf in Richtung der gewünschten Verbrennungsphasenlage zu konvergieren, dass die Zeitpunkte für die Verbrennungsauslösung gemäß der Abweichung der Verbrennungsphasenlage (z.B. gemäß dem begrenzten Steuersignal) in Richtung der entsprechenden Grenzen für den am meisten nach spät verstellten Zeitpunkt nach spät verstellt werden. Auf ähnliche Weise werden die angepassten Zeitpunkte 624 und 648 für die Verbrennungsauslösung gemäß der Abweichung der Verbrennungsphasenlage (d.h. gemäß dem begrenzten Steuersignal) in Richtung der jeweiligen Grenzen für den am meisten nach früh verstellten Zeitpunkt nach früh verstellt, entsprechend einem Betrag, um den die überwachte Verbrennungsphasenlage aus dem vorhergehenden Verbrennungszyklus bezüglich der gewünschten Verbrennungsphasenlage nach spät verstellt ist. Daher wird die überwachte Verbrennungsphasenlage nach früh verstellt, um basierend darauf in Richtung der gewünschten Verbrennungsphasenlage zu konvergieren, dass die Zeitpunkte für die Verbrennungsauslösung gemäß der Abweichung der Verbrennungsphasenlage (z.B. gemäß dem begrenzten Steuersignal) in Richtung ihrer entsprechenden Grenzen für den am meisten nach früh verstellten Zeitpunkt nach früh verstellt werden.
7 stellt graphisch experimentelle und abgeleitete Daten von einem beispielhaften Motor gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch dar, und sie zeigt Diagramme für die eingespritzte Kraftstoffmasse 701, den IMEP 703, das Luft-Kraftstoffverhältnis 705, den verbrannten Anteil des Einlassgases 707, den Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt (die Kurbelwinkelposition des Endes der Einspritzung (EOI) in Grad vor dem oberen Totpunkt) 709, den Funkenzündungszeitpunkt (die Kurbelwinkelposition in Grad vor dem oberen Totpunkt) 711 und den CA50 (d.h. die Kurbelwinkelposition in Grad nach dem oberen Totpunkt, bei der 50 % der Kraftstoffmasse verbrannt sind) 712. Die horizontale Achse bezeichnet eine Anzahl von Motorereignissen für die Diagramme 701, 703, 705, 707, 709, 711 und 712. Das Diagramm 701 für die eingespritzte Kraftstoffmasse umfasst eine Profillinie 700, welche die überwachte eingespritzte Kraftstoffmasse während der Motorereignisse angibt. Das Diagramm 703 für den IMEP umfasst eine Profillinie 702, die den überwachten IMEP während der Motorereignisse angibt. Das Diagramm 705 für das Luft-Kraftstoffverhältnis umfasst eine Profillinie 704, die ein überwachtes Luft-Kraftstoffverhältnis angibt, und eine gestrichelte Linie 706, die ein gewünschtes Luft-Kraftstoffverhältnis angibt. Der verbrannte Anteil des Einlassgases 707 umfasst eine Profillinie 708, die den überwachten verbrannten Anteil des Einlassgases angibt, und eine gestrichelte Linie 710, die einen gewünschten verbrannten Anteil des Einlassgases angibt. Das Diagramm 709 für den Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt umfasst eine Profillinie 713, die Anpassungen für den Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt gemäß der Verwendung des Controllers 600 für die Verbrennungsphasenlage von 6 angibt. Das Diagramm 711 für den Funkenzündungszeitpunkt umfasst eine Profillinie 714, die Anpassungen für den Funkenzündungszeitpunkt gemäß der Verwendung des Controllers 600 für die Verbrennungsphasenlage von 6 angibt. Das Diagramm 712 für den CA50 umfasst eine Profillinie 716, die den überwachten CA50 während der Motorereignisse angibt, und eine gestrichelte Linie 718, die den gewünschten CA50 während der Motorereignisse angibt. Es ist einzusehen, dass die Profillinien 704, 708 und 716 eine minimale Abweichung oder einen minimalen Fehler bezüglich der entsprechenden gestrichelten Linien 706, 710 und 718 demonstrieren.

