DE102013202654B4 - Verfahren und System für die Magerverbrennungssteuerung einer Gemischverdünnung in einem Verbrennungsmotor - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Motors (10), wobei das Verfahren Folgendes umfasst:Bereitstellen einer gewünschten Gemischverdünnung durch Kombinieren mehrerer Gemischverdünnungsmittel, wobeiein Verbrennungsstabilitätsgrenzwert für jedes der verfügbaren Verdünnungsmittel bestimmt wird, unddie Verdünnungsmittel auf der Grundlage der jeweiligen Verbrennungsstabilitätsgrenzwerte ausgewählt werden, um diejenigen Verdünnungsmittel mit den höchsten Verbrennungsstabilitätsgrenzwerten für das Kombinieren der Gemischverdünnungsmittel zu verwenden.

Description

• Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf Verfahren und auf Systeme zum Steuern der Verwendung verschiedener Verdünnungsmittel zur Verdünnung des Gemischs (i.w. aus Luft und Kraftstoff und ggf. Verdünnungsmittel) in einem Ver-brennungsmotor wie z. B. der AGR.
• Motoren können mit Abgasrückführungssystemen (AGR-Systemen) konfiguriert sein, um wenigstens einen Teil der Abgase von einem Motorauslasskrümmer zu einem Motoreinlasskrümmer umzuleiten. Solche Systeme verringern durch Bereitstellen einer gewünschten Motorverdünnung das Motorklopfen, Drosselungsverluste sowie NOx-Emissionen. Es können nochmals andere Verdünnungsmittel verwendet werden. Zum Beispiel kann die Gemischverdünnung durch direktes Einspritzen von Wasser oder durch Ausführen einer AGR erzielt werden.
• Ein beispielhafter Zugang zum Koordinieren der Motorverdünnungssteuerung über die Verwendung verschiedener Verdünnungsmittel ist von Surnilla u. a. in US 2011 / 0 174 267 A1 gezeigt. Darin wird eine Direkteinspritzung von Wasser mit einer AGR-Strömung koordiniert, um eine gewünschte Gemischverdünnung für eine Magerverbrennung bereitzustellen, während AGR-Übergangszustände behandelt werden. Insbesondere in Reaktion auf eine plötzliche Anforderung für eine Magerverbrennung (wie etwa während eines Pedaldrucks) wird eine AGR-Strömung erhöht, während Wasser direkt eingespritzt wird, um die gewünschte Verdünnung im Wesentlichen sofort bereitzustellen. Daraufhin wird die Wassereinspritzung verringert, während die AGR-Strömung auf das gewünschte Verdünnungsniveau zunimmt. Außerdem kann mit den verschiedenen Verdünnungsmitteln in Erwartung von Laständerungen eine Lastverteilung ausgeführt werden.
• Aus der DE 10 2011 079 374 A1 ist ferner ein Verbrennungsmotor bekannt, bei dem für die Steuerung des Kraftstoffverbrauchs eine Gemischverdünnung berücksichtigt wird. Insbesondere wird für zunehmende Motorlast eine zunehmende Verdünnung vorgeschlagen, um die Wahrscheinlichkeit für Motorklopfen zu reduzieren und die NOx-Emissionen des Motors zu verbessern. Ebenfalls mit der Gemischverdünnung beschäftigen sich die weiteren Schriften DE 199 02 349 A1 und DE 102 97 515 T5 .
• Allerdings haben die Erfinder ein potentielles Problem bei einem solchen System identifiziert. Genauer kann die Gemischverdünnung die Motorverbrennungsstabilität verschlechtern, wobei der Verbrennungsstabilitätsgrenzwert für jedes verwendete Verdünnungsmittel anders ist. Das heißt, der Motor kann einen Verbrennungstoleranzgrenzwert für die AGR, einen äquivalenten Toleranzgrenzwert für die Magerverbrennung und gleichfalls einen äquivalenten Verbrennungsgrenzwert für den Wasserdampf aufweisen. Somit kann der Verbrennungsstabilitätsgrenzwert jedes Verdünnungsmittels durch die Menge der Verdünnung, die bereits vorhanden ist, sowie durch das Wesen des Verdünnungsmittels, das bereits in Verwendung ist, beeinflusst werden, wenn eine Kombination von Verdünnungsmitteln verwendet wird. Mit anderen Worten, eine Menge an Wasser, das direkt eingespritzt werden kann, um eine Magerverbrennung zu liefern, kann nicht nur durch die Verbrennungsstabilitätsgrenzwerte von direkt eingespritztem Wasser, sondern auch durch die Verbrennungsstabilitätsgrenzwerte der Menge vorhandener AGR, der Menge vorhandener Magerverbrennung usw. beeinflusst werden. Die Dosierung der Gemischverdünnungsmittel (Abgas, Wasser etc.) hängt also von den Betriebsbedingungen des Motors (z.B. Drehzahl, Zündzeitpunkt, Last, Temperatur, Luft-Kraftstoffgemisch) ab.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und ein verbessertes Motorsystem der genannten Art zu schaffen, die Nachteile des Standes der Technik vermeiden und letzteren in vorteilhafter Weise weiterbilden. Insbesondere soll eine verbesserte Gemischverdünnung erzielt werden, ohne die Stabilität der Verbrennung zu verschlechtern.
• Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe durch ein Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 und 11 sowie durch ein Motorsystem gemäß Anspruch 15 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
• Es wird also ein Verfahren zum Betreiben eines Motors vorgeschlagen, das das Bereitstellen einer gewünschten, optimierten Magerverbrennung durch Kombinieren mehrerer Verdünnungsmittel, wobei die Verdünnungen auf der Grundlage jeweiliger Verbrennungsstabilitätsgrenzwerte ausgewählt werden, umfasst. Auf diese Weise kann die Magerverbrennung durch Berücksichtigung der Verbrennungsstabilitätsgrenzwerte und der Wechselwirkungen jedes verwendeten Verdünnungsmittels besser gesteuert werden.
• Auf diese Weise kann ein Motorcontroller z. B. jedes verfügbare Verdünnungsmittel in Elementarbestandteile umsetzen und auf der Grundlage der Konzentration jedes Elementarbestandteils einen Verbrennungsstabilitätsgrenzwert für dieses Verdünnungsmittel bestimmen. Andere verbrennungsbezogene Parameter wie etwa die Zündzeiteinstellung, die Abgastemperatur, Abgasemissionen usw. können ebenfalls auf der Grundlage der Elementarzusammensetzung dieser Verdünnungsmittel bestimmt werden. Als ein Beispiel kann ein Verbrennungsstabilitätsgrenzwert für die AGR-basierte Verdünnung in Abhängigkeit von der Kohlendioxidkonzentration, von der Stickstoffkonzentration und von der Wasserkonzentration der verfügbaren AGR bestimmt werden. Als ein weiteres Beispiel kann ein Verbrennungsstabilitätsgrenzwert für eine Verdünnung auf der Grundlage der Magerverbrennung in Abhängigkeit von der Sauerstoffkonzentration und von der Stickstoffkonzentration der verfügbaren Magerverbrennung bestimmt werden. Daraufhin kann der Controller auf der Grundlage der jeweiligen Verbrennungsstabilitätsgrenzwerte eines oder mehrere Gemischverdünnungsmittel aus den verfügbaren Verdünnungsmitteln auswählen. Zum Beispiel kann ein erstes Verdünnungsmittel mit dem höchsten Verbrennungsstabilitätsgrenzwert ausgewählt werden, um wenigstens einen Teil der gewünschten Verdünnung bereitzustellen. Nachdem das erste Verdünnungsmittel seinen Verbrennungsstabilitätsgrenzwert erreicht hat, kann daraufhin ein Rest der gewünschten Verdünnung durch ein zweites Verdünnungsmittel mit einem zweithöchsten Stabilitätsgrenzwert bereitgestellt werden usw.
• Auf diese Weise kann ein Controller eines oder mehrere Gemischverdünnungsmittel auswählen, um eine Magerverbrennung bereitzustellen, die eine Wahrscheinlichkeit des Motorklopfens verringert. Durch Abbilden des Motors auf der Grundlage der Verbrennungsstabilitätsgrenzwerte der verfügbaren Verdünnungsmittel kann die Magerverbrennungssteuerung verbessert werden. Genauer können die Motorleistung und die Verdünnungsmittelnutzung verbessert werden, während alle das Klopfen behandelnden Vorteile der Magerverbrennung bereitgestellt werden, ohne die Verbrennungsstabilität zu verschlechtern.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
• 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Motorverbrennungskammer;
• 2A-2B zeigen einen Ablaufplan auf hoher Ebene, der eine Routine zum Kombinieren eines oder mehrerer Verdünnungsmittel zum Behandeln des Motorklopfens auf der Grundlage des Verbrennungsstabilitätsgrenzwerts jedes Verdünnungsmittels darstellt;
• 3 zeigt einen Ablaufplan auf hoher Ebene zum Auswählen einer Kombination von Verdünnungsmitteln auf der Grundlage des Verbrennungsstabilitätsgrenzwerts jedes Verdünnungsmittels;
• 4 zeigt einen Ablaufplan auf hoher Ebene zum Nachstellen eines Verhältnisses der AGR und von direkt eingespritztem Wasser zum Bereitstellen einer gewünschten Magerverbrennung;
• 5 zeigt einen Ablaufplan auf hoher Ebene zum weiteren Nachstellen eines Verhältnisses der Kombination von Verdünnungsmitteln auf der Grundlage von Motorbetriebsbeschränkungen;
• 6 zeigt ein Diagramm, das eine beispielhafte Nutzung der AGR und der Direkteinspritzung von Wasser zum Bereitstellen einer Magerverbrennung darstellt.
• Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Systeme und auf Verfahren zum Verbessern der Verdünnungssteuerung in flexibel mit Kraftstoff beaufschlagten Motoren wie etwa in dem Motor aus 1. Ein Motorcontroller kann eine gewünschte Menge an Gemischverdünnung auf der Grundlage von Motorbetriebsbedingungen einschließlich einer Wahrscheinlichkeit des Motorklopfens bestimmen. Daraufhin kann der Controller eines oder mehrere Verdünnungsmittel kombinieren, um die gewünschte Verdünnung bereitzustellen. Der Controller kann dafür konfiguriert sein, Steuerroutinen wie etwa die aus 2-4 auszuführen, um die Verdünnungsmittel auf der Grundlage ihrer Verbrennungsstabilitätsgrenzwerte auszuwählen. Wie in 5 gezeigt ist, kann der Controller ferner ein Verhältnis der ausgewählten Verdünnungsmittel auf der Grundlage von Motorbetriebsbeschränkungen nachstellen. Ein Beispiel der Kombination verschiedener Verdünnungsmittel zum Bereitstellen einer gewünschten Magerverbrennung ist hier in 6 gezeigt. Auf diese Weise kann eine Verdünnungssteuerung erzielt werden.
• 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Verbrennungskammer oder eines Zylinders eines Verbrennungsmotors 10. Der Motor 10 kann Steuerparameter von einem Steuersystem einschließlich eines Controllers 12 und einer Eingabe von einem Fahrzeugbetreiber 130 über eine Eingabevorrichtung 132 empfangen. In diesem Beispiel enthält die Eingabevorrichtung 132 ein Fahrpedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalstellungssignals PP. Der Zylinder (hier auch die „Verbrennungskammer“) 14 des Motors 10 kann Verbrennungskammerwände 136 mit einem darin positionierten Kolben 138 enthalten. Der Kolben 138 kann mit einer Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, so dass die hin- und hergehende Bewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgewandelt wird. Die Kurbelwelle 140 kann über ein Getriebesystem mit wenigstens einem Antriebsrad des PKW gekoppelt sein. Ferner kann ein Startermotor über ein Schwungrad mit der Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, um eine Startoperation des Motors 10 zu ermöglichen.
