DE102013214751A1

DE102013214751A1 - Systeme und Verfahren zur Steuerung eines vollflexiblen Auslassventilaktuators

Info

Publication number: DE102013214751A1
Application number: DE102013214751.1A
Authority: DE
Inventors: Joel Cowgill
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-08-02
Filing date: 2013-07-29
Publication date: 2014-02-06
Anticipated expiration: 2033-07-30
Also published as: US20140039776A1; DE102013214751B4; US9002623B2; CN103573424B; CN103573424A

Abstract

Ein System für ein Fahrzeug umfasst ein Modussteuermodul und ein Ventilsteuermodul. Das Modussteuermodul setzt einen gewünschten Zündungsmodus für einen Motor auf einen Modus mit Funkenzündung (SI-Modus) oder einen Modus mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Modus). Unter Verwendung eines vollflexiblen Ventilaktuators stellt das Ventilaktuatormodul selektiv einen Schließzeitpunkt eines Auslassventils ein in Ansprechen darauf: dass der gewünschte Zündungsmodus von dem HCCI-Modus in den SI-Modus übergeht; und dass der gewünschte Zündungsmodus von dem SI-Modus in den HCCI-Modus übergeht.

Description

RECHTSANSPRUCH DER REGIERUNG
Teile oder die Gesamtheit dieser Erfindung können gemäß dem US-Regierungsvertrag Nr. DE-FC26-05NT42415 erstellt worden sein. Die US-Regierung kann daher bestimmte Rechte an dieser Erfindung haben.
GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Verbrennungsmotoren und insbesondere Systeme und Verfahren zur vollflexiblen Steuerung von Ventilen.
HINTERGRUND
Die hierin vorgesehene Hintergrundbeschreibung dient zu dem Zweck, den Kontext der Offenbarung allgemein darzustellen. Sowohl die Arbeit der derzeit genannten Erfinder, in dem Maß, in dem sie in diesem Hintergrundabschnitt beschrieben ist, als auch Aspekte der Beschreibung, die zum Zeitpunkt der Einreichung nicht auf andere Weise als Stand der Technik gelten, sind weder ausdrücklich noch implizit als Stand der Technik gegen die vorliegende Offenbarung zugelassen.
Luft wird durch einen Einlasskrümmer in einen Motor angesaugt. Ein Drosselventil und/oder eine Zeiteinstellung von Motorventilen steuern die Luftströmung in den Motor. Die Luft vermischt sich mit Kraftstoff von einer oder mehreren Kraftstoffeinspritzeinrichtungen, um ein Luft/Kraftstoffgemisch zu bilden. Das Luft/Kraftstoffgemisch wird in einem oder mehreren Zylindern des Motors verbrannt. Die Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemischs kann beispielsweise durch eine Einspritzung von Kraftstoff oder einen Zündfunken ausgelöst werden, der durch eine Zündkerze geliefert wird.
Die Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemisches erzeugt ein Drehmoment und Abgas. Das Drehmoment wird mittels einer Wärmefreigabe und einer Ausdehnung während der Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemischs erzeugt. Der Motor überträgt das Drehmoment über eine Kurbelwelle auf ein Getriebe, und das Getriebe überträgt das Drehmoment über einen Endantrieb auf ein oder mehrere Räder. Das Abgas wird aus den Zylindern in ein Abgassystem ausgestoßen.
Ein Motorsteuermodul (ECM) steuert die Drehmomentausgabe des Motors. Das ECM kann die Drehmomentausgabe des Motors basierend auf Fahrereingaben und/oder anderen Eingaben steuern. Die Fahrereingaben können beispielsweise eine Gaspedalposition, eine Bremspedalposition und/oder eine oder mehrere andere geeignete Fahrereingaben umfassen. Die anderen Eingaben können beispielsweise ein Zylinderdruck, der unter Verwendung eines Zylinderdrucksensors gemessen wird, eine oder mehrere Variablen, die basierend auf dem gemessenen Zylinderdruck ermittelt werden, und/oder einen oder mehrere andere geeignete Werte umfassen.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein System für ein Fahrzeug umfasst ein Modussteuermodul und ein Ventilsteuermodul. Das Modussteuermodul setzt einen gewünschten Zündungsmodus für einen Motor auf einen Modus mit Funkenzündung (SI-Modus) oder einen Modus mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Modus). Unter Verwendung eines vollflexiblen Ventilaktuators stellt das Ventilaktuatormodul selektiv einen Schließzeitpunkt eines Auslassventils ein in Ansprechen darauf: dass der gewünschte Zündungsmodus von dem HCCI-Modus in den SI-Modus übergeht; und dass der gewünschte Zündungsmodus von dem SI-Modus in den HCCI-Modus übergeht.
