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GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft Verbrennungsmotoren und insbesondere Steuersysteme und -verfahren mit variablem Ventilhub.
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HINTERGRUND
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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.
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Fahrzeuge weisen einen Verbrennungsmotor auf, der ein Antriebsdrehmoment erzeugt. Ein Einlassventil wird selektiv geöffnet, um Luft in einen Zylinder des Motors einzuleiten. Die Luft wird mit Kraftstoff vermischt, um ein Luft/Kraftstoff-Gemisch zu bilden. Das Luft/Kraftstoff-Gemisch wird in dem Zylinder verbrannt. Ein Auslassventil werden selektiv geöffnet, um zu ermöglichen, dass das Abgas, das aus der Verbrennung resultiert, aus dem Zylinder austritt.
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Eine oder mehrere rotierende Nockenwellen regeln das Öffnen und Schließen der Einlass- und/oder Auslassventile. Die Nockenwellen weisen Nocken auf, die an den Nockenwellen befestigt sind und mit diesen rotieren. Das geometrische Profil eines Nockens bestimmt einen Ventilöffnungszeitplan. Spezieller steuert das geometrische Profil eines Nockens im Allgemeinen die Zeitdauer, für die das Ventil offen ist (eine Dauer), und den Betrag oder die Distanz, um den bzw. die das Ventil öffnet (den Hub).
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Eine variable Ventilbetätigung (VVA), die auch als ein variabler Ventilhub (VVL) bezeichnet wird, verbessert die Kraftstoffwirtschaftlichkeit, die Motoreffizienz und/oder das Leistungsverhalten, indem der Ventilhub und die Dauer als eine Funktion von Motorbetriebszuständen modifiziert werden. Zweistufige VVA-Systeme weisen VVL-Mechanismen auf, wie beispielsweise hydraulisch gesteuerte, umschaltbare Rollenschlepphebel (SRFFs). Ein SRFF, der einem Ventil zugeordnet ist (z. B. dem Einlass- oder dem Auslassventil), ermöglicht, dass das Ventil in zwei diskreten Modi angehoben wird: in einem Modus mit niedrigem Hub und in einem Modus mit hohem Hub. Der Ventilhub, der dem Modus mit hohem Hub zugeordnet ist, ist größer als der Ventilhub, der dem Modus mit niedrigem Hub zugeordnet ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein System für ein Fahrzeug umfasst ein Modussteuermodul und ein Ventilsteuermodul. Das Modussteuermodul legt einen Zündungsmodus für einen Motor selektiv auf einen Modus mit Funkenzündung (SI-Modus) oder einen Modus mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Modus) fest. In Ansprechen darauf, dass der Zündungsmodus während eines ersten Motorzyklus von dem SI-Modus in den HCCI-Modus übergeleitet wird, betreibt das Ventilsteuermodul ein Auslassventil während eines zweiten Motorzyklus in einem Modus mit hohem Hub, es betreibt ein Einlassventil während des zweiten Motorzyklus in einem Modus mit niedrigem Hub, und es betreibt das Auslass- und das Einlassventil während eines dritten Motorzyklus in einem Modus mit niedrigem Hub. Der erste Motorzyklus liegt vor dem zweiten Motorzyklus, und der zweite Motorzyklus liegt vor dem dritten Motorzyklus.
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Ein Verfahren für ein Fahrzeug umfasst: dass ein Zündungsmodus für einen Motor selektiv auf einen Modus mit Funkenzündung (SI-Modus) oder einen Modus mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Modus) festgelegt wird; und dass in Ansprechen darauf, dass der Zündungsmodus während eines ersten Motorzyklus von dem SI-Modus in den HCCI-Modus übergeleitet wird: ein Auslassventil während eines zweiten Motorzyklus in einem Modus mit hohem Hub betrieben wird; ein Einlassventil während des zweiten Motorzyklus in einem Modus mit niedrigem Hub betrieben wird; und das Auslass- sowie das Einlassventil während eines dritten Motorzyklus in dem Modus mit niedrigem Hub betrieben werden. Der erste Motorzyklus liegt vor dem zweiten Motorzyklus, und der zweite Motorzyklus liegt vor dem dritten Motorzyklus.