• Der Zylinder 14 kann über eine Reihe von Einlassluftkanälen 142, 144 und 146 Einlassluft empfangen. Der Einlassluftkanal 146 kann außer mit dem Zylinder 14 mit anderen Zylindern des Motors 10 in Verbindung stehen. In einigen Ausführungsformen können einer oder mehrere der Einlasskanäle eine Ladedruckerzeugungsvorrichtung wie etwa einen Turbolader oder einen Lader enthalten. Zum Beispiel zeigt 1 einen Motor 10, der mit einem Turbolader konfiguriert ist, der einen Kompressor 174, der zwischen den Einlasskanälen 142 und 144 angeordnet ist, und eine Abgasturbine 176, die entlang des Auslasskanals 148 angeordnet ist, enthält. Der Kompressor 174 kann wenigstens teilweise über eine Welle 180 durch eine Abgasturbine 176 mit Leistung versorgt werden, wobei die Ladedruckerzeugungsvorrichtung als ein Turbolader konfiguriert ist. Allerdings kann die Abgasturbine 176 in anderen Beispielen, wie etwa, wenn der Motor 10 mit einem Lader versehen ist, optional weggelassen sein, wobei der Kompressor 174 durch eine mechanische Eingabe von einem Elektromotor oder von dem Motor mit Leistung versorgt werden kann. Entlang eines Einlasskanals des Motors kann eine Drossel 20, die eine Drosselklappe 164 enthält, bereitgestellt sein, um den Durchfluss und/oder den Druck der an die Motorzylinder gelieferten Einlassluft zu verändern. Zum Beispiel kann die Drossel 20 wie in 1 gezeigt auslassseitig des Kompressors 174 angeordnet sein oder kann sie alternativ einlassseitig des Kompressors 174 vorgesehen sein.
• Der Auslasskanal 148 kann außer von dem Zylinder 14 Abgase von anderen Zylindern des Motors 10 empfangen. Der Abgassensor 128 ist einlassseitig der Emissionssteuervorrichtung 178 mit dem Auslasskanal 148 gekoppelt gezeigt. Der Sensor 128 kann unter verschiedenen geeigneten Sensoren zum Liefern einer Angabe des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases wie etwa z. B. einem linearen Sauerstoffsensor oder UEGO (universellen oder Weitbereichsabgassauerstoffsensor), einem Zweizustandssauerstoffsensor oder EGO-Sensor (wie gezeigt), einem HEGO-Sensor (beheizten EGO-Sensor), einem NOx-Sensor, einem HC-Sensor oder einem CO-Sensor ausgewählt sein. Die Emissionssteuervorrichtung 178 kann ein Dreiwegekatalysator (TWC), ein NOx-Abscheider, verschiedene andere Emissionssteuervorrichtungen oder Kombinationen davon sein.
• Die Abgastemperatur kann durch einen oder durch mehrere Sensoren (nicht gezeigt), die sich in dem Abgaskanal 148 befinden, gemessen werden. Alternativ kann die Abgastemperatur auf der Grundlage von Motorbetriebsbedingungen wie etwa der Drehzahl, der Last, des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses (AFR), der Zündfunkenverstellung nach spät usw. gefolgert werden. Ferner kann die Abgastemperatur durch einen oder mehrere Abgassensoren 128 berechnet werden. Es wird gewürdigt werden, dass die Abgastemperatur alternativ durch irgendeine Kombination hier aufgeführter Temperaturschätzverfahren geschätzt werden kann.
• Jeder Zylinder des Motors 10 kann eines oder mehrere Einlassventile und eines oder mehrere Auslassventile enthalten. Zum Beispiel ist der Zylinder 14 in der Weise gezeigt, dass er wenigstens ein Einlass-Tellerventil 150 und wenigstens ein Auslass-Tellerventil 156, die sich in einem oberen Gebiet des Zylinders 14 befinden, enthält. In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Motors 10 einschließlich des Zylinders 14 wenigstens zwei Einlass-Tellerventile und wenigstens zwei Auslass-Tellerventile, die sich in einem oberen Gebiet des Zylinders befinden, enthalten.
• Das Einlassventil 150 kann durch den Controller 12 durch Nockenbetätigung über ein Nockenbetätigungssystem 151 gesteuert werden. Ähnlich kann das Auslassventil 156 durch den Controller 12 über ein Nockenbetätigungssystem 153 gesteuert werden. Die Nockenbetätigungssysteme 151 und 153 können jeweils einen oder mehrere Nocken enthalten und können ein System für die Nockenprofilschaltung (CPS-System) und/oder ein System für die variable Nockenzeiteinstellung (VCT-System) und/oder ein System für die variable Ventilzeiteinstellung (WT-System) und/oder ein System für den variablen Ventilhub (VVL-System) nutzen, die durch den Controller 12 betrieben werden können, um den Ventilbetrieb zu variieren. Der Betrieb des Einlassventils 150 und des Auslassventils 156 kann durch Ventilstellungssensoren (nicht gezeigt) und/oder durch Nockenwellenstellungssensoren 155 bzw. 157 bestimmt werden. In alternativen Ausführungsformen können das Einlass- und/oder das Auslassventil durch elektrische Ventilbetätigung gesteuert werden. Zum Beispiel kann der Zylinder 14 alternativ ein Einlassventil, das über elektrische Ventilbetätigung gesteuert wird, und ein Auslassventil, das über Nockenbetätigung einschließlich über ein CPS- und/oder VCT-System gesteuert wird, enthalten. In nochmals anderen Ausführungsformen können die Einlass- und Auslassventile durch ein gemeinsames Ventilaktuator- oder Ventilbetätigungssystem oder durch ein Aktuator- oder Betätigungssystem für variable Ventilzeiteinstellung gesteuert werden. Wie anhand von 6 und 12 weiter ausgeführt ist, kann eine Nockenzeiteinstellung (durch Verstellen des VCT-Systems nach früh oder spät) nachgestellt werden, um eine Gemischverdünnung in Abstimmung mit einer AGR-Strömung und/oder mit einer Direkteinspritzung eines Klopfregelfluids nachzustellen und dadurch AGR-Übergangszustände zu verringern und die Motorleistung zu verbessern.
• Der Zylinder 14 kann ein Verdichtungsverhältnis, d. h. das Verhältnis der Volumina, wenn der Kolben 138 beim unteren Totpunkt ist, zu dem, wenn er am oberen Totpunkt ist, aufweisen. Herkömmlich liegt das Verdichtungsverhältnis in dem Bereich von 9:1 zu 10:1. Allerdings kann das Verdichtungsverhältnis in einigen Beispielen, in denen andere Kraftstoffe verwendet werden, erhöht sein. Dies kann z. B. geschehen, wenn Kraftstoffe mit höherer Oktanzahl oder Kraftstoffe mit höherer latenter Verdampfungsenthalpie verwendet werden. Das Verdichtungsverhältnis kann ebenfalls erhöht sein, falls wegen ihrer Wirkung auf das Motorklopfen eine Direkteinspritzung verwendet wird.
• In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Motors 10 eine Zündkerze 192 zum Initiieren der Verbrennung enthalten. Das Zündsystem 190 kann unter ausgewählten Betriebsarten in Reaktion auf ein Signal SA für die Verstellung des Zündfunkens nach früh vom Controller 12 über eine Zündkerze 192 einen Zündfunken für die Verbrennungskammer 14 bereitstellen. Allerdings kann die Zündkerze 192 in einigen Ausführungsformen, wie etwa, wenn der Motor 10 die Verbrennung durch Selbstzündung oder durch Einspritzen von Kraftstoff, wie es bei einigen Dieselmotoren der Fall sein kann, initiieren kann, weggelassen sein.
• In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Motors 10 mit einer oder mit mehreren Einspritzeinrichtungen zum Bereitstellen eines Klopfregelfluids dafür konfiguriert sein. In einigen Ausführungsformen kann das Klopfregelfluid ein Kraftstoff sein, wobei die Einspritzeinrichtung auch als eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung bezeichnet wird. Als ein nicht einschränkendes Beispiel ist der Zylinder 14 gezeigt, der eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung 166 enthält. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 166 ist direkt mit dem Zylinder 14 gekoppelt gezeigt, um proportional zu der Impulsbreite eines über den elektronischen Treiber 168 von dem Controller 12 empfangenen Signals FPW Kraftstoff darein einzuspritzen. Auf diese Weise stellt die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 166 etwas bereit, das als Direkteinspritzung (im Folgenden auch als „DI“ bezeichnet) von Kraftstoff in den Verbrennungszylinder 14 bekannt ist. Obwohl 1 eine Einspritzeinrichtung 166 als eine seitliche Einspritzeinrichtung zeigt, kann sie sich ebenfalls über dem Kolben wie etwa in der Nähe der Stelle der Zündkerze 192 befinden. Wegen der niedrigeren Flüchtigkeit einiger Kraftstoffe auf Alkoholgrundlage kann eine solche Stellung die Mischung und Verbrennung verbessern, wenn der Motor mit einem Kraftstoff auf Alkoholgrundlage betrieben wird. Alternativ kann sich die Einspritzeinrichtung über dem und in der Nähe des Einlassventils befinden, um die Mischung zu verbessern. An die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 166 kann von einem Hochdruckkraftstoffsystem 8, das Kraftstofftanks, Kraftstoffpumpen und ein Kraftstoffverteilerrohr enthält, Kraftstoff geliefert werden. Alternativ kann Kraftstoff durch eine einstufige Kraftstoffpumpe mit niedrigerem Druck geliefert werden, wobei in diesem Fall die Zeiteinstellung der Kraftstoffdirekteinspritzung während des Verdichtungstakts beschränkter sein kann, als wenn ein Hochdruckkraftstoffsystem verwendet wird. Obwohl dies nicht gezeigt ist, können die Kraftstofftanks ferner einen Druckgeber aufweisen, der ein Signal an den Controller 12 liefert. Es wird gewürdigt werden, dass die Einspritzeinrichtung 166 in einer alternativen Ausführungsform eine Einzeleinspritzeinrichtung sein kann, die Kraftstoff einlassseitig des Zylinders 14 in die Einlassöffnung liefert.
• Während der Motor in einer Ausführungsform durch Einspritzen des variablen Kraftstoff- oder Klopfregelfluidgemischs über eine einzelne Direkteinspritzeinrichtung betrieben werden kann, wird außerdem gewürdigt werden, dass der Motor in alternativen Ausführungsformen unter Verwendung zweier Einspritzeinrichtungen (einer Direkteinspritzeinrichtung 166 und einer Einzeleinspritzeinrichtung) betrieben werden kann und dass eine relative Menge der Einspritzung von jeder Einspritzeinrichtung variiert werden kann.
• Der Kraftstoff kann während eines einzelnen Zyklus des Zylinders durch die Einspritzeinrichtung an den Zylinder geliefert werden. Ferner kann die Verteilung und/oder die relative Menge des Kraftstoffs oder des Klopfregelfluids, der bzw. das von der Einspritzeinrichtung geliefert wird, wie im Folgenden beschrieben mit den Betriebsbedingungen wie etwa mit der Luftladungstemperatur variieren. Darüber hinaus können für ein einzelnes Verbrennungsereignis mehrere Einspritzungen des gelieferten Kraftstoffs pro Zyklus ausgeführt werden. Die mehreren Einspritzungen können während des Verdichtungstakts, während des Ansaugtakts oder während irgendwelcher geeigneten Kombinationen davon ausgeführt werden.