Ein Verfahren für ein Fahrzeug umfasst: dass ein gewünschter Zündungsmodus für einen Motor selektiv auf einen Modus mit Funkenzündung (SI-Modus) oder einen Modus mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Modus) festgelegt wird. Das Verfahren umfasst ferner, dass ein Schließzeitpunkt eines Auslassventils unter Verwendung eines vollflexiblen Ventilaktuators selektiv eingestellt wird in Ansprechen darauf: dass der gewünschte Zündungsmodus von dem HCCI-Modus in den SI-Modus übergeht; und dass der gewünschte Zündungsmodus von dem SI-Modus in den HCCI-Modus übergeht.
Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Offenbarung werden anhand der nachstehend vorgesehenen ausführlichen Beschreibung offensichtlich werden. Es versteht sich, dass die ausführliche Beschreibung und die speziellen Beispiele nur zu Darstellungszwecken gedacht sind und den Umfang der Offenbarung nicht einschränken sollen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Offenbarung wird anhand der ausführlichen Beschreibung und der begleitenden Zeichnungen vollständiger verständlich werden, wobei:
1 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsystems gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
2 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsteuersystems gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
3A ein Flussdiagramm ist, das ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern eines Auslassventil-Schließzeitpunkts für einen Übergang vom HCCI-Modus zum SI-Modus darstellt; und
3B ein Flussdiagramm ist, das ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern eines Auslassventil-Schließzeitpunkts für einen Übergang vom SI-Modus zum HCCI-Modus darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ein Motor verbrennt ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff in Zylindern, um ein Antriebsdrehmoment zu erzeugen. Ein Drosselventil regelt eine Luftströmung in den Motor. Kraftstoff wird durch Kraftstoffeinspritzeinrichtungen eingespritzt. Einlass- und Auslassventile eines Zylinders werden gesteuert, um eine Luftströmung in den Zylinder und eine Abgasströmung aus dem Zylinder zu regeln.
Die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemischs in dem Motor kann auf eine oder mehrere Weisen ausgelöst werden. Beispielsweise kann während des Betriebs 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 Wärme und Druck aufgrund der Kompression das Luft/Kraftstoff-Gemisch zünden. Die Zündkerzen können während des Betriebs in dem HCCI-Modus deaktiviert sein oder aktiviert bleiben.
Herkömmlicherweise wird das Öffnen der Einlass- und der Auslassventile des Zylinders durch eine oder mehrere Nockenwellen gesteuert. Unter Verwendung eines Systems zur vollflexiblen Ventilbetätigung (FFVA) kann jedoch jedes Ventil des Motors unabhängig von jedem anderen Ventil gesteuert werden. Beispielsweise kann ein Motorsteuermodul (ECM) das Öffnen eines Einlassventils eines Zylinders separat von einem Auslassventil des Zylinders steuern. Das ECM kann auch das Öffnen des Einlassventils des Zylinders separat von den Einlassventilen anderer Zylinder steuern.
Während des Betriebs in dem HCCI-Modus regelt das ECM einen Auslassventil-Schließzeitpunkt jedes Zylinders basierend auf einem ersten vorbestimmten Zeitpunkt. Das ECM regelt den Auslassventil-Schließzeitpunkt jedes Zylinders während des Betriebs in dem SI-Modus basierend auf einem zweiten vorbestimmten Zeitpunkt. Der zweite vorbestimmte Zeitpunkt kann später als der erste vorbestimmte Zeitpunkt liegen (d. h. bezogen auf diesen nach spät verstellt sein). Wenn der Auslassventil-Schließzeitpunkt vor einem oberen Totpunkt (TDC) liegt, der dem Auslasstakt folgt, verringert das Verstellen des Auslassventil-Schließzeitpunkts nach spät die Menge des Abgases, das in einem Zylinder eingeschlossen bleibt, und umgekehrt.