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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 vorliegenden Offenbarung nicht einschränken sollen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Offenbarung wird anhand der ausführlichen Beschreibung und der begleitenden Zeichnungen verständlicher werden, wobei:
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1A ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsystems gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
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1B ein Diagramm eines beispielhaften Systems mit variablem Ventilhub (WL-Systems) gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
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2 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsteuersystems gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
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3 eine beispielhafte Graphik des Ventilhubs als eine Funktion der Kurbelwellenposition während des Betriebs in einem Modus mit Funkenzündung (SI-Modus) ist;
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4 eine beispielhafte Graphik des Ventilhubs als eine Funktion der Kurbelwellenposition während des Betriebs in einem Modus mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Modus) ist;
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5 eine beispielhafte Graphik des Ventilhubs als eine Funktion der Kurbelwellenposition während eines Übergangs von einem Betrieb im SI-Modus in einen Betrieb im HCCI-Modus ist; und
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6 ein Flussdiagramm ist, das ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern eines Ventilhubs für einen Übergang vom SI-Modus zum HCCI-Modus gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Ein Motor verbrennt ein Luft/Kraftstoff-Gemisch, um ein Antriebsdrehmoment zu erzeugen. Die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemischs in dem Motor kann auf eine oder mehrere Weisen ausgelöst werden. Beispielsweise kann während des Betriebs des Motors in einem Modus mit Funkenzündung (SI-Modus) ein Zündfunken, der durch Zündkerzen erzeugt wird, das Luft/Kraftstoff-Gemisch zünden. Während des Betriebs des Motors in einem Modus mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Modus) können die Zündkerzen deaktiviert sein, und die Wärme durch die Kompression kann das Luft/Kraftstoff-Gemisch zünden.
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Im Allgemeinen werden Einlass- und Auslassventile des Motors während des Betriebs in dem SI-Modus in einem Modus mit hohem Hub betrieben. Während des Betriebs in dem HCCI-Modus werden die Einlass- und die Auslassventile in einem Modus mit niedrigem Hub betrieben. Die Einlass- und die Auslassventile werden in dem Modus mit hohem Hub um erste vorbestimmte Distanzen (z. B. in Millimetern) geöffnet, und sie werden in dem Modus mit niedrigem Hub um zweite vorbestimmte Distanzen geöffnet. Die ersten vorbestimmten Distanzen sind jeweils größer als die zweiten vorbestimmten Distanzen.
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Wenn der Betrieb des Motors von dem SI-Modus in den HCCI-Modus übergeleitet wird, könnten die Einlass- und die Auslassventile von einem Motorzyklus zum nächsten Motorzyklus von dem Modus mit hohem Hub in den Modus mit niedrigem Hub übergeleitet werden. Wenn die Einlass- und die Auslassventile von dem Modus mit hohem Hub in den Modus mit niedrigem Hub übergeleitet werden, kann jedoch die Menge an restlichem Abgas groß sein, die während des nächsten Motorzyklus in den Zylindern des Motors bleibt. Die Wärme aus dem Abgas kann während des nächsten Motorzyklus eine frühere Zündung als gewünscht bewirken. Zusätzlich verdrängt das Abgas Frischluft, die ansonsten während des nächsten Motorzyklus in die Zylinder eingelassen werden könnte. Das Abgas kann daher eine Verringerung der Motordrehmomentausgabe während des nächsten Motorzyklus und/oder ein Motorklopfen bewirken. Da weniger Frischluft für die Verbrennung mit Kraftstoff verfügbar ist, kann das resultierende Abgas zusätzlich reich an Kraftstoff sein.
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Ein Motorsteuermodul (ECM) steuert den Betrieb der Einlass- und der Auslassventile. Wenn ein Übergang von dem SI-Modus zu dem HCCI-Modus angewiesen wird, betreibt das ECM der vorliegenden Offenbarung für zumindest einen Motorzyklus zwischen dem Betrieb in dem SI-Modus und dem Betrieb in dem HCCI-Modus die Auslassventile in dem Modus mit hohem Hub und die Einlassventile in dem Modus mit niedrigem Hub. Nachdem für zumindest einen Motorzyklus die Auslassventile in dem Modus mit hohem Hub und die Einlassventile in dem Modus mit niedrigem Hub betrieben werden, leitet das ECM die Auslassventile für den Betrieb in dem HCCI-Modus in den Modus mit niedrigem Hub über, und es betreibt die Einlassventile in dem Modus mit niedrigem Hub.
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Nun auf 1A Bezug nehmend, ist ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Fahrzeugsystems 100 dargestellt. Ein Motor 102 erzeugt ein Drehmoment für ein Fahrzeug. Luft wird durch einen Einlasskrümmer 104 in den Motor 102 eingelassen. Die Luftströmung in den Einlasskrümmer 104 kann durch ein Drosselventil 106 variiert werden. Ein Drossel-Aktuatormodul 108 (z. B. ein elektronischer Drosselcontroller) steuert das Öffnen des Drosselventils 106. Eine oder mehrere Kraftstoffeinspritzeinrichtungen, wie beispielsweise eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung 110, mischen Kraftstoff mit der Luft, um ein verbrennbares Luft/Kraftstoff-Gemisch zu bilden. Ein Kraftstoff-Aktuatormodul 112 steuert die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen.