• Wie oben beschrieben wurde, zeigt 1 nur einen Zylinder eines Mehrzylindermotors. Somit kann jeder Zylinder ähnlich seinen eigenen Satz Einlass-/Auslassventile, Kraftstoffeinspritzeinrichtung(en), eine Zündkerze usw. enthalten.
• Die Kraftstofftanks im Kraftstoffsystem 8 können Kraftstoff oder Klopfregelfluide mit verschiedenen Qualitäten wie etwa verschiedenen Zusammensetzungen enthalten. Diese Unterschiede können einen unterschiedlichen Alkoholgehalt, einen unterschiedlichen Wassergehalt, eine unterschiedliche Oktanzahl, unterschiedliche Verdampfungswärmen, unterschiedliche Kraftstoffmischungen, unterschiedliche Wassergehalte und/oder Kombinationen davon usw. enthalten. In einem Beispiel könnten Klopfregelfluide mit unterschiedlichen Alkoholgehalten einen Kraftstoff, der Benzin ist, und den anderen, der Ethanol oder Methanol ist, enthalten. In einem weiteren Beispiel kann der Motor Benzin als eine erste Substanz und einen Alkohol, der eine Kraftstoffmischung wie etwa E85 (das näherungsweise 85 % Ethanol und 15 % Benzin ist) oder M85 (das näherungsweise 85 % Methanol und 15 % Benzin ist) als eine zweite Substanz enthält, verwenden. Andere alkoholhaltige Kraftstoffe könnten ein Gemisch von Alkohol und Wasser, ein Gemisch von Alkohol, Wasser und Benzin usw. sein. In einem nochmals weiteren Beispiel können beide Kraftstoffe Alkoholmischungen sein, wobei der erste Kraftstoff eine Benzin-Alkohol-Mischung mit einem niedrigeren Anteil von Alkohol als eine Benzin-Alkohol-Mischung eines zweiten Kraftstoffs mit einem höheren Anteil von Alkohol wie etwa E10 (das näherungsweise 10 % Ethanol ist) als ein erster Kraftstoff und E85 (das näherungsweise 85 % Ethanol ist) als ein zweiter Kraftstoff sein kann. Außerdem können sich der erste und der zweite Kraftstoff auch in Bezug auf andere Kraftstoffqualitäten wie etwa eine Differenz der Temperatur, der Viskosität, der Oktanzahl, der latenten Verdampfungsenthalpie usw. unterscheiden.
• Darüber hinaus können die Kraftstoffeigenschaften des in dem Kraftstofftank gelagerten Kraftstoffs oder Klopfregelfluids häufig variieren. In einem Beispiel kann ein Fahrer den Kraftstofftank an einem Tag mit E85 und am nächsten mit E10 und am nächsten mit E50 nachfüllen. Somit können die täglichen Änderungen der Tanknachfüllung zu sich häufig ändernden Kraftstoffzusammensetzungen führen, wodurch die durch die Einspritzeinrichtung 166 gelieferte Kraftstoffzusammensetzung beeinflusst wird.
• Ferner kann der Motor einen oder mehrere Abgasrückführungskanäle zum Zurückführen eines Teils des Abgases von dem Motorauslass zu dem Motoreinlass enthalten. Somit kann durch Zurückführung eines Teils des Abgases eine Magerverbrennung bewirkt werden, die die Motorleistung durch Verringern des Motorklopfens, der Zylinderspitzenverbrennungstemperaturen und -drücke, der Drosselverluste und der NOx-Emissionen verbessern kann. In der gezeigten Ausführungsform kann Abgas vom Auslasskanal 148 über den AGR-Kanal 141 zum Einlasskanal 144 zurückgeführt werden. Die Menge der an den Einlasskanal 148 gelieferten AGR kann durch den Controller 12 über ein AGR-Ventil 143 variiert werden. Ferner kann ein AGR-Sensor 145 innerhalb des AGR-Kanals angeordnet sein und eine Angabe des Drucks und/oder der Temperatur und/oder der Konzentration des Abgases liefern.
• Obwohl die Ausführungsform aus 1 zeigt, dass über einen zwischen den Motoreinlass einlassseitig des Turboladerkompressors und den Motorauslass auslassseitig der Turbine gekoppelten LP-AGR-Kanal eine Niederdruck-AGR (LP-AGR) bereitgestellt wird, wird gewürdigt werden, dass der Motor in alternativen Ausführungsformen so konfiguriert sein kann, dass er ebenfalls über einen zwischen den Motoreinlass auslassseitig des Kompressors und den Motorauslass einlassseitig der Turbine gekoppelten HP-AGR-Kanal eine Hochdruck-AGR (HP-AGR) bereitstellen kann. In einem Beispiel kann eine HP-AGR-Strömung unter Bedingungen wie etwa der Abwesenheit eines durch den Turbolader gelieferten Ladedrucks bereitgestellt werden, während eine LP-AGR-Strömung während Bedingungen wie etwa in Anwesenheit eines Turbolader-Ladedrucks und/oder, wenn eine Abgastemperatur über einem Schwellenwert liegt, bereitgestellt werden kann. Wenn unterschiedliche HP-AGR- und LP-AGR-Kanäle enthalten sind, können die jeweiligen AGR-Strömungen über Nachstellungen für jeweilige AGR-Ventile gesteuert werden.
• Somit ist die AGR ein Verdünnungsmittel, das verwendet werden kann, um eine Menge an Gemischverdünnung bereitzustellen. In dem Motorsystem können nochmals andere Gemischverdünnungsmittel enthalten sein, wobei jedes Verdünnungsmittel dafür konfiguriert ist, die Luft- und Kraftstoffladung in dem Zylinder zu verdünnen. Als nicht einschränkende Beispiele kann das Motorsystem dafür konfiguriert sein, ein Verdünnungsmittel wie etwa Wasser oder einen anderen nicht brennbaren Stoff, der Raum in dem Zylinder einnehmen kann und Verbrennungswärme aufnehmen kann, direkt einzuspritzen. In einem nochmals anderen Beispiel kann der Controller dafür konfiguriert sein, eine Magerverbrennung durch Nachstellen einer Ventilzeiteinstellung (z. B. über Nachstellungen einer VVT- oder VCT-Einstellung) bereitzustellen, um dadurch eine Menge der Abgasreste nachzustellen. Genauer kann die nachgestellte Ventilzeiteinstellung einen Anteil der Abgase variieren, die in dem Zylinder gehalten oder eingefangen werden, wodurch die Zylinderverdünnung beeinflusst wird. Andere Verdünnungsmittel könnten Alkohol plus Wasser wie etwa wässriges Ethanol (z. B. Scheibenwischerfluid) oder Feuchtigkeit (Wasser aus der Luft) oder eine Kraftstoffanreicherung enthalten. Wie anhand von 2-3 weiter ausgeführt ist, kann ein Controller auf der Grundlage von Motorbetriebsbedingungen eines oder mehrere Verdünnungsmittel verwenden, um eine gewünschte Menge an Gemischverdünnung bereitzustellen. Die Kombination von Verdünnungsmitteln kann auf der Grundlage der Verbrennungsstabilitätsgrenzen der verschiedenen Verdünnungsmittel ausgewählt werden. Somit kann sich der Verbrennungsstabilitätsgrenzwert der Verdünnungsmittel auf Grenzwerte beziehen, jenseits deren eine erhöhte Wahrscheinlichkeit verschlechterter Verbrennung einschließlich teilweiser Verbrennungen, Fehlzündungen, erhöhter Abgasemissionen und/oder verringerter Drehmomentausgabe von dem Zylinder bestehen kann.
• Der Controller 12 ist in 1 als ein Mikroprozessor gezeigt, der eine Mikroprozessoreinheit 106, Eingabe/Ausgabe-Ports 108, ein elektronisches Ablagemedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, das in diesem besonderen Beispiel als Nur-Lese-Speicherchip 110 gezeigt ist, einen Schreib-Lese-Speicher 112, einen Haltespeicher 114 und einen Datenbus enthält. Außer den zuvor diskutierten Signalen kann der Controller 12 verschiedene Signale von mit dem Motor 10 gekoppelten Sensoren einschließlich der Messung der eingeführten Luftmassenströmung (MAF) von dem Luftmassenströmungssensor 122; der Motorkühlmitteltemperatur (ECT) von dem mit der Kühlhülse 118 gekoppelten Temperatursensor 116; eines Profilzündungsabnahmesignals (PIP) von dem mit der Kurbelwelle 140 gekoppelten Hall-Effekt-Sensor 120 (oder einem anderen Typ); der Drosselstellung (TP) von einem Drosselstellungssensor; und eines Krümmerabsolutdrucksignals (MAP) von dem Sensor 124 empfangen. Aus dem Signal PIP kann durch den Controller 12 ein Motordrehzahlsignal, RPM, erzeugt werden. Das Krümmerdrucksignal MAP von einem Krümmerdrucksensor kann dafür verwendet werden, eine Angabe des Unterdrucks oder des Drucks in dem Einlasskrümmer zu liefern. Nochmals andere Sensoren können Kraftstoffpegelsensoren und Kraftstoffzusammensetzungssensoren enthalten, die mit dem einen oder mit den mehreren Kraftstofftanks des Kraftstoffsystems gekoppelt sind.
• Der Ablagemedium-Nur-Lese-Speicher 110 kann mit computerlesbaren Daten programmiert sein, die Anweisungen repräsentieren, die durch den Prozessor 106 ausgeführt werden, um die im Folgenden beschriebenen Verfahren sowie andere Varianten, die erwartet werden, aber nicht spezifisch aufgeführt sind, auszuführen.
• Auf diese Weise ermöglicht das System aus 1 ein Verfahren zum Betreiben eines Motors, bei dem durch Kombinieren mehrerer Gemischverdünnungsmittel, wobei die Verdünnungsmittel auf der Grundlage jeweiliger Verbrennungsstabilitätsgrenzwerte ausgewählt werden, eine gewünschte Magerverbrennung bereitgestellt wird.
• Nunmehr übergehend zu 2A-2B ist ein beispielhaftes Verfahren 200 zum Kombinieren eines oder mehrerer Verdünnungsmittel, um auf der Grundlage des Verbrennungsstabilitätsgrenzwerts jedes Verdünnungsmittels das Motorklopfen zu behandeln, gezeigt. Genauer ermöglicht das Verfahren eine Kombination von Verdünnungsmitteln auszuwählen, um Vorwärtskopplungsklopfen zu behandeln, und stellt daraufhin das Rückkopplungsklopfen mit einem Klopfregelfluid nach.
• Bei 202 enthält das Verfahren das Schätzen und/oder Messen von Motorbetriebsbedingungen. Diese können z. B. die Motordrehzahl, das gewünschte Drehmoment, den MAP, den BP, die ECT, die Katalysatortemperatur, die Einlasstemperatur, die Zündfunkenzeiteinstellung, den Ladedruck usw. enthalten. Bei 204 kann auf der Grundlage der geschätzten Motorbetriebsbedingungen eine Vorwärtskopplungswahrscheinlichkeit des Motorklopfens bestimmt werden. Bei 206 kann auf der Grundlage der geschätzten Motorbetriebsbedingungen sowie der bestimmten Vorwärtskopplungswahrscheinlichkeit des Klopfens eine gewünschte Gemischverdünnung bestimmt werden. Das heißt, es wird eine Gemischverdünnung bestimmt, die erforderlich ist, um das erwartete Klopfen zu behandeln.