Um von dem HCCI-Modus in den SI-Modus überzugehen, kann das ECM über einem Motorzyklus von den Regeln des Auslassventil-Schließzeitpunkts basierend auf den ersten vorbestimmten Zeitpunkt auf das Regeln des Auslassventil-Schließzeitpunkts basierend auf dem zweiten vorbestimmten Zeitpunkt umschalten. Das ECM kann für einen Übergang von dem SI-Modus in den HCCI-Modus über einen Motorzyklus von dem Regeln des Auslassventil-Schließzeitpunkts basierend auf dem zweiten vorbestimmten Zeitpunkt auf das Regeln des Auslassventil-Schließzeitpunkts basierend auf dem ersten vorbestimmten Zeitpunkt umschalten. Eine solche gestufte Änderung in dem Auslassventil-Schließzeitpunkt kann jedoch eine Änderung in der Menge des Restabgases, das in den Zylindern eingeschlossen wird, und eine Änderung in der Luftmenge bewirken, die in die Zylinder eingelassen werden kann, neben der Beeinflussung anderer Parameter. Diskrete Änderungen in der Menge des Restabgases und/oder in der Luft pro Zylinder (APC) können Änderungen in der Motordrehmomentausgabe und/oder in einem oder mehreren anderen Motorbetriebsparametern bewirken.
Das ECM stellt daher den Auslassventil-Schließzeitpunkt während Übergängen von dem HCCI-Modus in den SI-Modus und umgekehrt inkrementell ein. Wenn in den SI-Modus übergegangen wird, verstellt das ECM den Auslassventil-Schließzeitpunkt inkrementell nach spät, um das Restabgas zu verringern. Wenn in den HCCI-Modus übergegangen wird, verstellt das ECM den Auslassventil-Schließzeitpunkt inkrementell nach früh, um das Restabgas zu erhöhen. Das inkrementelle Einstellen des Auslassventil-Schließzeitpunkts kann den Betrag von Änderungen in der Motordrehmomentausgabe während Übergängen von dem HCCI-Modus in den SI-Modus und umgekehrt minimieren.
Nun auf 1 Bezug nehmend, ist ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsystems 100 dargestellt. Das Motorsystem 100 weist einen Motor 102 auf, der ein Luft/Kraftstoffgemisch verbrennt, um ein Antriebsdrehmoment für ein Fahrzeug basierend auf einer Fahrereingabe von einem Fahrereingabemodul 104 zu erzeugen. Luft wird durch ein Drosselventil 112 in einen Einlasskrümmer 110 eingelassen. Lediglich beispielhaft kann das Drosselventil 112 ein Schmetterlingsventil mit einem rotierbaren Blatt umfassen. Ein Motorsteuermodul (ECM) 114 steuert ein Drossel-Aktuatormodul 116, und das Drossel-Aktuatormodul 116 regelt das Öffnen des Drosselventils 112, um die Luftmenge zu steuern, die in den Einlasskrümmer 110 eingelassen wird.
Luft aus dem Einlasskrümmer 110 wird in Zylinder des Motors 102 eingelassen. Obgleich der Motor 102 mehrere Zylinder aufweisen kann, ist zu Darstellungszwecken ein einzelner repräsentativer Zylinder 118 gezeigt. Der Motor 102 kann unter Verwendung eines Viertaktzyklus arbeiten. Die vier Takte, die nachstehend beschrieben sind, können als der Einlasstakt, der Kompressionstakt, der Verbrennungstakt und der Auslasstakt bezeichnet werden. Während jeder Umdrehung einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) treten zwei der vier Takte in dem Zylinder 118 auf. Daher sind zwei Kurbelwellenumdrehungen für den Zylinder 118 notwendig, um alle vier Takte zu durchlaufen.
Während des Einlasstakts wird Luft aus dem Einlasskrümmer 110 durch ein Einlassventil 122 in den Zylinder 118 eingelassen. Das ECM 114 steuert ein Kraftstoff-Aktuatormodul 124, das die Kraftstoffeinspritzung durch Kraftstoffeinspritzeinrichtungen (nicht gezeigt) regelt, um ein Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis zu erreichen. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen spritzen Kraftstoff direkt in die Zylinder ein. Der Kraftstoff wird an die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen durch eine Niederdruck-Kraftstoffpumpe und eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe (nicht gezeigt) geliefert. Die Niederdruck-Kraftstoffpumpe saugt den Kraftstoff aus einem Kraftstofftank an und liefert den Kraftstoff bei niedrigen Drücken an die Hochdruck-Kraftstoffpumpe. Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe setzt den Kraftstoff für eine Direkteinspritzung in die Zylinder selektiv weiter unter Druck.