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Ein Zylinder 114 weist einen Kolben (nicht gezeigt) auf, der mit einer Kurbelwelle 116 gekoppelt ist. Obwohl der Motor 102 derart dargestellt ist, dass er nur den Zylinder 114 aufweist, kann der Motor 102 mehr als einen Zylinder aufweisen. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen können den Kraftstoff direkt in die Zylinder oder an einem anderen geeigneten Ort einspritzen. Ein Verbrennungszyklus des Zylinders 114 kann vier Takte umfassen: einen Einlasstakt, einen Kompressionstakt, einen Expansionstakt und einen Auslasstakt. Während einer Umdrehung der Kurbelwelle 116 (d. h. 360 Grad der Kurbelwellendrehung) können zwei der vier Takte auftreten. Ein Motorzyklus umfasst, dass jeder der Zylinder einen Verbrennungszyklus durchläuft. Ein Motorzyklus tritt über zwei Umdrehungen der Kurbelwelle 116 auf (d. h. über 720 Grad der Kurbelwellendrehung).
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Auch auf 1B Bezug nehmend, wird der Kolben während des Einlasstakts bis zu einer untersten Position abgesenkt, und Luft sowie Kraftstoff können an den Zylinder 114 geliefert werden. Die unterste Position kann als eine untere Totpunktposition (BDC-Position) bezeichnet werden. Die Luft tritt durch ein oder mehrere Einlassventile, die dem Zylinder 114 zugeordnet sind, in den Zylinder 114 ein, wie beispielsweise durch ein Einlassventil 118. Ein oder mehrere Auslassventile, wie beispielsweise ein Auslassventil 120, sind ebenso dem Zylinder 114 zugeordnet. Lediglich zu Zwecken der Veranschaulichung werden nur das Einlassventil 118 und das Auslassventil 120 diskutiert.
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Während des Kompressionstakts treibt die Kurbelwelle 116 den Kolben in Richtung einer obersten Position. Die oberste Position kann als eine obere Totpunktposition (TDC-Position) bezeichnet werden. Das Einlassventil 118 und das Auslassventil 120 sind während des Kompressionstakts beide geschlossen, und der Kolben komprimiert die Inhalte des Zylinders 114. Eine Zündkerze 122 kann das Luft/Kraftstoff-Gemisch während des Betriebs des Motors 102 in einem Modus mit Funkenzündung (SI-Modus) zünden. Ein Zündfunken-Aktuatormodul 124 steuert die Zündkerze 122. Die Wärme aus der Kompression kann das Luft/Kraftstoff-Gemisch während des Betriebs des Motors 102 in einem Modus mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Modus) zünden.
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Die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemischs treibt den Kolben während des Expansionstakts wieder zurück in Richtung der BDC-Position. Der Kolben treibt die Kurbelwelle 116 an. Die Rotationskraft (d. h. das Drehmoment) an der Kurbelwelle 116 aufgrund der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemischs kann eine Quelle der Kompressionskraft für einen Kompressionstakt eines Verbrennungszyklus eines nächsten Zylinders in einer vorbestimmten Zündreihenfolge der Zylinder sein.
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Das Abgas, das aus der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemischs resultiert, wird während des Auslasstakts aus dem Zylinder 114 ausgestoßen. Das Abgas wird mittels des Auslassventils 120 aus dem Zylinder 114 ausgestoßen. Obgleich der Motor 102 als ein Viertaktmotor beschrieben ist, kann der Motor 102 ein beliebiger anderer Typ eines Motors sein, der sowohl in dem SI-Modus als auch in dem HCCI-Modus betrieben werden kann.
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Der Zeitpunkt des Öffnens und des Schließens des Einlassventils 118 wird durch eine Einlassnockenwelle 126 geregelt. Eine Einlassnockenwelle, wie beispielsweise die Einlassnockenwelle 126, kann für jede Reihe von Zylindern des Motors 102 vorgesehen sein. Der Zeitpunkt des Öffnens und des Schließens des Auslassventils 120 wird durch eine Auslassnockenwelle 127 geregelt. Eine Aulassnockenwelle kann für jede Reihe von Zylindern des Motors 102 vorgesehen sein. Die Drehung der Einlassnockenwelle(n) und der Auslassnockenwelle(n) wird im Allgemeinen durch die Drehung der Kurbelwelle 116 angetrieben, beispielsweise durch einen Riemen oder eine Kette.