• Bei 208 enthält das Verfahren das Bestimmen der Verdünnungsmittel, die unter den gegebenen Motorbetriebsbedingungen verfügbar sind. Dies kann das Bestimmen des Wesens der verfügbaren Verdünnungsmittel sowie der Menge jedes verfügbaren Verdünnungsmittels enthalten. In einem Beispiel können die verfügbaren Verdünnungsmittel auf der Grundlage von Motor-Drehzahl-Last-Bedingungen abgebildet und in dem Controller gespeichert werden. Wie zuvor weiter ausgeführt wurde, können sich die Gemischverdünnungsmittel z. B. auf einen nicht brennbaren Stoff beziehen, der Platz in dem Zylinder einnehmen kann und Verbrennungswärme aufnehmen kann. Die verschiedenen verfügbaren Verdünnungsmittel können z. B. zurückgeführtes Abgas (AGR), Wasser, einen oder mehrere Alkohole wie etwa Methanol und Ethanol, eine Änderung der variablen Nockenzeiteinstellung (VCT), eine Änderung der Ventilzeiteinstellung, eine Magerverbrennung usw. enthalten.
• Bei 210 kann ein Verbrennungsstabilitätsgrenzwert jedes verfügbaren Verdünnungsmittels bestimmt werden. Ein Verbrennungsstabilitätsgrenzwert jedes Verdünnungsmittels kann auf einem Typ des Verdünnungsmittels, z. B. darauf, ob das Verdünnungsmittel ein flüssiges Verdünnungsmittel oder ein gasförmiges Verdünnungsmittel ist, beruhen. Als ein weiteres Beispiel kann bestimmt werden, ob das Verdünnungsmittel die AGR oder direkt eingespritztes Wasser oder eine nachgestellte VCT-Einstellung ist. Ferner kann der Verbrennungsstabilitätsgrenzwert eines Verdünnungsmittels auf einer Konzentration jedes Elementarbestandteils des Verdünnungsmittels beruhen. Zum Beispiel beruht ein Verbrennungsstabilitätsgrenzwert des Verdünnungsmittels AGR auf einer Kohlendioxidkonzentration, auf einer Stickstoffkonzentration und auf einer Wasserkonzentration des zurückgeführten Abgases. Als ein weiteres Beispiel beruht ein Verbrennungsstabilitätsgrenzwert der Gemischverdünnung von der Magerverbrennung sowohl auf einer Stickstoffkonzentration als auch auf einer Sauerstoffkonzentration der Magerverbrennung. Als ein nochmals weiteres Beispiel beruht ein Verbrennungsstabilitätsgrenzwert der Feuchtigkeit auf dem Wassergehalt. Wie im Folgenden weiter ausgeführt ist, kann somit ein Verbrennungsstabilitätsgrenzwert der Kombination auf der Grundlage der Gesamtkonzentration der verschiedenen in der Kombination vorhandenen Elementarbestandteile berechnet werden, wenn eine Kombination von Verdünnungsmitteln verwendet wird.
• In einem Beispiel kann ein erstes Verdünnungsmittel (oder eine erste Gruppe von Verdünnungsmitteln) auf der Grundlage von Motor-Drehzahl-Last-Bedingungen abgebildet werden und können die Verbrennungsstabilitätsgrenzwerte (oder Toleranzgrenzwerte) sowie andere Verbrennungsparameter der verbleibenden Verdünnungsmittel auf der Grundlage der abgebildeten Daten (einschließlich des Verbrennungsstabilitätsgrenzwerts und anderer Verbrennungsparameter) des ersten Verdünnungsmittels (oder der ersten Gruppe von Verdünnungsmitteln) gefolgert oder extrapoliert werden. Somit kann dies die Menge der erforderlichen Motorkennfelderstellungs- und -kalibrierungsarbeit verringern.
• Bei 212 enthält das Verfahren das Auswählen eines ersten Verdünnungsmittels, um die gewünschte Gemischverdünnung bereitzustellen. Daraufhin kann bei 214 eine Menge des ersten Verdünnungsmittels bestimmt werden, das erforderlich ist, um die gewünschte Verdünnung bereitzustellen. Wie anhand von 3 weiter ausgeführt ist, enthält das Auswählen des ersten Verdünnungsmittels das Auswählen eines ersten Verdünnungsmittels, das den höchsten Verbrennungsstabilitätsgrenzwert aufweist, um wenigstens einen Teil der gewünschten Gemischverdünnung bereitzustellen. Nachdem das erste Verdünnungsmittel seinen ersten Verbrennungsstabilitätsgrenzwert erreicht hat oder falls das erste Verdünnungsmittel nicht die gesamte gewünschte Gemischverdünnung bereitstellen kann, kann daraufhin ein zweites Verdünnungsmittel mit einem zweiten Verdünnungsstabilitätsgrenzwert, der niedriger als der erste Verdünnungsstabilitätsgrenzwert ist (z. B. ein Verdünnungsmittel mit einem zweithöchsten Verbrennungsstabilitätsgrenzwert), ausgewählt werden, um einen Rest der gewünschten Gemischverdünnung bereitzustellen. Gleichfalls können zusätzliche Verdünnungsmittel in der Reihenfolge eines abnehmenden Verbrennungsstabilitätsgrenzwerts (oder -bereichs) ausgewählt werden, bis die gewünschte Verdünnung bereitgestellt wird.
• Bei 216 kann bestimmt werden, ob die geforderte Menge des ersten Verdünnungsmittels, um die gewünschte Gemischverdünnung bereitzustellen, verfügbar ist. Falls das erste ausgewählte Verdünnungsmittel z. B. die AGR ist, kann eine Menge der AGR (z. B. eine Menge „X“) bestimmt werden, die erforderlich ist, um die gewünschte Verdünnung bereitzustellen, und kann bestätigt werden, ob die erforderliche Menge der AGR verfügbar ist. Falls ja, kann bei 218 die gewünschte Verdünnung durch Liefern (z. B. Einspritzen) der gewünschten Menge (z. B. der Menge „X“) des ersten Verdünnungsmittels bereitgestellt werden. Hier wird die gewünschte Verdünnung allein durch das ausgewählte erste Verdünnungsmittel bereitgestellt. Das heißt, die Vorwärtskopplungsangabe des Klopfens wird durch Verdünnen des Motors mit dem ersten Verdünnungsmittel behandelt. Wie im Folgenden weiter ausgeführt ist, geht das Verfahren daraufhin zu 230 über, um zu bestimmen, ob es eine Rückkopplungsangabe des Klopfens gibt, und um dementsprechende Milderungsschritte zu ergreifen.
• Falls die geforderte Menge an Verdünnungsmittel nicht verfügbar ist, kann bei 220 die verfügbare Menge des ersten Verdünnungsmittels (z. B. die Menge „Y“) geliefert (z. B. eingespritzt) werden. Die gewünschte Verdünnung wird hier teilweise durch das ausgewählte erste Verdünnungsmittel bereitgestellt. Daraufhin kann die verbleibende Menge (z. B. „Y-X“) entsprechender Gemischverdünnung durch eines oder mehrere weitere Verdünnungsmittel bereitgestellt werden. Dementsprechend können bei 224 eines oder mehrere zusätzliche Verdünnungsmittel ausgewählt werden, um die gewünschte Verdünnung bereitzustellen. Wie anhand von 3 weiter ausgeführt ist, kann dies das Auswählen von Verdünnungsmitteln in abnehmender Reihenfolge der Verbrennungsstabilität und/oder das Auswählen eines zweiten Verdünnungsmittels, nachdem das erste Verdünnungsmittel seinen Verbrennungsstabilitätsgrenzwert erreicht hat, das Auswählen eines dritten Verdünnungsmittels, nachdem das zweite Verdünnungsmittel seinen Verbrennungsstabilitätsgrenzwert erreicht hat, usw. enthalten. Nachfolgend kann bei 226 eine Menge jedes ausgewählten (zusätzlichen) Verdünnungsmittels auf der Grundlage des Verbrennungsstabilitätsgrenzwerts jedes Verdünnungsmittels in der Kombination sowie auf der Grundlage der gelieferten (oder eingespritzten) Menge des ersten Verdünnungsmittels nachgestellt werden.
• Wie anhand von 5 weiter ausgeführt ist, kann zusätzlich ein Verhältnis jedes der ausgewählten Verdünnungsmittel auf der Grundlage des Verbrennungsstabilitätsgrenzwerts jedes Verdünnungsmittels in der Kombination sowie verschiedener Motorbetriebsbeschränkungen nachgestellt werden. Diese können z. B. Einschränkungen an die Abgasemissionen (z. B. Partikelemissionen), Motorkomponenten-Temperatureinschränkungen (z. B. Abgastemperaturbeschränkungen), Beschränkungen in Bezug auf anomale Verbrennungsereignisse (z. B. Vorentflammung) usw. enthalten. Auf der Grundlage dieser Beschränkungen kann ein Verhältnis der ausgewählten Verdünnungsmittel nachgestellt werden. Zum Beispiel kann die Menge eines anfangs ausgewählten Verdünnungsmittels verringert werden, während die Menge eines alternativen Verdünnungsmittels erhöht werden kann, um Partikelemissionen unter den gegebenen Motor-Drehzahl-Last-Bedingungen zu verringern. Bei 228 kann die gewünschte Gemischverdünnung durch Liefern der nachgestellten Mengen (und Verhältnisse) des einen oder der mehreren ausgewählten Verdünnungsmittel bereitgestellt werden.
• Somit beruht die gewünschte Gemischverdünnung auf einer Vorwärtskopplungsangabe des Klopfens und kann der Controller in Reaktion auf eine Rückkopplungsangabe des Klopfens ein Klopfregelfluid weiter einspritzen und einen Verbrennungsstabilitätsgrenzwert der AGR und die Gemischverdünnung auf der Grundlage des eingespritzten Klopfregelfluids nachstellen. Nachdem die gewünschte Verdünnung (nur über das erste Verdünnungsmittel bei 218 oder über die Kombination von Verdünnungsmitteln bei 228) bereitgestellt worden ist, kann genauer bei 230 bestimmt werden, ob es eine Angabe eines Rückkopplungsklopfens gibt. Das heißt, es kann bestimmt werden, ob der Motor gegenwärtig klopft. In einem Beispiel kann das Rückkopplungsklopfen durch einen mit dem Motor gekoppelten Klopfsensor bestimmt werden. Falls kein Rückkopplungsklopfen aufgetreten ist, kann die Routine enden. Das heißt, falls kein Rückkopplungsklopfen angegeben wird, kann der Motor mit oder ohne Gemischverdünnungsmitteln, die geliefert werden, um die erwartete Menge an Klopfen zu behandeln, weiter betrieben werden. Falls ein Rückkopplungsklopfen bestimmt wird, kann bei 232 die Zündfunkenzeiteinstellung nach spät verstellt werden und/oder ein Klopfregelfluid eingespritzt werden, um das Klopfen zu behandeln. Das Klopfregelfluid kann einen Kraftstoff mit einem hochwirksamen Oktangehalt, z. B. einen Alkohol, enthalten. Verschiedene von dem Motorsystem aus 1 verwendete Klopfregelfluide können z. B. Ethanol, Methanol, Benzin, Wasser und Kombinationen davon enthalten. Der effektive Oktangehalt des Klopfregelfluids kann auf der inhärenten Oktanzahl des Fluids, auf einer Verdünnungswirkung des Fluids sowie auf einer Verdampfungswirkung des Fluids beruhen. Somit kann z. B. in Reaktion auf ein Rückkopplungsklopfen eine Ethanolkraftstoffmischung (wie etwa E85) direkt in einen Zylinder eingespritzt werden, um die inhärent hohe Oktanzahl des Kraftstoffs (den inhärent hohen Oktangehalt) und die Ladungskühlwirkung des Ethanolkraftstoffs (den hohen Verdampfungsoktangehalt) zu nutzen.