Der eingespritzte Kraftstoff vermischt sich mit Luft und erzeugt ein Luft/Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder 118. Während des Kompressionstakts komprimiert ein Kolben (nicht gezeigt) in dem Zylinder 118 die Inhalte des Zylinders 118. Basierend auf einem Signal von dem ECM 114 kann ein Zündfunken-Aktuatormodul 126 eine Zündkerze 128 in dem Zylinder 118 aktivieren. Der Zündfunken, der durch die Zündkerze 128 erzeugt wird, zündet das Luft/Kraftstoff-Gemisch während eines Betriebs mit Funkenzündung (SI). Der Zeitpunkt des Zündfunkens kann relativ zu der Zeit spezifiziert werden, zu der sich der Kolben an seiner obersten Position befindet, die als oberer Totpunkt (TDC) bezeichnet wird. Während des Betriebs mit homogener Kompressionszündung (HCCI) bewirken Wärme und Druck, die durch die Kompression erzeugt werden, die Zündung des Luft/Kraftstoff-Gemischs. Das ECM 114 kann steuern, ob der Motor 102 unter Verwendung der SI oder der HCCI arbeitet. Das ECM 114 kann beispielsweise basierend auf einer Motordrehzahl, einer Motorlast und/oder basierend auf einem oder mehreren anderen geeigneten Parametern ermitteln, ob der Motor 102 unter Verwendung der HCCI oder der SI betrieben werden soll.
Das Erzeugen des Zündfunkens kann als ein Zündungsereignis bezeichnet werden. Das Zündfunken-Aktuatormodul 126 kann die Fähigkeit aufweisen, den Zeitpunkt des Zündfunkens für jedes Zündungsereignis zu variieren. Das Zündfunken-Aktuatormodul 126 kann sogar dann in der Lage sein, den Zündfunkenzeitpunkt für ein nächstes Zündungsereignis zu variieren, wenn ein Zündfunkenzeitpunkt zwischen einem letzten Zündungsereignis und dem nächsten Zündungsereignis verändert wird.
Während des Verbrennungstakts treibt die Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemischs den Kolben weg von dem TDC, wodurch die Kurbelwelle angetrieben wird. Der Verbrennungstakt kann als die Zeit zwischen dem Erreichen des TDC durch den Kolben und der Zeit definiert werden, zu welcher der Kolben zu einem unteren Totpunkt (BDC) zurückkehrt.
Während des Auslasstakts beginnt der Kolben, sich von dem BDC aufwärts zu bewegen, und er treibt die Nebenprodukte der Verbrennung durch ein oder mehrere Auslassventile heraus, beispielsweise durch ein Auslassventil 130. Die Nebenprodukte der Verbrennung werden mittels eines Abgassystems 134 aus dem Fahrzeug ausgestoßen.
Ein Einlassventilaktuator 148 steuert die Betätigung des Einlassventils 122. Ein Auslassventilaktuator 150 steuert die Betätigung des Auslassventils 130. Ein Ventil-Aktuatormodul 158 steuert den Einlass- und den Auslassventilaktuator 148 und 150 basierend auf Signalen von dem ECM 114.
Der Einlass- und Auslassventilaktuator 148 und 150 steuern das Öffnen und das Schließen der Einlass- und der Auslassventile 122 bzw. 130. Der Einlass- und der Auslassventilaktuator 148 und 150 sind vollflexible Ventilaktuatoren. Der Einlass- und der Auslassventilaktuator 148 und 150 können beispielsweise elektrohydraulische Aktuatoren, elektromechanische Aktuatoren oder einen anderen geeigneten Typ eines vollflexiblen Ventilaktuators umfassen. Vollflexible Ventilaktuatoren können auf einer Nockenwelle basierte Ventilaktuatoren oder nockenlose Ventilaktuatoren sein. Es kann ein vollflexibler Ventilaktuator für jedes Einlassventil des Motors 102 vorgesehen sein, und es kann ein vollflexibler Ventilaktuator für jedes Auslassventil des Motors 102 vorgesehen sein. Bei verschiedenen Implementierungen kann ein vollflexibler Ventilaktuator für einen Satz von Einlassventilen jedes Zylinders vorgesehen sein, und ein vollflexibler Ventilaktuator kann für einen Satz von Auslassventilen jedes Zylinders vorgesehen sein. Bei verschiedenen Implementierungen kann ein vollflexibler Ventilaktuator für alle Einlassventile des Motors 102 vorgesehen sein, und es kann ein vollflexibler Ventilaktuator für alle Auslassventile des Motors 102 vorgesehen sein.