Claims

Verfahren zum Steuern der Verbrennung in einem Verbrennungsmotor (10) mit Funkenzündung und Direkteinspritzung, der einen Controller, ein Funkenzündungssystem (26) und eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung (28) aufweist, umfassend, dass: ein anfänglicher Zeitpunkt für das Einspritzen einer Kraftstoffmasse und ein anfänglicher Zeitpunkt für eine Funkenzündung vorgesehen werden; eine jeweilige obere Begrenzung für jeden von dem anfänglichen Zeitpunkt für das Einspritzen der Kraftstoffmasse und dem anfänglichen Zeitpunkt für die Funkenzündung bei einer gewünschten Motorlast vorgesehen wird, wobei die jeweilige obere Begrenzung einer jeweiligen Kurbelwinkelposition mit einem am meisten nach früh verstellten Zeitpunkt entspricht, der zur Vermeidung eines übermäßigen Verbrennungsgeräuschs akzeptierbar ist; eine jeweilige untere Begrenzung für jeden von dem anfänglichen Zeitpunkt für das Einspritzen der Kraftstoffmasse und dem anfänglichen Zeitpunkt für die Funkenzündung bei der gewünschten Motorlast vorgesehen wird, wobei die jeweilige untere Begrenzung einer jeweiligen Kurbelwinkelposition mit einem am meisten nach spät verstellten Zeitpunkt entspricht, der zur Vermeidung einer Störung der Verbrennungsstabilität akzeptierbar ist; die jeweilige obere Begrenzung und/oder die jeweilige untere Begrenzung für jeden von dem anfänglichen Zeitpunkt für das Einspritzen der Kraftstoffmasse und dem anfänglichen Zeitpunkt für die Funkenzündung basierend auf einer Abweichung einer Einlass-O₂-Konzentration angepasst werden, wobei die Abweichung der Einlass-O₂-Konzentration auf einer überwachten Einlass-O₂-Konzentration eines vorhergehenden Verbrennungszyklus und einer gewünschten Einlass-O₂-Konzentration basiert; eine Abweichung (634) einer Verbrennungsphasenlage basierend auf Abweichungen zwischen einer überwachten Verbrennungsphasenlage eines vorhergehenden Verbrennungszyklus und einer gewünschten Verbrennungsphasenlage überwacht wird; ein begrenztes Steuersignal (638) erzeugt wird, das der überwachten Abweichung (634) der Verbrennungsphasenlage zugeordnet ist und durch eine obere sowie eine untere Begrenzung definiert ist; ein angepasster Zeitpunkt (624) für die eingespritzte Kraftstoffmasse ermittelt wird, was umfasst, dass zwischen der oberen Begrenzung und der unteren Begrenzung für den anfänglichen Zeitpunkt für das Einspritzen der Kraftstoffmasse basierend auf der oberen und der unteren Begrenzung des erzeugten begrenzten Steuersignals (638) interpoliert wird, welches der überwachten Abweichung (634) der Verbrennungsphasenlage zugeordnet ist; ein angepasster Zeitpunkt (648) für die Funkenzündung ermittelt wird, was umfasst, dass zwischen der oberen Begrenzung und der unteren Begrenzung für den anfänglichen Zeitpunkt für die Funkenzündung basierend auf der oberen und der unteren Begrenzung des erzeugten begrenzten Steuersignals (638) interpoliert wird, welches der überwachten Abweichung (634) der Verbrennungsphasenlage zugeordnet ist; und das Funkenzündungssystem (26) und die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (28) mit dem ermittelten angepassten Zeitpunkt (624) für das Einspritzen der Kraftstoffmasse und dem ermittelten angepassten Zeitpunkt (648) für die Funkenzündung gesteuert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der anfängliche Zeitpunkt für das Einspritzen der Kraftstoffmasse eine Kurbelwinkelposition an einem Ende der Einspritzung umfasst, wobei die anfängliche eingespritzte Kraftstoffmasse in einer einzigen Einspritzung geliefert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Anpassen der jeweiligen oberen Begrenzung und/oder der jeweiligen unteren Begrenzung für jeden von dem anfänglichen Zeitpunkt für das Einspritzen der Kraftstoffmasse und dem anfänglichen Zeitpunkt für die Funkenzündung basierend auf der Abweichung der Einlass-O₂-Konzentration umfasst, dass: die jeweilige obere Begrenzung und/oder die jeweilige untere Begrenzung für jeden von dem anfänglichen Zeitpunkt für das Einspritzen der Kraftstoffmasse und dem anfänglichen Zeitpunkt für die Funkenzündung nach spät verstellt werden, wenn die überwachte Einlass-O₂-Konzentration des vorhergehenden Verbrennungszyklus die gewünschte Einlass-O₂-Konzentration überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Anpassen der jeweiligen oberen Begrenzung und/oder der jeweiligen unteren Begrenzung für jeden von dem anfänglichen Zeitpunkt für das Einspritzen der Kraftstoffmasse und dem anfänglichen Zeitpunkt für die Funkenzündung