• Die Menge der verwendeten Verstellung des Zündfunkens nach spät, die Menge des eingespritzten Klopfregelfluids sowie ein Verhältnis der Verstellung des Zündfunkens nach spät zum eingespritzten Klopfregelfluid können auf dem effektiven Oktangehalt und auf der Verdünnungswirkung des eingespritzten Klopfregelfluids sowie auf dem durch die Verstellung des Zündfunkens nach spät zugezogenen Kraftstoffnachteil beruhen. Zum Beispiel kann es auf der Grundlage der Motorbetriebsbedingungen kraftstoffeffizienter sein, das Rückkopplungsklopfen während einiger Bedingungen nur durch Verstellung des Zündfunkens nach spät zu behandeln, während es unter anderen Bedingungen kraftstoffeffizienter sein kann, das Rückkopplungsklopfen nur mit einer Klopfregelfluideinspritzung zu behandeln. Während nochmals anderer Bedingungen kann es kraftstoffeffizienter sein, bis zu einer Schwellenmenge der Verstellung des Zündfunkens nach spät den Zündfunken zu verstellen und daraufhin ein Klopfregelfluid einzuspritzen.
• Nachdem die bestimmte Menge an Verstellung des Zündfunkens nach spät und/oder Klopfregelfluid zum Behandeln des Rückkopplungsklopfens verwendet worden ist, können bei 234 die Verbrennungsstabilitätsgrenzwerte der verfügbaren Verdünnungsmittel nachgestellt werden. Zum Beispiel kann der Verbrennungsstabilitätsgrenzwert für die als ein Verdünnungsmittel verwendete AGR nachgestellt werden, um potentielle AGR-Übergangszustände und Drehmomentübergangszustände zu kompensieren.
• Auf diese Weise kann das Motorklopfen unter Verwendung eines oder mehrerer Gemischverdünnungsmittel behandelt werden, wobei die Kombination der Verdünnungsmittel auf der Grundlage der Verbrennungsstabilitätsgrenzwerte der Verdünnungsmittel ausgewählt wird. Dies kann ermöglichen, dass die gewünschte Verdünnung bereitgestellt wird, ohne Verbrennungseinschränkungen oder Drehmomentübergangszustände zu erleiden. Ferner können die Motorkennfelderstellung und -kalibrierung vereinfacht werden.
• Nun übergehend zu 3 ist ein beispielhaftes Verfahren 300 zum Auswählen und Kombinieren eines oder mehrerer Verdünnungsmittel auf der Grundlage ihrer Verbrennungsstabilitätsgrenzwerte zum Bereitstellen einer gewünschten Menge an Gemischverdünnung gezeigt.
• Bei 302 enthält das Verfahren das Bestimmen des Verbrennungsstabilitätsgrenzwerts jedes verfügbaren Verdünnungsmittels. Wie zuvor anhand von 2 weiter ausgeführt wurde, enthält dies das Bestimmen des Verbrennungsstabilitätsgrenzwerts jedes Verdünnungsmittels auf der Grundlage des Wesens des Verdünnungsmittels sowie der Elementarzusammensetzung des Verdünnungsmittels. Zum Beispiel kann der Verbrennungsstabilitätsgrenzwert der AGR in Abhängigkeit von der CO₂-, der N₂- und der Wasserkonzentration der AGR bestimmt werden.
• Nachfolgend kann bei 304 das Verdünnungsmittel mit dem höchsten Verbrennungsstabilitätsgrenzwert als das erste Verdünnungsmittel zur Verwendung beim Bereitstellen einer gewünschten Gemischverdünnung ausgewählt werden. Somit kann für zwei beliebige Verdünnungsmittel das Verdünnungsmittel mit dem höheren (oder höchsten) Verbrennungsstabilitätsgrenzwert als das erste Verdünnungsmittel ausgewählt werden, während das Verdünnungsmittel mit dem niedrigeren (oder zweithöchsten) Verbrennungsstabilitätsgrenzwert als das zweite Verdünnungsmittel ausgewählt werden kann. Ferner kann das ausgewählte Verdünnungsmittel außerdem den weitesten Verbrennungsstabilitätsbereich aufweisen. Zum Beispiel kann für zwei beliebige Verdünnungsmittel mit demselben Verbrennungsstabilitätsgrenzwert das Verdünnungsmittel mit dem weiteren Verbrennungsstabilitätsgrenzwert als das erste Verdünnungsmittel ausgewählt werden, während das Verdünnungsmittel mit dem engeren Verbrennungsstabilitätsgrenzwert als das zweite Verdünnungsmittel ausgewählt werden kann.
• Bei 306 kann bestimmt werden, ob die gewünschte Gemischverdünnung vollständig durch das erste ausgewählte Verdünnungsmittel bereitgestellt werden kann. Wie anhand von 2 weiter ausgeführt ist, kann z. B. eine Menge des ersten Verdünnungsmittels, die (unter den gegebenen Motorbetriebsbedingungen) erforderlich ist, um die gewünschte Verdünnung bereitzustellen, mit einer Menge des ersten Verdünnungsmittels, die (unter den gegebenen Motorbetriebsbedingungen) verfügbar ist, verglichen werden. Falls die erforderliche Menge des ersten Verdünnungsmittels verfügbar ist, kann die gewünschte Verdünnung nur durch das erste Verdünnungsmittel bereitgestellt werden. Falls ja, kann die Routine zu 312 übergehen, wo eine Menge des ausgewählten Verdünnungsmittels auf der Grundlage der Motorbetriebsbedingungen weiter nachgestellt werden kann. Wie anhand von 5 weiter ausgeführt wird, kann z. B. eine Anfangsmenge des ersten Verdünnungsmittels bestimmt werden und daraufhin die Menge auf der Grundlage der Motorbetriebsbeschränkung wie etwa des Abgaspartikelgehalts (Abgas-PM-Gehalts) und/oder der Abgastemperatur und/oder der Wahrscheinlichkeit einer Vorentflammung und/oder Drehmomenteinschränkungen nachgestellt werden. Daraufhin kann die nachgestellte Menge des ersten Verdünnungsmittels für den Motor bereitgestellt werden.
• Falls zurückkehrend zu 306 die gewünschte Verdünnung nur durch das erste Verdünnungsmittel nicht bereitgestellt werden kann, können bei 308 eines oder mehrere Verdünnungsmittel kombiniert werden. Genauer enthält das Verfahren, dass nach dem Auswählen eines ersten Verdünnungsmittels mit einem ersten, höheren Verbrennungsstabilitätsgrenzwert zum Bereitstellen wenigstens eines Teils der gewünschten Gemischverdünnung zusätzliche Verdünnungsmittel ausgewählt werden können. Als ein Beispiel kann der Controller, nachdem das erste Verdünnungsmittel den ersten Verbrennungsstabilitätsgrenzwert erreicht hat, ein zweites Verdünnungsmittel mit einem zweiten Verbrennungsstabilitätsgrenzwert auswählen, der niedriger als der erste Verbrennungsstabilitätsgrenzwert ist, um einen Rest der gewünschten Motorverbrennung bereitzustellen. Falls der Rest der gewünschten Motorverbrennung durch das zweite Verdünnungsmittel nicht bereitgestellt werden kann und/oder falls das zweite Verdünnungsmittel durch die Verbrennungsstabilität beschränkt wird, kann ein drittes Verdünnungsmittel mit einer dritten Verbrennungsstabilität, die niedriger sowohl als der erste als auch als der zweite Verbrennungsstabilitätsgrenzwert ist, ausgewählt werden usw.
• Wie weiter anhand des Beispiels von 4 ausgeführt wird, kann das erste Verdünnungsmittel in einem Beispiel die AGR enthalten, während das zweite Verdünnungsmittel direkt eingespritztes Wasser enthalten kann. Der erste Verbrennungsstabilitätsgrenzwert des ersten Verdünnungsmittels ist hier höher als der zweite Verbrennungsstabilitätsgrenzwert des zweiten Verdünnungsmittels. Außerdem kann der erste Verbrennungsstabilitätsgrenzwert des ersten Verdünnungsmittels ein weiterer Verbrennungsstabilitätsbereich als der zweite Verbrennungsstabilitätsgrenzwert des zweiten Verdünnungsmittels sein.
• Nachfolgend kann die Routine zu 312 übergehen, wo eine Menge und ein Verhältnis der ausgewählten Verdünnungsmittel auf der Grundlage von Motorbetriebsbeschränkungen weiter nachgestellt werden können. Wie anhand von 5 weiter ausgeführt wird, kann z. B. ein Anfangsverhältnis des ersten Verdünnungsmittels relativ zu dem zweiten Verdünnungsmittel bestimmt werden und kann daraufhin das Verhältnis des ersten Verdünnungsmittels und des zweiten Verdünnungsmittels auf der Grundlage des Verbrennungsstabilitätsgrenzwerts jedes Verdünnungsmittels in der Kombination sowie auf der Grundlage der Motorbetriebsbedingungen nachgestellt werden. Diese Beschränkungen können z. B. den Abgaspartikelgehalt (Abgas-PM-Gehalt) und/oder die Abgastemperatur und/oder die Wahrscheinlichkeit einer Vorentflammung und/oder Drehmomentbeschränkungen enthalten. Das Nachstellen des Verhältnisses kann z. B. während einer ersten Bedingung wie etwa während Operationen bei niedriger Last das Erhöhen der Luft als Verdünnungsmittel (d. h. einen Magerbetrieb des Motors) oder das Erhöhen der inneren AGR durch VCT-Mechanismen, da der Motor bei Bedingungen niedriger Last eine höhere Toleranz für magere und heiße AGR aufweist, enthalten. Im Vergleich dazu kann die Anpassung bei Bedingungen mittlerer Last das Verringern der Gemischverdünnung (z. B. das Verringern der Luft als Verdünnungsmittel) oder das Verringern der inneren AGR und das Erhöhen der gekühlten AGR enthalten. Bei Bedingungen hoher Last kann das Nachstellen das Verringern der AGR und das Erhöhen der Wassereinspritzung oder der Kraftstoffanreicherung als Verdünnungsmittel (z. B. das Erhöhen der Kraftstoffeinspritzung) zum Verringern der Klopfneigung und zum Abkühlen des Abgases und Senken der Verbrennungstemperaturen enthalten.
• Auf diese Weise können mehrere Gemischverdünnungsmittel kombiniert werden, um eine gewünschte Gemischverdünnung bereitzustellen. Ein Beispiel des Kombinierens verschiedener Verdünnungsmittel ist in dem beispielhaften Verfahren aus 4 gezeigt. Darin werden AGR und Direkteinspritzung von Wasser kombiniert, um eine gewünschte Gemischverdünnung zum Behandeln des Motorklopfens bereitzustellen.
• Bei 402 können Motorbetriebsbedingungen geschätzt und/oder gemessen werden. Bei 404 kann auf der Grundlage der Motorbetriebsbedingungen eine gewünschte Gemischverdünnung bestimmt werden. Wie zuvor anhand von 2 weiter ausgeführt wurde, enthält dies das Bestimmen einer Vorwärtskopplungswahrscheinlichkeit des Motorklopfens auf der Grundlage der geschätzten Motorbetriebsbedingungen und das Bestimmen einer Gemischverdünnung, die erforderlich ist, um die Vorwärtskopplungswahrscheinlichkeit des Motorklopfens zu behandeln.