Vollflexible Einlass- und Auslassventilaktuatoren ermöglichen, dass die Betätigung jedes Einlassventils und Auslassventils des Motors 102 unabhängig von jedem anderen Ventil gesteuert wird. Die Einlass- und Auslassventilaktuatoren können das liefern, was als eine vollflexible Ventilbetätigung (FFVA) bezeichnet wird. Durch die Verwendung der FFVA kann die Strömung von Gasen in jeden Zylinder und aus diesem geregelt werden (mittels einer Steuerung des Öffnens und Schließens von Einlass- und Auslassventilen), um die Strömung in die Zylinder und aus diesen und dadurch die Verbrennungsbedingungen in jedem Zylinder zu steuern. Beispielsweise kann der Auslassventil-Schließzeitpunkt eines Zylinders eingestellt werden (nach früh oder nach spät verstellt werden), um die Menge des Restabgases zu steuern, das in jedem Zylinder eingeschlossen wird.
Das Motorsystem 100 kann eine Ladedruckeinrichtung aufweisen, die unter Druck stehende Luft an den Einlasskrümmer 110 liefert. Beispielsweise zeigt 1 einen Turbolader, der eine heiße Turbine 160-1 aufweist, die durch heiße Abgase angetrieben wird, die durch das Abgassystem 134 strömen. Der Turbolader weist auch einen von der Turbine 160-1 angetriebenen Kompressor 160-2 für kalte Luft auf, der Luft komprimiert, die in das Drosselventil 112 geführt wird. Bei verschiedenen Implementierungen kann ein von der Kurbelwelle angetriebener Turbokompressor (nicht gezeigt) Luft von dem Drosselventil 112 komprimieren und die komprimierte Luft an den Einlasskrümmer 110 liefern.
Ein Ladedruck-Regelventil 162 kann dem Abgas ermöglichen, an der Turbine 160-1 vorbeizuströmen, wodurch der Ladedruck (der Betrag der Einlassluftkompression) des Turboladers verringert wird. Das ECM 114 kann den Turbolader mittels eines Ladedruck-Aktuatormoduls 165 steuern. Das Ladedruck-Aktuatormodul 165 kann den Ladedruck des Turboladers modulieren, indem die Position des Ladedruck-Regelventils 162 gesteuert wird. Bei verschiedenen Implementierungen können mehrere Turbolader durch das Ladedruck-Aktuatormodul 165 gesteuert werden. Der Turbolader kann eine variable Geometrie aufweisen, die durch das Ladedruck-Aktuatormodul 165 gesteuert werden kann.
Ein Zwischenkühler (nicht gezeigt) kann einen Teil der in der komprimierten Luftladung enthaltenen Wärme dissipieren, die erzeugt wird, wenn die Luft komprimiert wird. Die komprimierte Luftladung kann auch Wärme von Komponenten des Abgassystems 134 absorbiert haben. Obwohl sie zu Darstellungszwecken getrennt gezeigt sind, können die Turbine 160-1 und der Kompressor 160-2 aneinander befestigt sein und die Einlassluft in die unmittelbare Nähe des heißen Abgases bringen.
Das Motorsystem 100 kann ein Abgasrückführungsventil (AGR-Ventil) 164 aufweisen, das Abgas selektiv zurück zu dem Einlasskrümmer 110 zurückleitet. Das AGR-Ventil 164 kann stromaufwärts der Turbine 160-1 des Turboladers angeordnet sein. Ein AGR-Aktuatormodul 166 kann das AGR-Ventil 164 basierend auf Signalen von dem ECM 114 steuern.
Die Position der Kurbelwelle kann unter Verwendung eines Kurbelwellen-Positionssensors 170 gemessen werden. Die Motordrehzahl, die Motorbeschleunigung und/oder ein oder mehrere andere Parameter können basierend auf der Kurbelwellenposition ermittelt werden. Eine Temperatur des Motorkühlmittels kann unter Verwendung eines Motorkühlmittel-Temperatursensors (ECT-Sensors) 171 gemessen werden. Der ECT-Sensor 171 kann in dem Motor 102 oder an anderen Orten angeordnet sein, an denen das Kühlmittel zirkuliert, wie z. B. in einem Kühler (nicht gezeigt).