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Ein Nockenphasensteller regelt die Drehung einer zugeordneten Nockenwelle. Lediglich beispielhaft kann ein Einlass-Nockenphasensteller 128 die Drehung der Einlassnockenwelle 126 regeln. Der Einlass-Nockenphasensteller 128 kann die Drehung der Einlassnockenwelle 126 beispielsweise bezogen auf die Drehung der Kurbelwelle 116, bezogen auf eine Position des Kolbens, bezogen auf eine andere Nockenwelle usw. einstellen. Lediglich beispielhaft kann der Einlass-Nockenphasensteller 128 die Drehung der Einlassnockenwelle 126 nach spät oder nach früh verstellen, wodurch der Öffnungs- und der Schließzeitpunkt des Einlassventils 118 verändert werden. Ein Auslass-Nockenphasensteller 129 kann die Drehung der Auslassnockenwelle 127 regeln. Das Anpassen der Drehung einer Nockenwelle bezogen auf die Drehung der Kurbelwelle 116 kann als eine Nockenwellen-Phaseneinstellung bezeichnet werden.
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Ein Phasensteller-Aktuatormodul 130 steuert den Einlass-Nockenphasensteller 128. Das Phasensteller-Aktuatormodul 130 oder ein anderes Phasensteller-Aktuatormodul kann den Betrieb anderer Nockenphasensteller steuern, wie beispielsweise des Auslass-Nockenphasenstellers 129.
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Ein Nockenphasensteller kann elektrisch oder hydraulisch betätigt werden. Hydraulisch betätigte Nockenphasensteller werden basierend auf einem Druck eines Hydraulikfluids (z. B. eines Öls) betätigt, das dem Nockenphasensteller zugeführt wird.
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Ein Mechanismus für einen variablen Ventilhub (VVL-Mechanismus) 136 (1B) ist dem Einlassventil 118 zugeordnet. Lediglich beispielhaft kann der VVL-Mechanismus 136 einen Mechanismus mit einem umschaltbaren Rollenschlepphebel (SRFF-Mechanismus) umfassen. Obgleich der VVL-Mechanismus 136 als ein SRFF gezeigt ist und diskutiert wird, kann der VVL-Mechanismus 136 andere Typen von Ventilhubmechanismen umfassen, die ermöglichen, dass ein zugeordnetes Ventil in zwei oder mehr diskrete Hubpositionen angehoben wird. Obgleich der VVL-Mechanismus 136 derart gezeigt ist und diskutiert wird, dass er dem Einlassventil 118 zugeordnet ist, kann ein anderer VVL-Mechanismus auf ähnliche Weise für das Auslassventil 120 implementiert sein. Lediglich beispielhaft kann ein VVL-Mechanismus für jedes Ventil jedes Zylinders vorgesehen sein.
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Der VVL-Mechanismus 136 umfasst eine Hubeinstellvorrichtung 138 und einen Nockenstößel 140. Der Nockenstößel 140 steht mit einem Ventilschaft 142 des Einlassventils 118 in mechanischem Kontakt. Eine Vorspanneinrichtung 143 spannt den Ventilschaft 142 in einen Kontakt mit dem Nockenstößel 140 vor. Der Nockenstößel 140 steht auch mit der Einlassnockenwelle 126 und der Hubeinstellungsvorrichtung 138 in mechanischem Kontakt.
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Die Einlassnockenwelle 126 dreht sich um eine Nockenwellenachse 144. Die Einlassnockenwelle 126 weist mehrere Nocken auf, die Nocken mit niedrigem Hub, wie beispielsweise einen Nocken 146 mit niedrigem Hub, und Nocken mit hohem Hub umfassen, wie beispielsweise einen Nocken 148 mit hohem Hub. Lediglich beispielhaft kann die Einlassnockenwelle 126 einen Nocken mit niedrigem Hub und einen Nocken mit hohem Hub für jedes Einlassventil jedes Zylinders aufweisen. Die Aulassnockenwelle 127 kann einen Nocken mit niedrigem Hub und einen Nocken mit hohem Hub für jedes Auslassventil jedes Zylinders aufweisen. Lediglich zu Veranschaulichungszwecken wird nur der Betrieb des Einlassventils 118 diskutiert.
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Der Nocken 146 mit niedrigem Hub und der Nocken 148 mit hohem Hub drehen sich mit der Einlassnockenwelle 126. Luft kann durch einen Einlassdurchgang 150 in den Zylinder 114 strömen, wenn das Einlassventil 118 offen ist. Die Luftströmung in den Zylinder 114 durch den Einlassdurchgang 150 wird blockiert, wenn das Einlassventil 118 geschlossen ist. Das Einlassventil 118 wird mittels der Einlassnockenwelle 126 selektiv geöffnet und geschlossen. Spezieller öffnet und schließt der Nocken 146 mit niedrigem Hub oder der Nocken 148 mit hohem Hub das Einlassventil 118 während eines gegebenen Verbrennungszyklus.
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Ein Nocken, der den Nockenstößel 140 berührt, übt eine Kraft auf den Nockenstößel 140 in die Richtung des Ventilschafts 142 und der Hubeinstellvorrichtung 138 aus. Die Hubeinstellvorrichtung 138 ist zusammenklappbar, um zu ermöglichen, dass das Einlassventil 118 in zwei diskrete Positionen geöffnet wird, eine Position mit niedrigem Hub und eine Position mit hohem Hub. Der Druck eines Hydraulikfluids 152 steuert, welcher von dem Nocken 146 mit niedrigem Hub und dem Nocken 148 mit hohem Hub das Einlassventil 118 während eines gegebenen Verbrennungszyklus öffnet.