• In dem gezeigten Verfahren kann die AGR als das erste Verdünnungsmittel ausgewählt werden und kann direkt eingespritztes Wasser als das zweite Verdünnungsmittel ausgewählt werden. Dementsprechend kann bei 406 eine erste Menge der AGR bestimmt werden, die bereitgestellt werden kann, um die gewünschte Gemischverdünnung zu erfüllen. Die erste Menge der AGR kann auf der Grundlage der geschätzten Motorbetriebsbedingungen und eines ersten Verbrennungsstabilitätsgrenzwerts der AGR bestimmt werden. Nachfolgend kann bei 408 bestimmt werden, ob die erste Menge der AGR ausreicht, um die gewünschte Verdünnung bereitzustellen. Wenn ja, kann die Routine enden und kann die gewünschte Verdünnung durch die erste Menge an AGR bereitgestellt werden. Wenn nicht, kann bei 410 eine zweite Menge an direkt eingespritztem Wasser bestimmt werden, um den Rest der gewünschten Verdünnung bereitzustellen. Die zweite Menge kann auf der ersten Menge an AGR und auf dem Verbrennungsstabilitätsgrenzwert der AGR sowie auf einem Verbrennungsstabilitätsgrenzwert des Wassers beruhen.
• Somit kann ein Controller in dem gezeigten Verfahren eine erste Menge an Abgas von einem Motorauslass zu einem Motoreinlass zurückführen und eine zweite Menge an Gemischverdünnungsmittel (hier Wasser) einspritzen, um eine gewünschte Gemischverdünnung bereitzustellen. Die zweite Menge kann hier auf einem Verbrennungsstabilitätsgrenzwert der ersten Menge an Abgas beruhen und ferner können die erste und die zweite Menge nachgestellt werden, um die gewünschte Gemischverdünnung bereitzustellen. In einem Beispiel kann der Controller die erste Menge an Abgas zurückführen, um wenigstens einen Teil der gewünschten Gemischverdünnung bereitzustellen, bis ein erster Verbrennungsstabilitätsgrenzwert der Abgasrückführung erreicht ist. Nachdem der erste Verbrennungsstabilitätsgrenzwert erreicht ist, kann der Controller daraufhin die zweite Menge des einen oder der mehreren nachfolgenden Gemischverdünnungsmittel einspritzen, um einen Rest der gewünschten Gemischverdünnung bereitzustellen. Der erste Verbrennungsstabilitätsgrenzwert der AGR ist hier höher als der zweite Verbrennungsstabilitätswert des zweiten Verdünnungsmittels (direkt eingespritztes Wasser). In einem alternativen Beispiel kann der erste Verbrennungsstabilitätsgrenzwert außerdem einen weiteren Bereich als der zweite Verbrennungsstabilitätsgrenzwert aufweisen.
• Obwohl das gezeigte Beispiel direkt eingespritztes Wasser als ein zweites Verdünnungsmittel verwendet, wird gewürdigt werden, dass das zweite Gemischverdünnungsmittel in einem alternativen Beispiel eine variable Nockenzeiteinstellung enthalten kann. Es können nochmals andere Gemischverdünnungsmittel wie etwa eine Gemischverdünnung, eine variable Ventilzeiteinstellung, Feuchtigkeit usw. verwendet werden.
• Weiter wird gewürdigt werden, dass die durch die Kombination ausgewählter Verdünnungsmittel bereitgestellte gewünschte Gemischverdünnung in dem gezeigten Verfahren auf einer Vorwärtskopplungsangabe des Klopfens beruht. Ein Controller kann ferner dafür konfiguriert sein, in Reaktion auf eine Rückkopplungsangabe des Klopfens ein Klopfregelfluid einzuspritzen und einen Verbrennungsstabilitätsgrenzwert der AGR und des einen oder der mehreren Gemischverdünnungsmittel auf der Grundlage des eingespritzten Klopfregelfluids nachzustellen.
• Nunmehr übergehend zu 5 ist ein beispielhaftes Verfahren 500 zum Nachstellen eines Verhältnisses der Mengen verschiedener zum Bereitstellen einer gewünschten Gemischverdünnung verwendeter Verdünnungsmittel auf der Grundlage einer oder mehrerer Motorbetriebsbeschränkungen gezeigt. Durch Nachstellen eines Verhältnisses auf der Grundlage der Beschränkungen kann die gewünschte Verdünnung bereitgestellt werden, ohne Abgasemissionen zu verschlechtern und während das Potential für AGR- und/oder Drehmomentübergangszustände verringert wird.
• Bei 502 kann eine Anfangskombination eines oder mehrerer Gemischverdünnungsmittel zur Bereitstellung der gewünschten Gemischverdünnung ausgewählt werden. Die Anfangskombination kann das Auswählen der Verdünnungsmittel aus einem Pool verfügbarer Verdünnungsmittel auf der Grundlage der Motorbetriebsbedingungen und der jeweiligen Verbrennungsstabilitätsgrenzwerte (der Verdünnungsmittel) enthalten.
• Bei 503 kann bestimmt werden, ob es irgendwelche Drehmomentbeschränkungen gibt. In einem Beispiel können Drehmomentbeschränkungen bei Bedingungen niedriger Drehzahl und niedriger Last vorliegen. Für verbesserte Drehmomentleistung bei Bedingungen niedriger Drehzahl (RPM) kann der Controller die Verwendung des Magerbetriebs, der internen AGR und der gekühlten AGR als Verdünnungsmittel verringern und durch Wassereinspritzung für die Gemischverdünnung ersetzen. Die Wassereinspritzung stellt hier das Verdünnungsmittel zum Verringern von Verbrennungstemperaturen, zum Verringern einer Klopfneigung und zum Erhöhen des Liefergrads, um ein höheres Drehmoment zu erhalten, bereit. Um das Drehmoment zu verringern, kann der Controller den Betrieb mit einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis erhöhen oder durch VCT-Nachstellungen die interne AGR erhöhen. Somit ermöglichen diese zwei Aktionen die schnelle Nachstellung des Drehmoments durch das Verdünnungsmanagement. Falls Drehmomentbeschränkungen vorliegen, kann bei 510 ein Verhältnis der Verdünnungsmittel nachgestellt werden. Zum Beispiel kann eine Menge der AGR erhöht werden, während eine Menge des direkt eingespritzten Wassers verringert werden kann.
• Bei 504 kann bestimmt werden, ob es irgendwelche Abgastemperaturbeschränkungen gibt. In einem Beispiel können unter den Bedingungen hoher und sehr hoher Drehzahl und Last erhöhte Abgastemperaturen auftreten. Unter diesen Bedingungen kann die Verwendung der internen AGR/von Resten als ein Verdünnungsmittel zu erhöhten Abgastemperaturen führen. Im Gegensatz dazu kann direkt eingespritztes Wasser eine Ladungskühlwirkung bereitstellen, die zu niedrigeren Abgastemperaturen führt. Die Probleme erhöhter Abgastemperatur können außerdem zu Turboladerproblemen wegen erhöhter Turbineneinlasstemperaturen führen. Falls die Abgastemperaturbeschränkungen bestätigt werden, können sie durch Nachstellen des Verhältnisses der verwendeten Verdünnungsmittel bei 510 auf der Grundlage der Abgastemperaturbeschränkungen behandelt werden. Zum Beispiel kann eine Menge der AGR verringert werden, während eine Menge des direkt eingespritzten Wassers erhöht werden kann.
• Bei 505 kann bestimmt werden, ob es irgendwelche Partikelbeschränkungen (PM-Beschränkungen) gibt. In einem Beispiel können unter einigen ausgewählten Kombinationen aus Drehzahl-, Last- und Temperaturbedingungen erhöhte Partikelemissionen auftreten. Unter diesen Bedingungen kann die Verwendung einer Kraftstoffanreicherung als ein Verdünnungsmittel die PM-Emissionen erhöhen. Im Gegensatz dazu können direkt eingespritztes Wasser oder direkt eingespritzte Alkoholkraftstoffe inhärent niedrigere Niveaus an PM erzeugen. Bei 510 können die PM-Beschränkungen durch Nachstellen des Verhältnisses der ausgewählten Verdünnungsmittel auf der Grundlage der PM-Beschränkungen behandelt werden. Zum Beispiel kann eine Menge an Kraftstoffanreicherung verringert werden, während eine Menge an direkt eingespritztem Wasser erhöht werden kann.
• Bei 506 kann bestimmt werden, ob es eine Wahrscheinlichkeit der Vorentflammung gibt. In einem Beispiel kann eine Vorentflammung unter den Bedingungen niedriger Drehzahl und hoher Last auftreten. Unter diesen Bedingungen kann die Verwendung der internen AGR als ein Verdünnungsmittel das Auftreten der Vorentflammung erhöhen. Im Gegensatz dazu können direkt eingespritztes Wasser und/oder direkt eingespritzte Alkoholkraftstoffe eine Ladungskühlwirkung erzeugen, die das Auftreten einer Vorentflammung verringern kann. Somit können bei 510 die Vorentflammungsbeschränkungen durch Nachstellen des Verhältnisses der ausgewählten Verdünnungsmittel auf der Grundlage der Vorentflammungsbeschränkung behandelt werden. Zum Beispiel kann eine Menge der internen AGR verringert werden, während eine Menge des direkt eingespritzten Wassers erhöht werden kann.
• Bei 507 kann bestimmt werden, ob die Verdünnung bei einem Motorkaltstart (wie etwa, wenn ein Abgaskatalysator unter einer Anspringtemperatur ist) erforderlich ist. Um Motorkaltstartemissionen zu behandeln, kann während dieser Bedingungen eine kleine Menge an Erhöhung der heißen internen AGR erwünscht sein. Bei 510 können die Motorkaltstartbeschränkungen durch Nachstellen des Verhältnisses der ausgewählten Verdünnungsmittel behandelt werden. Zum Beispiel kann eine Menge der internen AGR erhöht werden, während eine Menge der Einspritzung von Wasser oder wasserhaltigem Ethanol verringert wird.
• Bei 508 kann bestimmt werden, ob es Beschränkungen der gekühlten AGR gibt. In einem Beispiel kann die gekühlte AGR unter Bedingungen niedriger Drehzahl und mittlerer Last beschränkt werden. Unter diesen Bedingungen kann die Direkteinspritzung eines Fluids wie etwa eines Ethanolkraftstoffs, von Wasser oder von Scheibenwischerfluid eine Verdünnungswirkung erzeugen, die die gewünschte Verdünnung schnell bereitstellen kann, während die gekühlte AGR beschränkt ist. Falls der Pegel gekühlter AGR unter den Bedingungen niedriger Drehzahl und mittlerer Last nicht so hoch wie angefordert ist, kann die gewünschte Verdünnung genauer durch direktes Einspritzen von Wasser (oder Ethanol) im Wesentlichen sofort bereitgestellt werden, während die AGR-Strömung erhöht wird. Somit kann bei 510 das Verhältnis der ausgewählten Verdünnungsmittel auf der Grundlage der Beschränkung kühlerer AGR nachgestellt werden. Zum Beispiel kann eine Menge der AGR verringert werden, während eine Menge des direkt eingespritzten Wassers erhöht werden kann.