basierend auf der Abweichung der Einlass-O₂-Konzentration umfasst, dass: die jeweilige obere Begrenzung und/oder die jeweilige untere Begrenzung für jeden von dem anfänglichen Zeitpunkt für das Einspritzen der Kraftstoffmasse und dem anfänglichen Zeitpunkt für die Funkenzündung nach früh verstellt werden, wenn die überwachte Einlass-O₂-Konzentration des vorhergehenden Verbrennungszyklus kleiner als die gewünschte Einlass-O₂-Konzentration ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Erzeugen des begrenzten Steuersignals (638), das der überwachten Abweichung (634) der Verbrennungsphasenlage zugeordnet ist, umfasst, dass: das begrenzte Steuersignal (638) innerhalb eines Bereichs liegt, der eine obere Grenze, die einer überwachten Verbrennungsphasenlage aus dem vorhergehenden Verbrennungszyklus entspricht, die früher als die gewünschte Verbrennungsphasenlage auftritt, und eine untere Grenze umfasst, die der überwachten Verbrennungsphasenlage aus dem vorhergehenden Verbrennungszyklus entspricht, die später als die gewünschte Verbrennungsphasenlage auftritt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Vorsehen eines anfänglichen Zeitpunkts für das Einspritzen der Kraftstoffmasse und eines anfänglichen Zeitpunkts für die Funkenzündung umfasst, dass eine obere und eine untere Begrenzung des anfänglichen Zeitpunkts für das Einspritzen der Kraftstoffmasse basierend auf einer Motordrehzahl und einer gewünschten eingespritzten Kraftstoffmasse vorgesehen werden, wobei die obere und die untere Begrenzung des anfänglichen Zeitpunkts für das Einspritzen der Kraftstoffmasse einen Bereich definieren, der ein übermäßiges Verbrennungsgeräusch und eine Störung der Verbrennungsstabilität vermeidet.
Verfahren zum Steuern der Verbrennung in einem Verbrennungsmotor mit Funkenzündung und Direkteinspritzung, der einen Controller, ein Funkenzündungssystem und eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung (28) aufweist, umfassend, dass: anfängliche Zeitpunkte für eine Verbrennungsauslösung vorgesehen werden, die jeweils eine entsprechende Grenze für einen am meisten nach früh verstellten und einen am meisten nach spät verstellten Zeitpunkt aufweisen, umfassend, dass: anfängliche Zeitpunkte für das Einspritzen einer Kraftstoffmasse bei einer gewünschten Motorlast vorgesehen werden, die eine Grenze für einen am meisten nach früh verstellten Zeitpunkt und eine Grenze für einen am meisten nach spät verstellten Zeitpunkt aufweisen; anfängliche Zeitpunkte für eine Funkenzündung bei der gewünschten Motorlast vorgesehen werden, die eine Grenze für einen am meisten nach früh verstellten Zeitpunkt und eine Grenze für einen am meisten nach spät verstellten Zeitpunkt aufweisen; die Grenzen für einen am meisten nach spät verstellten Zeitpunkt für den anfänglichen Zeitpunkt für die eingespritzte Kraftstoffmasse und den anfänglichen Zeitpunkt für die Funkenzündung basierend auf einer Abweichung einer Einlass-O₂-Konzentration angepasst werden, wobei die Abweichung der Einlass-O₂-Konzentration auf einer überwachten Einlass-O₂-Konzentration eines vorhergehenden Verbrennungszyklus und einer gewünschten Einlass-O₂-Konzentration basiert; eine Verbrennungsphasenlage aus dem vorhergehenden Verbrennungszyklus und eine gewünschte Verbrennungsphasenlage überwacht werden, um eine Abweichung (634) der Verbrennungsphasenlage zu ermitteln; ein begrenztes Steuersignal (638) erzeugt wird, das der ermittelten Abweichung (634) der Verbrennungsphasenlage zugeordnet ist und durch eine obere sowie eine untere Begrenzung definiert ist; jeweils zwischen einer Grenze für einen am meisten nach früh verstellten Zeitpunkt und einer Grenze für einen am meisten nach spät verstellten Zeitpunkt basierend auf der oberen und der unteren Begrenzung des erzeugten begrenztes Steuersignals (638), welches der ermittelten Abweichung (634) der Verbrennungsphasenlage zugeordnet ist, interpoliert wird, um angepasste Zeitpunkte für die Verbrennungsauslösung zu ermitteln, die einen angepassten Zeitpunkt (624) für die eingespritzte Kraftstoffmasse und einen angepassten Zeitpunkt (648) für die Funkenzündung umfassen; und die angepassten Zeitpunkte für die Verbrennungsauslösung verwendet werden, um die überwachte Verbrennungsphasenlage zu steuern, damit diese gegen die gewünschte Verbrennungsphasenlage konvergiert, was umfasst, dass das Funkenzündungssystem und die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (28) mit den angepassten Zeitpunkten für die Verbrennungsauslösung gesteuert werden.