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Das Hydraulikfluid 152 kann bei einem vorbestimmten Druck für niedrigen Hub und bei einem vorbestimmten Druck für hohen Hub an die Hubeinstellvorrichtung 138 geliefert werden, um das Öffnen des Einlassventils 118 in einem Modus mit niedrigem Hub bzw. in einem Modus mit hohem Hub zu regeln. Lediglich beispielhaft kann der vorbestimmte Druck für niedrigen Hub ungefähr 10 Pfund pro Quadratinch (psi) (68,95 kPa) betragen, und der vorbestimmte Druck für hohen Hub kann ungefähr 25 psi (172,37 kPa) oder ein anderer geeigneter Druck sein.
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Während des Betriebs in dem Modus mit niedrigem Hub bewirkt der Nocken 146 mit niedrigem Hub, dass der VVL-Mechanismus 136 gemäß der Geometrie des Nockens 146 mit niedrigem Hub verschwenkt. Das Verschwenken des VVL-Mechanismus 136, das durch den Nocken 146 mit niedrigem Hub bewirkt wird, öffnet das Einlassventil 118 um einen ersten vorbestimmten Betrag oder eine erste vorbestimmte Distanz. Während des Betriebs in dem Modus mit hohem Hub bewirkt der Nocken 148 mit hohem Hub, dass der VVL-Mechanismus 136 gemäß der Geometrie des Nockens 148 mit hohem Hub verschwenkt. Das Verschwenken des VVL-Mechanismus 136, das durch den Nocken 148 mit hohem Hub bewirkt wird, öffnet das Einlassventil 118 um einen zweiten vorbestimmten Betrag oder eine zweite vorbestimmte Distanz. Der zweite vorbestimmte Betrag oder die zweite vorbestimmte Distanz ist größer als der erste vorbestimmte Betrag oder die erste vorbestimmte Distanz.
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Ein Fluidsteuerventil 154 regelt die Strömung des Hydraulikfluids 152 zu der Hubeinstellungsvorrichtung 138. Das Phasensteller-Aktuatormodul 130 oder ein anderes Aktuatormodul steuert das Fluidsteuerventil 154, um den Druck des Hydraulikfluids 152 zu steuern, der an die Hubeinstellvorrichtung 138 geliefert wird. Das Fluidsteuerventil 154 kann auch als ein Ölsteuerventil (OCV) bezeichnet werden.
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Ein Kurbelwellen-Positionssensor 160 (1A) überwacht ein Rad 162 mit N Zähnen und erzeugt ein Kurbelwellen-Positionssignal basierend auf der Drehung des Rades 162 mit N Zähnen. Lediglich beispielhaft kann der Kurbelwellen-Positionssensor 160 einen Sensor mit variabler Reluktanz (VR-Sensor) oder einen beliebigen anderen Typ eines Kurbelwellen-Positionssensors umfassen. Das Rad 162 mit N Zähnen dreht sich mit der Kurbelwelle 116. Ein Krümmerabsolutdrucksensor (MAP-Sensor) 164 überwacht den Druck in dem Einlasskrümmer 104 und erzeugt ein MAP-Signal basierend auf dem Druck. Bei verschiedenen Implementierungen kann ein Unterdruck in dem Einlasskrümmer 104 gemessen werden, wobei der Unterdruck relativ zum Umgebungsdruck gemessen wird. Ein Sensor für die Luftmassenströmungsrate (MAF-Sensor) 166 überwacht die Massenströmungsrate der Luft, die durch das Drosselventil 106 strömt, und erzeugt ein MAF-Signal basierend auf der Massenströmungsrate. Es können auch ein oder mehrere andere Sensoren implementiert sein.
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Der Motor 102 überträgt ein Drehmoment auf ein Getriebe 170. Das Getriebe 170 kann ein Getriebe vom Handschalttyp, ein Getriebe vom Automatiktyp, ein Getriebe vom Auto-Handschalttyp oder einen anderen geeigneten Typ eines Getriebes umfassen. Das Getriebe 170 kann das Drehmoment mittels einer Getriebeausgangswelle 172 und eines Endantriebs (nicht gezeigt) auf ein oder mehrere Räder (nicht gezeigt) übertragen.