• In einem Beispiel kann ein Controller in Reaktion auf eine Wahrscheinlichkeit des Klopfens die AGR als ein erstes ausgewähltes Verdünnungsmittel verwenden und eine erste Menge an Abgas über einen AGR-Kanal zurückführen, bis ein erster Verbrennungsstabilitätsgrenzwert der AGR erreicht ist. Nachdem der erste Verbrennungsstabilitätsgrenzwert erreicht ist, kann der Controller direkt eingespritztes Wasser als ein zweites Verdünnungsmittel verwenden und eine zweite Menge an Wasser in den Motorzylinder direkt einspritzen, bis ein zweiter Verbrennungsstabilitätsgrenzwert der Direkteinspritzung erreicht ist. Die erste und die zweite Menge können hier auf der Wahrscheinlichkeit des Klopfens und sowohl auf dem ersten als auch auf dem zweiten Verbrennungsstabilitätsgrenzwert beruhen.
• Daraufhin kann der Controller ein Verhältnis der ersten und der zweiten Menge auf der Grundlage einer Motorbetriebsbeschränkung nachstellen, wobei die Beschränkung einen Abgas-PM-Gehalt und/oder eine Abgastemperatur und/oder eine Wahrscheinlichkeit einer Vorentflammung und/oder eine Drehmomentbeschränkung enthält. Als ein Beispiel kann das Nachstellen das Erhöhen der zweiten Menge während des Verringerns der ersten Menge in Reaktion auf eine Vorentflammungsbeschränkung enthalten. Als ein weiteres Beispiel kann das Nachstellen das Erhöhen der ersten Menge während des Verringerns der zweiten Menge in Reaktion auf eine Abgastemperaturbeschränkung enthalten.
• Ferner kann der Controller dafür konfiguriert sein, in Reaktion auf eine Rückkopplungsangabe des Klopfens eine dritte Menge an Klopfregelfluid direkt in den Zylinder einzuspritzen. Daraufhin kann der Controller den ersten und den zweiten Verbrennungsstabilitätsgrenzwert der AGR bzw. des direkt eingespritzten Wassers auf der Grundlage der dritten Menge an eingespritztem Klopfregelfluid nachstellen.
• Auf diese Weise kann durch Nachstellen eines Verhältnisses ausgewählter Verdünnungsmittel auf der Grundlage ihrer jeweiligen Verbrennungsstabilitätsgrenzwerte sowie von Motorbetriebsbeschränkungen eine Gemischverdünnung mit verringerten Motorübergangszuständen und mit verringerten Abgasemissionen besser bereitgestellt werden.
• 6 veranschaulicht in dem Diagramm 600 die Verwendung verschiedener Gemischverdünnungsmittel beim Behandeln des Motorklopfens und beim Bereitstellen einer Gemischverdünnung. Insbesondere ändert sich das Diagramm 600 bei dem Graphen 602 in Bezug auf eine Menge an direkt eingespritztem Wasser, ändert es sich bei dem Graphen 604 in Bezug auf eine Menge des Abgases, das von einem Motorauslass zu einem Motoreinlass zurückgeführt wird, und ändert es sich bei 608 in Bezug auf eine variable Nockenzeiteinstellung (VCT-Einstellung), während sich eine gewünschte Gemischverdünnung bei dem Graphen 606 im Zeitverlauf ändert. Durch Nachstellen der Direkteinspritzung in Abstimmung mit der AGR-Strömung kann eine gewünschte Verdünnung bereitgestellt werden, während AGR-Übergangszustandssteuerprobleme verringert werden. Obwohl das gezeigte Beispiel unter Verwendung von Wasser als das Verdünnungsmittel dargestellt ist, wird gewürdigt werden, dass das Verdünnungsmittel in einem alternativen Beispiel Ethanol, Methanol, ein anderer Alkohol, Scheibenwischerfluid, Kombinationen davon oder ein alternatives nicht brennbares Fluid sein kann.
• Vor t1 kann auf der Grundlage der Motorbetriebsbedingungen (wie etwa einer Bedingung der Motordrehzahl und -last) eine gewünschte Verdünnung bestimmt werden. Auf der Grundlage der gewünschten Verdünnung können eine AGR-Strömung, eine VCT-Einstellung und eine Wassereinspritzmenge bestimmt werden. Bei t1 kann eine plötzliche Zunahme der Gemischverdünnung angefordert werden. Die Zunahme der AGR-Strömung kann wegen einer Vorwärtskopplungserwartung des Motorklopfens angefordert werden. Zum Beispiel kann die erhöhte Verdünnung während eines Pedaldrucks (der wiederum zu einem Drosselöffnen führt) wegen einer plötzlichen Erhöhung der Wahrscheinlichkeit eines Motorklopfens angefordert werden. Dementsprechend kann die AGR (wegen ihres höchsten Verbrennungsstabilitätsgrenzwerts) bei t1 als das erste Verdünnungsmittel ausgewählt werden und eine Menge der AGR-Strömung erhöht werden. In einem Beispiel kann die AGR-Strömung eine LP-AGR-Strömung sein, die über einen zwischen einen Motoreinlass einlassseitig eines Turboladerkompressors und einen Motorauslass auslassseitig einer Turboladerturbine gekoppelten LP-AGR-Kanal empfangen wird. Allerdings kann die AGR-Strömung in alternativen Beispielen eine HP-AGR-Strömung sein, die über einen zwischen den Motoreinlass auslassseitig eines Turboladerkompressors und den Motorauslass einlassseitig einer Turboladerturbine gekoppelten HP-AGR-Kanal empfangen wird. Die LP-AGR-Strömung kann durch die Betätigung eines LP-AGR-Ventils in dem LP-AGR-Kanal erhöht werden.
• Allerdings kann es von dem Zeitpunkt, zu dem das LP-AGR-Ventil betätigt wird, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die erhöhte AGR-Strömung erzielt und bei dem Zylinder empfangen wird, eine Verzögerung geben. Genauer kann die Verzögerung beim Mischen der AGR-Gase mit der Einlassluft zum Erzielen der gewünschten AGR-Menge/AGR-Strömung und bei der Ankunft der gemischten AGR-Strömung bei dem Zylinder zu AGR-Übergangszuständen führen, die den Motorwirkungsgrad vorübergehend verschlechtern können. Somit kann bei t1 während einer Erhöhung der AGR-Strömung (wie etwa von einer ersten Menge an AGR zu einer zweiten, höheren Menge an AGR) eine Direkteinspritzung einer Wassereinspritzung auf eine erste Wassereinspritzmenge erhöht werden, um die AGR-Übergangszustände und die dazugehörenden Gemischverdünnungsübergangszustände zu kompensieren. Das direkt eingespritzte Wasser wird hier auf der Grundlage seines Verbrennungsstabilitätsgrenzwerts als das zweite Verdünnungsmittel verwendet. Die im Wesentlichen sofortige Verdampfung des direkt eingespritzten Wassers kann eine im Wesentlichen sofortige Verdünnungswirkung in dem Zylinder bereitstellen, die die AGR-Übergangszustände kompensiert und die ermöglicht, dass die gewünschte Verdünnung im Wesentlichen sofort bereitgestellt wird. Die Menge der Direkteinspritzung von Wasser kann auf der Menge der AGR in der AGR-Strömung sowie auf der gewünschten Gemischverdünnung beruhen. Somit kann die Wassereinspritzung (z. B. auf eine zweite Wassereinspritzmenge, die niedriger als die erste Menge ist) verringert werden, während die AGR-Strömung allmählich zunimmt, so dass der gewünschte Gemischverdünnungspegel im Wesentlichen aufrechterhalten wird. Wie in dem Graphen 602 gezeigt ist, kann die Rate der Erhöhung der Wassereinspritzung schneller als die Rate der Verringerung der Wassereinspritzung sein. Durch Nachstellen und Koordinieren der Wassereinspritzung und der AGR-Strömung kann die gewünschte Verdünnung sofort bereitgestellt werden.
• Bei t2 kann die AGR durch die Verbrennungsstabilität beschränkt werden, während die Gemischverdünnungsanforderung aufrechterhalten wird. Somit kann der AGR-Pegel nach t2 auf oder knapp unter dem durch die Verbrennungsstabilität beschränkten Pegel aufrechterhalten werden. Der Mangel an Gemischverdünnung kann dann durch entsprechende Nachstellungen der VCT-Einstellungen bereitgestellt werden. Wie hier gezeigt ist, bleibt die Gemischverdünnungsanforderung zwischen t2 und t3 im Wesentlichen hoch. Während dieser Zeitdauer wird der AGR-Pegel aufrechterhalten, und während der Wasserdirekteinspritzungspegel abnimmt, kann die VCT-Einstellung erhöht werden, so dass die geforderte Verdünnung erfüllt wird.
• Bei t3 kann die geforderte Verdünnung in Reaktion auf eine Änderung der Motorbetriebsbedingungen abnehmen. In einem Beispiel kann die verringerte Verdünnung während einer Pedalwegnahme angefordert werden. In Reaktion auf die Verringerung der angeforderten Gemischverdünnung kann die Wassereinspritzung sofort verringert werden (um zu ermöglichen, dass ein sofortiger Abfall der Verdünnung auftritt), wonach die Wassereinspritzungsmenge allmählich erhöht werden kann. In einem Beispiel kann es wegen Klopfbedenken erwünscht sein, die Menge des direkt eingespritzten Wassers innerhalb eines oberen Schwellenwerts 601 und eines unteren Schwellenwerts 603 zu halten. Zu derselben Zeit, bei t2, kann die AGR-Strömung ebenfalls verringert werden. Ferner kann eine VCT-Einstellung auf der Grundlage der Änderung der Wasserdirekteinspritzung und ferner auf der Grundlage der Änderung der AGR-Strömung nachgestellt werden. Zum Beispiel kann während der Verringerung der bei t3 initiierten AGR-Strömung, wenn die geforderte Wassereinspritzmenge kleiner als der untere Schwellenwert 603 ist, die Wassereinspritzmenge zwischen t3 und t4 auf den unteren Schwellenwert zurückgestellt werden (oder, wie durch ein punktiertes Segment 607 gezeigt ist, vorübergehend für eine Zeitdauer zwischen t3 und t4 auf dem unteren Schwellenwert gehalten werden), während eine VCT-Einstellung für dieselbe Zeitdauer (zwischen t3 und t4) nach spät verstellt wird (Graph 608). Durch Nachstellen der VCT auf der Grundlage der Direkteinspritzungsmenge kann hier die Wassereinspritzung auf einem Schwellenwert gehalten werden, der erforderlich ist, um das Klopfen aufrechtzuerhalten-, während die gewünschte Gemischverdünnung wenigstens teilweise und vorübergehend durch die VCT bereitgestellt wird.
• In einem alternativen Beispiel (nicht gezeigt) kann die VCT nach früh verstellt werden, wenn die angeforderte Wassereinspritzmenge größer als der obere Schwellenwert ist, wenn die Gemischverdünnung angefordert ist und während eine AGR-Strömung erhöht ist. Die Wassereinspritzung kann hier für eine Zeitdauer (z. B. vorübergehend) auf einer oberen Schwellenmenge gehalten werden, während die VCT für dieselbe Zeitdauer nach früh verstellt wird. Es wird gewürdigt werden, dass die verwendete VCT-Nachstellung (z. B. die Verstellung der VCT nach spät oder nach früh) auf dem VCT-Typ beruhen kann. Somit kann eine Verstellung der VCT nach früh verwendet werden, wenn die VCT ein erster Typ ist, und kann eine Verstellung der VCT nach spät verwendet werden, wenn die VCT ein zweiter, anderer Typ ist, um die gewünschte Verdünnungswirkung zu erzielen.