Ein Druck in dem Einlasskrümmer 110 kann unter Verwendung eines Krümmerabsolutdrucksensors (MAP-Sensors) 172 gemessen werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann ein Motorunterdruck gemessen werden, der die Differenz zwischen dem Umgebungsluftdruck und dem Druck in dem Einlasskrümmer 110 ist. Die Massenströmungsrate der Luft, die in den Einlasskrümmer 110 strömt, kann unter Verwendung eines Luftmassenströmungssensors (MAF-Sensors) 173 gemessen werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann der MAF-Sensor 173 in einem Gehäuse angeordnet sein, das auch das Drosselventil 112 umfasst.
Die Position des Drosselventils 112 kann unter Verwendung eines oder mehrerer Drosselpositionssensoren (TPS) 174 gemessen werden. Beispielsweise können ein erster und ein zweiter Drosselpositionssensor 174-1 und 174-2 die Position des Drosselventils 112 überwachen und eine erste bzw. eine zweite Drosselposition (TPS1 bzw. TPS2) basierend auf der Drosselposition erzeugen. Eine Temperatur der Luft, die in den Motor 102 eingelassen wird, kann unter Verwendung eines Einlassluft-Temperatursensors (IAT-Sensors) 175 gemessen werden. Das ECM 114 kann Signale von den Sensoren und/oder einem oder mehreren anderen Sensoren verwenden, um Steuerentscheidungen für das Motorsystem 100 zu treffen.
Ein Getriebesteuermodul 194 kann den Betrieb eines Getriebes (nicht gezeigt) steuern. Das ECM 114 kann mit dem Getriebesteuermodul 194 aus verschiedenen Gründen in Verbindung stehen, beispielsweise um Parameter gemeinsam zu nutzen und um den Motorbetrieb mit dem Betrieb des Getriebes abzustimmen. Das ECM 114 kann beispielsweise das Motordrehmoment während eines Gangwechsels selektiv verringern. Das ECM 114 kann mit einem Hybridsteuermodul 196 in Verbindung stehen, um den Betrieb des Motors 102 und eines Elektromotors 198 abzustimmen.
Der Elektromotor 198 kann auch als ein Generator funktionieren, und er kann verwendet werden, um elektrische Energie zur Verwendung durch elektrische Systeme des Fahrzeugs und/oder zur Speicherung in einer Batterie zu erzeugen. Der Elektromotor 198 kann auch als ein Motor funktionieren, und er kann beispielsweise verwendet werden, um die Drehmomentausgabe des Verbrennungsmotors zu ergänzen oder zu ersetzen. Bei verschiedenen Implementierungen können verschiedene Funktionen des ECM 114, des Getriebesteuermoduls 194 und des Hybridsteuermoduls 196 in ein oder mehrere Module integriert werden.
Jedes System, das einen Motorparameter variiert, kann als ein Aktuator bezeichnet werden. Jeder Aktuator empfängt einen Aktuatorwert. Beispielsweise kann das Drossel-Aktuatormodul 116 als ein Aktuator bezeichnet werden, und die Drosselöffnungsfläche kann als der Aktuatorwert bezeichnet werden. In dem Beispiel von 1 erreicht das Drossel-Aktuatormodul 116 die Drosselöffnungsfläche, indem ein Winkel des Blatts des Drosselventils 112 angepasst wird.
Auf ähnliche Weise kann das Zündfunken-Aktuatormodul 126 als ein Aktuator bezeichnet werden, während der zugeordnete Aktuatorwert der Betrag der Zündfunkenvorverstellung relativ zu dem Zylinder-TDC sein kann. Andere Aktuatoren können das Kraftstoff-Aktuatormodul 124, das Ventil-Aktuatormodul 158, das Ladedruck-Aktuatormodul 165 und das AGR-Aktuatormodul 166 umfassen. Für diese Aktuatoren können die Aktuatorwerte der Kraftstoffzufuhrrate, der Einlass- und der Auslassventil-Zeiteinstellung, dem Ladedruck bzw. der AGR-Ventilöffnungsfläche entsprechen. Das ECM 114 kann die Aktuatorwerte steuern, um zu bewirken, dass der Motor 102 ein Soll-Motorausgangsdrehmoment erzeugt.