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Ein Motorsteuermodul (ECM) 180 steuert das Drosselventil 106 mittels des Drossel-Aktuatormoduls 108, und es steuert die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen mittels des Kraftstoff-Aktuatormoduls 112. Das ECM 180 steuert die Zündkerzen mittels des Zündfunken-Aktuatormoduls 124. Das ECM 180 steuert die Phaseneinstellung der Einlass- und der Auslassventile mittels des Phasensteller-Aktuatormoduls 130. Das ECM 180 kann auch den Hub der Einlass- und der Auslassventile mittels des Phasensteller-Aktuatormoduls 130 steuern.
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Nun auf 2 Bezug nehmend, ist ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsteuersystems 200 gezeigt. Ein Kraftstoffsteuermodul 204 steuert das Kraftstoff-Aktuatormodul 112, um die Menge und den Zeitpunkt einer Kraftstoffeinspritzung zu steuern. Ein Zündfunkensteuermodul 208 steuert das Zündfunken-Aktuatormodul 124, um einen Zündfunkenzeitpunkt zu steuern. Ein Drosselsteuermodul 212 steuert das Drossel-Aktuatormodul 108, um das Öffnen des Drosselventils 106 zu steuern. Ein Ventilsteuermodul 216 steuert das Phasensteller-Aktuatormodul 130, um die Phaseneinstellung der Einlass- und der Auslassnockenwelle zu steuern. Das Ventilsteuermodul 216 kann das Phasensteller-Aktuatormodul 130 auch steuern, um den Hub der Einlass- und der Auslassventile zu steuern.
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Das Kraftstoffsteuermodul 204, das Zündfunkensteuermodul 208, das Drosselsteuermodul 212 und das Ventilsteuermodul 216 können Steuerentscheidungen basierend auf einem Zündungsmodus 220 treffen. Ein Zündungsmodus-Steuermodul 224 kann den Zündungsmodus 220 zu einer gegebenen Zeit auf den SI-Modus oder den HCCI-Modus festlegen. Ein Zündfunken löst die Verbrennung aus, wenn der Zündungsmodus 220 auf den SI-Modus eingestellt ist. Der Zündfunken kann deaktiviert werden, wenn der Zündungsmodus 220 auf den HCCI-Modus eingestellt wird.
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Das Ventilsteuermodul 216 betreibt die Einlass- und die Auslassventile in dem Modus mit hohem Hub, wenn sich der Zündungsmodus 220 in dem SI-Modus befindet. 3 umfasst eine beispielhafte Graphik eines Hubs (einer Distanz) 228 (z. B. in Millimetern) des Einlass- und des Auslassventils eines Zylinders während des Betriebs in dem SI-Modus. Der Hub 228 ist als eine Funktion der Kurbelwellenposition 232 aufgetragen. Die Achse für den Hub 228 schneidet die Achse für die Kurbelwellenposition 232 bei der TDC-Position. Ungefähr bei der Kurbelwellenposition 232, bei der sich die Achsen schneiden, endet ein Verbrennungszyklus des Zylinders, und ein nächster Verbrennungszyklus des Zylinders beginnt.
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Eine erste beispielhafte Kurve 236 verfolgt den Hub 228 des Auslassventils des Zylinders während des Betriebs in dem SI-Modus. Das Auslassventil wird bis zu einer vorbestimmten Position mit hohem Hub geöffnet, wie es bei 240 angegeben ist. Eine zweite beispielhafte Kurve 242 verfolgt den Hub 228 des Einlassventils des Zylinders während des Betriebs in dem SI-Modus. Das Einlassventil wird bis zu einer vorbestimmten Position mit hohem Hub geöffnet, wie es bei 244 angegeben ist.
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Wieder auf 2 Bezug nehmend, betreibt das Ventilsteuermodul 216 die Einlass- und die Auslassventile in dem Modus mit niedrigem Hub, wenn sich der Zündungsmodus 220 in dem HCCI-Modus befindet. 4 umfasst eine beispielhafte Graphik des Hubs 228 des Einlass- und des Auslassventils des Zylinders während des Betriebs in dem HCCI-Modus. Der Hub 228 ist wiederum als eine Funktion der Kurbelwellenposition 232 aufgetragen. Ungefähr bei der Kurbelwellenposition 232, bei der sich die Achsen schneiden, endet wiederum ein Verbrennungszyklus des Zylinders, und ein nächster Verbrennungszyklus des Zylinders beginnt.
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Eine dritte beispielhafte Kurve 248 verfolgt den Hub 228 des Auslassventils des Zylinders während des Betriebs in dem HCCI-Modus. Das Auslassventil wird bis zu einer vorbestimmten Position mit niedrigem Hub geöffnet, wie es bei 252 angegeben ist. Eine vierte beispielhafte Kurve 256 verfolgt den Hub 228 des Einlassventils während des Betriebs in dem HCCI-Modus. Das Einlassventil wird bis zu einer vorbestimmten Position mit niedrigem Hub geöffnet, wie es bei 260 angegeben ist.