• Bei t5 kann in Reaktion darauf, dass die Motorlast niedriger als ein Schwellenwert ist und dass die AGR-Strömung niedriger als ein Schwellenwert ist, eine Menge des direkt eingespritzten Wassers allmählich erhöht werden. Bei der niedrigeren Motorlast kann hier in Erwartung einer Zunahme der Motorlast (wie etwa wegen eines plötzlichen Pedaldrucks) und einer entsprechenden Notwendigkeit einer erhöhten Gemischverdünnung und weiter in Erwartung potentieller AGR-Übergangszustände (oder Verdünnungsübergangszustände), die von der Verzögerung beim Erhöhen einer AGR-Strömung auftreten, die Direkteinspritzung von Wasser, wenn auch um eine kleinere Menge, erhöht werden, um wenigstens teilweise einen Teil der Gemischverdünnung bereitzustellen, der während der erwarteten Erhöhung der Motorlast angefordert werden kann. Somit kann in Erwartung von Laständerungen in der Tat eine Lastverteilung ausgeführt werden.
• Auf diese Weise können Änderungen der Gemischverdünnung besser erwartet und behandelt werden. Durch Bestimmen von Gemischverdünnungsanforderungen auf der Grundlage des erwarteten Motorklopfens und erwarteter Motorlasten auf der Grundlage von Motorlastbedingungen und durch Nachstellen einer Kombination von Verdünnungsmitteln, die verwendet werden können, um auf der Grundlage ihrer jeweiligen Verbrennungsstabilitätsgrenzwerte die gewünschte Gemischverdünnung bereitzustellen, kann das Klopfen besser behandelt werden. Durch Kennfelderstellung des Motors auf der Grundlage der Verbrennungsstabilitätsgrenzwerte der verfügbaren Verdünnungsmittel kann die Gemischverdünnungssteuerung verbessert werden. Genauer können die Motorleistung und die Verdünnungsnutzung verbessert werden, während alle das Klopfen behandelnden Vorteile der Gemischverdünnung bereitgestellt werden können.
• Es wird angemerkt, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die spezifischen hier beschriebenen Routinen können eine oder mehrere irgendeiner Anzahl von Verarbeitungsstrategien wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen repräsentieren. Somit können verschiedene dargestellte Schritte, Operationen oder Funktionen in der dargestellten Folge, parallel ausgeführt werden oder in einigen Fällen weggelassen sein. Gleichfalls ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendig erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erzielen, sondern ist sie zur Erleichterung der Darstellung und Beschreibung gegeben. Je nach der besonderen verwendeten Strategie können einer oder mehrere der dargestellten Schritte oder eine oder mehrere der dargestellten Funktionen wiederholt ausgeführt werden.
• Ferner können die beschriebenen Schritte graphisch Code repräsentieren, der in das computerlesbare Speichermedium in dem Motorsteuersystem zu programmieren ist.
• Ferner wird gewürdigt werden, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen dem Wesen nach beispielhaft sind und dass diese spezifischen Ausführungen nicht in beschränkendem Sinn zu verstehen sind, da zahlreiche Änderungen möglich sind. Die obige Technologie kann z. B. auf V6-, 14-, 16-, V12- gegenüber V4-Motoren und auf andere Motortypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthält alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Teilkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen sowie weitere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hier offenbart sind.
• Die folgenden Ansprüche weisen insbesondere auf bestimmte als neu und nicht offensichtlich angesehene Kombinationen und Teilkombinationen hin. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder auf „ein erstes“ Element oder auf dessen Entsprechung beziehen. Diese Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie die Aufnahme eines oder mehrerer solcher Elemente enthalten, zwei oder mehr solcher Elemente aber weder erfordern noch ausschließen. Durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Darstellung neuer Ansprüche in dieser oder in einer verwandten Anmeldung können andere Kombinationen und Teilkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften beansprucht werden. Solche Ansprüche, gleich, ob sie einen umfassenderen, eingeschränkteren, den gleichen oder einen anderen Umfang als die ursprünglichen Ansprüche aufweisen, werden ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten angesehen.
• Bezugszeichenliste

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ist die bestimmte Menge des ersten Verdünnungsmittels verfügbar ?

Claims (18)

1. Verfahren zum Betreiben eines Motors (10), wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen einer gewünschten Gemischverdünnung durch Kombinieren mehrerer Gemischverdünnungsmittel, wobei ein Verbrennungsstabilitätsgrenzwert für jedes der verfügbaren Verdünnungsmittel bestimmt wird, und die Verdünnungsmittel auf der Grundlage der jeweiligen Verbrennungsstabilitätsgrenzwerte ausgewählt werden, um diejenigen Verdünnungsmittel mit den höchsten Verbrennungsstabilitätsgrenzwerten für das Kombinieren der Gemischverdünnungsmittel zu verwenden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Verbrennungsstabilitätsgrenzwert jedes Verdünnungsmittels auf einem Typ des Verdünnungsmittels beruht.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Verbrennungsstabilitätsgrenzwert eines Verdünnungsmittels auf einer Konzentration jedes Elementarbestandteils des Verdünnungsmittels beruht.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Kombinieren das Auswählen eines ersten Verdünnungsmittels mit einem ersten, höheren Verbrennungsstabilitätsgrenzwert zum Bereitstellen wenigstens eines Teils der gewünschten Gemischverdünnung; und, nachdem das erste Verdünnungsmittel den ersten Verbrennungsstabilitätsgrenzwert erreicht hat, das Auswählen eines zweiten Verdünnungsmittels mit einem zweiten Verbrennungsstabilitätsgrenzwert, der niedriger als der erste Verbrennungsstabilitätsgrenzwert ist, zum Bereitstellen eines Rests der gewünschten Gemischverdünnung enthält.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das erste Verdünnungsmittel rückgeführtes Abgas enthält und wobei das zweite Verdünnungsmittel direkt eingespritztes Wasser enthält.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der erste Verbrennungsstabilitätsgrenzwert des rückgeführten Abgases auf einer Kohlendioxidkonzentration und auf einer Stickstoffkonzentration und auf einer Wasserkonzentration des zurückgeführten Abgases beruht.
7. Verfahren nach Anspruch 4, wobei ein Verhältnis des ersten Verdünnungsmittels und des zweiten Verdünnungsmittels auf der Grundlage des Verbrennungsstabilitätsgrenzwerts jedes Verdünnungsmittels in der Kombination nachgestellt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Nachstellung Folgendes enthält: während einer ersten Bedingung Erhöhen einer ersten Menge des ersten Verdünnungsmittels während des Verringerns einer zweiten Menge des zweiten Verdünnungsmittels; und während einer zweiten Bedingung Verringern der ersten Menge des ersten Verdünnungsmittels während des Erhöhens der zweiten Menge des zweiten Verdünnungsmittels.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die erste Bedingung eine Motorklopfbedingung enthält und während der ersten Bedingung eine erste Menge an gekühltem rückgeführtem Abgas oder Wassereinspritzung erhöht wird, während eine zweite Menge an internem rückgeführtem Abgas oder heißem rückgeführtem Abgas verringert wird, und wobei die zweite Bedingung einen Kaltstart oder Motorbetriebsbedingungen niedriger Last enthält und wobei während der zweiten Bedingung die zweite Menge an heißem rückgeführtem Abgas oder internem rückgeführtem Abgas erhöht wird, während die erste Menge an gekühltem rückgeführtem Abgas oder Wassereinspritzung verringert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Menge jedes ausgewählten Verdünnungsmittels auf der Grundlage des Verbrennungsstabilitätsgrenzwerts jedes Verdünnungsmittels in der Kombination nachgestellt wird.
11. Verfahren zum Betreiben eines Motors (10), wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Zurückführen einer ersten Menge an Abgas von einem Motorauslass (148) zu einem Motoreinlass (146); und Einspritzen einer zweiten Menge eines Gemischverdünnungsmittels, wobei die zweite Menge auf einem Verbrennungsstabilitätsgrenzwert der ersten Menge an Abgas beruht, die erste und die zweite Menge nachgestellt werden, um eine gewünschte Gemischverdünnung bereitzustellen, das Zurückführen das Zurückführen der ersten Menge an Abgas zum Bereitstellen wenigstens eines Teils der gewünschten Gemischverdünnung, bis ein erster Verbrennungsstabilitätsgrenzwert der Abgasrückführung erreicht ist; und, nach Erreichen des ersten Verbrennungsstabilitätsgrenzwerts, das Einspritzen der zweiten Menge an Verdünnungsmitteln, um einen Rest der gewünschten Gemischverdünnung bereitzustellen, enthält, und der erste Verbrennungsstabilitätsgrenzwert des Abgases höher als der zweite Verbrennungsstabilitätsgrenzwert des Gemischverdünnungsmittels ist.
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der erste Verbrennungsstabilitätsgrenzwert ein weiterer Verbrennungsstabilitätsbereich als der zweite Verbrennungsstabilitätsgrenzwert ist.
13. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das zweite Gemischverdünnungsmittel direkt eingespritztes Wasser oder eine variable Nockenzeiteinstellung enthält.
14. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die gewünschte Gemischverdünnung auf einer Vorwärtskopplungsangabe des Klopfens beruht, wobei das Verfahren ferner das Einspritzen eines Klopfregelfluids und das Nachstellen eines Verbrennungsstabilitätsgrenzwerts der AGR und des Gemischverdünnungsmittels auf der Grundlage des eingespritzten Klopfregelfluids in Reaktion auf eine Rückkopplungsangabe des Klopfens umfasst.
15. Motorsystem, das Folgendes umfasst: einen Motor (10), der einen Einlass (146) und einen Auslass (148) enthält; eine Einspritzeinrichtung (166), die dafür konfiguriert ist, ein Fluid direkt in einen Motorzylinder (14) einzuspritzen; einen AGR-Kanal (141) zum Zurückführen einer Menge an Abgas von einem Motorauslass (148) zu einem Motoreinlass (146); einen Controller (12) mit computerlesbaren Anweisungen, um: in Reaktion auf eine Wahrscheinlichkeit des Klopfens, eine erste Menge an Abgas über den AGR-Kanal (141) zurückzuführen, bis ein erster Verbrennungsstabilitätsgrenzwert der AGR erreicht ist; und nachdem der erste Verbrennungsstabilitätsgrenzwert erreicht ist, eine zweite Menge an Wasser direkt in den Motorzylinder (14) einzuspritzen, bis ein zweiter Verbrennungsstabilitätsgrenzwert der Direkteinspritzung erreicht ist, wobei die erste und die zweite Menge auf der Wahrscheinlichkeit des Klopfens und sowohl auf dem ersten als auch auf dem zweiten Verbrennungsstabilitätsgrenzwert beruhen.
16. System nach Anspruch 15, wobei der Controller (12) ferner Anweisungen zum Nachstellen eines Verhältnisses der ersten und der zweiten Menge auf der Grundlage einer Motorbetriebsbeschränkung enthält, wobei die Beschränkung einen Abgas-PM-Gehalt und/oder eine Abgastemperatur und/oder die Wahrscheinlichkeit einer Vorentflammung und/oder eine Drehmomentbeschränkung enthält.
17. System nach Anspruch 15, wobei das Nachstellen das Erhöhen der zweiten Menge während des Verringerns der ersten Menge in Reaktion auf eine Vorentflammungsbeschränkung und das Erhöhen der ersten Menge während des Verringerns der zweiten Menge in Reaktion auf eine Abgastemperaturbeschränkung enthält.
18. System nach Anspruch 15, wobei der Controller (12) ferner zu Folgendem konfiguriert ist: in Reaktion auf eine Rückkopplungsangabe des Klopfens, Direkteinspritzen einer dritten Menge an Klopfregelfluid in den Zylinder; und Nachstellen der ersten Menge an Abgas und der zweiten Menge an Wasser zum Erreichen der jeweiligen Verbrennungsstabilitätsgrenzwerte auf der Grundlage der dritten Menge.

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