Nun auf 2 Bezug nehmend, ist ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsteuersystems dargestellt, das einen Teil des ECM 114 umfasst. Eine beispielhafte Implementierung des ECM 114 umfasst ein Fahrer-Drehmomentmodul 202, ein Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 204 und ein Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206. Das ECM 114 kann ein Hybridoptimierungsmodul 208 umfassen. Die beispielhafte Implementierung des ECM 114 umfasst auch ein Reserven/Lastenmodul 220, ein Betätigungsmodul 224, ein Luftsteuermodul 228, ein Zündfunkensteuermodul 232 und ein Kraftstoffsteuermodul 240. Die beispielhafte Implementierung des ECM 114 umfasst auch ein Ladedruck-Zeitplanungsmodul 248 und ein Ventilsteuermodul 252.
Das Fahrer-Drehmomentmodul 202 kann eine Fahrer-Drehmomentanforderung 253 (z. B. in Newtonmetern, Nm) basierend auf einer Fahrereingabe 254 von dem Fahrereingabemodul 104 ermitteln. Die Fahrereingabe 254 kann beispielsweise auf einer Position eines Gaspedals und einer Position eines Bremspedals basieren. Die Fahrereingabe 254 kann auch auf Eingaben eines Tempomatsystems basieren, der ein adaptives Tempomatsystem sein kann. Adaptive Tempomatsysteme variieren die Fahrzeuggeschwindigkeit, um eine vorbestimmte Nachfolgedistanz aufrechtzuerhalten.
Das Fahrer-Drehmomentmodul 202 kann die Fahrer-Drehmomentanforderung 253 ferner basierend auf einer Fahrzeuggeschwindigkeit 255 ermitteln. Lediglich beispielhaft kann die Fahrzeuggeschwindigkeit 255 basierend auf einer oder mehreren gemessenen Raddrehzahlen, einer Drehzahl der Getriebeausgangswelle und/oder basierend auf einem oder mehreren anderen geeigneten Parametern erzeugt werden.
Ein Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 204 vermittelt zwischen der Fahrer-Drehmomentanforderung 253 und anderen Achsendrehmomentanforderungen 256. Ein Achsendrehmoment (Drehmoment an den Rädern) kann durch verschiedene Quellen erzeugt werden, die einen Verbrennungsmotor und/oder einen Elektromotor umfassen. Das Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 204 gibt eine vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 (z. B. in Nm) und eine Momentandrehmomentanforderung 258 (z. B. in Nm) basierend auf den Ergebnissen einer Vermittlung zwischen der Fahrer- und den Achsendrehmomentanforderungen 253 und 256 aus. Wie nachstehend beschrieben ist, können die vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 und die Momentandrehmomentanforderung 258 von dem Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 204 durch andere Module des ECM 114 selektiv angepasst werden, bevor sie verwendet werden, um Aktuatoren des Motorsystems 100 zu steuern.
Allgemein ausgedrückt ist die Momentandrehmomentanforderung 258 der Betrag des derzeitigen Soll-Achsendrehmoments, während die vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 der Betrag des Achsendrehmoments ist, der kurzfristig benötigt werden kann. Das ECM 114 steuert das Motorsystem 100, um ein Achsendrehmoment zu erzeugen, das gleich der Momentandrehmomentanforderung 258 ist. Verschiedene Kombinationen von Aktuatorwerten können jedoch zu demselben Achsendrehmoment führen. Das ECM 114 kann daher die Aktuatorwerte anpassen, um einen schnelleren Übergang zu der vorausgesagten Drehmomentanforderung 257 zu ermöglichen, während das Achsendrehmoment weiterhin bei der Momentdrehmomentanforderung 258 gehalten wird.
Bei verschiedenen Implementierungen kann die vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 auf der Fahrer-Drehmomentanforderung 253 basieren. Die Momentandrehmomentanforderung 258 kann kleiner als die vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 sein, beispielsweise wenn die Fahrer-Drehmomentanforderung 253 auf einer vereisten Oberfläche einen Radschlupf verursacht. In einem solchen Fall kann ein Traktionssteuersystem (nicht gezeigt) eine Verringerung mittels der Momentandrehmomentanforderung 258 anfordern, und das ECM 114 verringert das Drehmoment, das durch das Motorsystem 100 erzeugt wird, auf die Momentandrehmomentanforderung 258. Das ECM 114 steuert das Motorsystem 100 jedoch derart, dass das Motorsystem 100 die Erzeugung der vorausgesagten Drehmomentanforderung 257 schnell wieder aufnehmen kann, sobald der Radschlupf aufhört.