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Wieder auf 2 Bezug nehmend, steuert das Ventilsteuermodul 216 den Betrieb des Einlass- und des Auslassventils des Zylinders dann, wenn der Zündungsmodus 220 von dem SI-Modus in den HCCI-Modus übergeht, in einem gemischten Modus mit hohem/niedrigem Hub für zumindest einen Verbrennungszyklus zwischen dem letzten Verbrennungszyklus des Betriebs in dem SI-Modus vor einem Übergang und einem nachfolgenden Verbrennungszyklus des Betriebs in dem HCCI-Modus. In dem gemischten Modus mit hohem/niedrigem Hub betreibt das Ventilsteuermodul 216 das Auslassventil des Zylinders in dem Modus mit hohem Hub, und es betreibt das Einlassventil des Zylinders in dem Modus mit niedrigem Hub. Nach dem Betrieb in dem gemischten Modus mit hohem/niedrigem Hub für zumindest einen Verbrennungszyklus betreibt das Ventilsteuermodul 216 das Einlass- und das Auslassventil für den Betrieb in dem HCCI-Modus in dem Modus mit niedrigem Hub.
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Der Betrieb in dem gemischten Modus mit hohem/niedrigem Hub für zumindest einen Verbrennungszyklus kann geeignetere Motorbetriebsbedingungen während des ersten Motorzyklus des Betriebs in dem HCCI-Modus liefern. Spezieller kann weniger restliches Abgas während des ersten Verbrennungszyklus des Betriebs in dem HCCI-Modus vorhanden sein. Weniger restliches Abgas kann ermöglichen, dass eine größere Menge an Frischluft während des ersten Motorzyklus des Betriebs in dem HCCI-Modus in die Zylinder eingelassen wird. Zusätzlich kann weniger restliches Abgas die Temperatur der Inhalte des Zylinders während des ersten Verbrennungszyklus des Betriebs in dem HCCI-Modus verringern. Weniger restliches Abgas, eine geringere Temperatur und eine größere Menge an Frischluft können eine Verringerung der Motordrehmomentausgabe während des ersten Motorzyklus des Betriebs in dem HCCI-Modus minimieren oder verhindern. Zusätzlich können weniger restliches Abgas, eine geringere Temperatur und eine größere Menge an Frischluft ein Motorklopfen (oder Klingeln) minimieren oder verhindern.
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5 umfasst eine beispielhafte Graphik des Hubs 228 des Einlass- und des Auslassventils des Zylinders während zumindest eines Verbrennungszyklus des Betriebs, der zwischen dem Betrieb in dem SI-Modus und dem Betrieb in dem HCCI-Modus auftritt. Der Hub 228 ist wiederum als eine Funktion der Kurbelwellenposition 232 aufgetragen. Ungefähr bei der Kurbelwellenposition 232, bei der sich die Achsen schneiden, endet wiederum ein Verbrennungszyklus des Zylinders, und ein nächster Verbrennungszyklus des Zylinders beginnt.
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Eine fünfte beispielhafte Kurve 264 verfolgt den Hub 228 des Auslassventils des Zylinders während eines Verbrennungszyklus des Betriebs in dem gemischten Modus mit hohem/niedrigem Hub. Das Auslassventil wird bis zu der vorbestimmten Position mit hohem Hub geöffnet, wie es bei 268 angegeben ist. Eine sechste beispielhafte Kurve 272 verfolgt den Hub 228 des Einlassventils während des einen Verbrennungszyklus des Betriebs in dem gemischten Modus mit hohem/niedrigem Hub. Das Einlassventil wird bis zu der vorbestimmten Position mit niedrigem Hub geöffnet, wie es bei 276 angegeben ist.
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Zusammengefasst steuert das Ventilsteuermodul 216 den Betrieb der Einlass- und der Auslassventile während des Betriebs in dem SI-Modus in dem Modus mit hohem Hub, wie es in dem Beispiel von 3 gezeigt ist. Wenn der Zündungsmodus 220 von dem SI-Modus in den HCCI-Modus übergeleitet wird, betreibt das Ventilsteuermodul 216 die Einlassventile während des nächsten Motorzyklus nach dem Übergang in dem Modus mit niedrigem Hub, wie es in dem Beispiel von 5 gezeigt ist. Das Ventilsteuermodul 216 hält jedoch den Betrieb der Auslassventile während des nächsten Motorzyklus nach dem Übergang in dem Modus mit hohem Hub aufrecht, wie es ebenso in dem Beispiel für 5 gezeigt ist. HCCI oder SI können während des nächsten Motorzyklus verwendet werden, während die Einlassventile in dem Modus mit niedrigem Hub betrieben werden und die Auslassventile in dem Modus mit hohem Hub betrieben werden. Sobald der nächste Motorzyklus abgeschlossen ist, kann das Ventilsteuermodul 216 die Auslassventile für den Betrieb in dem HCCI-Modus in dem Modus mit niedrigem Hub betreiben, wie es in dem Beispiel von 4 gezeigt ist. Die Einlassventile werden während des Betriebs in dem HCCI-Modus ebenso in dem Modus mit niedrigem Hub betrieben.
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Wieder auf 2 Bezug nehmend, kann das Zündungsmodus-Steuermodul 224 den Zündungsmodus 220 zu einer gegebenen Zeit basierend auf einer Motorlast 280 und/oder basierend auf einem oder mehreren anderen geeigneten Parametern auf den SI-Modus oder den HCCI-Modus festlegen. Lediglich beispielhaft kann das Zündungsmodus-Steuermodul 224 den Zündungsmodus 220 auf den SI-Modus festlegen, wenn die Motorlast 280 größer als eine vorbestimmte Motorlast ist. Umgekehrt kann das Zündungsmodus-Steuermodul 224 den Zündungsmodus 220 auf den HCCI-Modus festlegen, wenn die Motorlast 280 kleiner als die vorbestimmte Motorlast ist.
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Ein-Motorlastmodul 284 kann die Motorlast 280 ermitteln. Lediglich beispielhaft kann das Motorlastmodul 284 die Motorlast 280 basierend auf einer Luft pro Zylinder (APC) 288 und/oder basierend auf einem oder mehreren anderen geeigneten Parametern ermitteln. Ein APC-Modul 292 kann die APC 288 ermitteln. Die APC 288 kann eine Menge (z. B. eine Masse) der Luft repräsentieren, die in einem Zylinder für ein Verbrennungsereignis vorhanden ist. Das APC-Modul 292 kann die APC 288 basierend auf einer Motordrehzahl 294, einer MAF 296 und/oder basierend auf einem oder mehreren anderen geeigneten Parametern ermitteln. Die MAF 296 kann beispielsweise basierend auf den Messwerten des MAF-Sensors 166 erzeugt werden. Ein Motordrehzahlmodul 297 kann die Motordrehzahl 294 beispielsweise basierend auf einer Kurbelwellenposition 298 erzeugen. Die Kurbelwellenposition 298 kann beispielsweise basierend auf Messwerten des Kurbelwellen-Positionssensors 160 erzeugt werden.
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Nun auf 6 Bezug nehmend, ist ein Flussdiagramm dargestellt, das ein beispielhaftes Verfahren 600 zum Steuern des Einlass- und des Auslassventilhubs für einen Übergang von dem Betrieb in dem SI-Modus in den HCCI-Modus zeigt. Die Steuerung kann mit 604 beginnen, wo die Steuerung ermittelt, ob der Zündungsmodus 220 auf den SI-Modus eingestellt ist. Wenn ja, fährt die Steuerung mit 608 fort. Wenn nein, kann die Steuerung enden.
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Bei 608 betreibt die Steuerung die Einlass- und die Auslassventile in dem Modus mit hohem Hub. Mit anderen Worten regeln die Nocken mit hohem Hub das Öffnen der Einlass- und der Auslassventile. Die Steuerung ermittelt bei 612, ob der Zündungsmodus 220 von dem SI-Modus in den HCCI-Modus übergeleitet wird. Wenn ja, fährt die Steuerung bei 616 fort. Wenn nein, kann die Steuerung enden.
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Bei 616 hält die Steuerung während des nächsten Motorzyklus den Betrieb der Auslassventile in dem Modus mit hohem Hub aufrecht. Die Steuerung betreibt die Einlassventile bei 616 während des nächsten Motorzyklus nach dem Übergang in den Modus mit niedrigem Hub. Bei 620 betreibt die Steuerung die Einlass- und die Auslassventile während des Motorzyklus nach dem nächsten Motorzyklus für den Betrieb in dem HCCI-Modus in dem Modus mit niedrigem Hub. Die Steuerung kann bei 620 für einen oder mehrere zusätzliche Motorzyklen die Auslassventile in dem Modus mit hohem Hub und die Einlassventile in dem Modus mit niedrigem Hub betreiben, bevor die Einlass- und die Auslassventile in dem Modus mit niedrigem Hub betrieben werden. Die Steuerung kann anschließend enden. Obgleich die Steuerung derart gezeigt ist und diskutiert wird, dass sie endet, kann das Verfahren 600 eine Veranschaulichung einer Steuerschleife sein, und die Steuerung kann zu 604 zurückkehren.
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Die vorstehende Beschreibung ist nur beispielhafter Natur und ist in keiner Weise dazu gedacht, die Offenbarung, ihre Anwendungsmöglichkeit oder Verwendungen einzuschränken. 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 bei einem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der nachfolgenden Ansprüche offensichtlich werden. 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 einer anderen Reihenfolge (oder gleichzeitig) ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu verändern.
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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.
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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.
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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.