Das Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 204 kann die vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 und die Momentandrehmomentanforderung 258 an ein Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 ausgeben. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Achsendrehmoment-Vermittlungsmodul 204 die vorausgesagte Drehmomentanforderung 257 und die Momentandrehmomentanforderung 258 an das Hybridoptimierungsmodul 208 ausgeben.
Das Hybridoptimierungsmodul 208 kann ermitteln, wie viel Drehmoment durch den Motor 102 erzeugt werden sollte und wie viel Drehmoment durch den Elektromotor 198 erzeugt werden sollte. Das Hybridoptimierungsmodul 208 gibt dann eine modifizierte vorausgesagte Drehmomentanforderung 259 bzw. eine modifizierte Momentandrehmomentanforderung 260 (z. B. in Nm) an das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 aus. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Hybridoptimierungsmodul 208 in dem Hybridsteuermodul 196 implementiert werden.
Die vorausgesagte Drehmomentanforderung und die Momentandrehmomentanforderung, die von dem Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 empfangen werden, werden von einer Achsendrehmomentdomäne (Drehmoment an den Rädern) in eine Antriebsdrehmomentdomäne (Drehmoment an der Kurbelwelle) umgewandelt. Diese Umwandlung kann vor oder nach dem Hybridoptimierungsmodul 208, als Teil von diesem oder an dessen Stelle auftreten.
Das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 vermittelt zwischen Antriebsdrehmomentanforderungen 279 und der vorausgesagten Drehmomentanforderung sowie der Momentandrehmomentanforderung, die aus der Umwandlung der empfangenen vorausgesagten Drehmomentanforderung und der empfangenen Momentandrehmomentanforderung resultieren. Das Antriebsdrehmoment-Vermittlungsmodul 206 erzeugt eine vermittelte vorausgesagte Drehmomentanforderung 261 (z. B. in Nm) und eine vermittelte Momentandrehmomentanforderung 262 (z. B. in Nm) als ein Ergebnis der Vermittlung. Die vermittelten Drehmomentanforderungen 261 und 262 können erzeugt werden, indem eine gewinnende Anforderung unter den empfangenen Anforderungen ausgewählt wird. Alternativ oder zusätzlich können die vermittelten Drehmomentanforderungen 261 und 262 erzeugt werden, indem eine der empfangenen Anforderungen basierend auf einer oder mehreren anderen der empfangenen Drehmomentanforderungen modifiziert wird.
Das Reserven/Lastenmodul 220 empfängt die vermittelte vorausgesagte Drehmomentanforderung 261 und die vermittelte Momentandrehmomentanforderung 262. Das Reserven/Lastenmodul 220 kann die vermittelte vorausgesagte Drehmomentanforderung 261 und die vermittelte Momentandrehmomentanforderung 262 anpassen, um eine Drehmomentreserve zu erzeugen und/oder eine oder mehrere Lasten zu kompensieren. Das Reserven/Lastenmodul 220 gibt anschließend eine angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung 263 und eine angepasste Momentandrehmomentanforderung 264 (z. B. in Nm) an das Betätigungsmodul 224 aus.
Allgemein ausgedruckt kann die Differenz zwischen der angepassten Momentandrehmomentanforderung 264 und der (im Allgemeinen höheren) angepassten vorausgesagten Drehmomentanforderung 263 als eine Drehmomentreserve (z. B. in Nm) bezeichnet werden. Die Drehmomentreserve kann den Betrag eines zusätzlichen Drehmoments repräsentieren (oberhalb der angepassten Momentandrehmomentanforderung 264), den das Motorsystem 100 mit einer minimalen Verzögerung zu erzeugen beginnen kann. Die Drehmomentreserve kann plötzliche Zunahmen in dem angeforderten Drehmoment auffangen. Lediglich beispielhaft können plötzliche Lasten, die durch eine Klimaanlage oder eine Servolenkungspumpe auferlegt werden, unter Verwendung der gesamten Drehmomentreserve oder eines Teils der Drehmomentreserve ausgeglichen werden, indem die angepasste Momentandrehmomentanforderung 264 erhöht wird.
Eine andere beispielhafte Verwendung einer Drehmomentreserve ist es, Schwankungen in den langsamen Aktuatorwerten zu verringern. Aufgrund ihrer relativ langsamen Geschwindigkeit kann das Variieren von langsamen Aktuatorwerten eine Steuerungsinstabilität erzeugen. Zusätzlich können die langsamen Aktuatoren mechanische Teile aufweisen, die mehr Leistung aufnehmen und/oder schneller abgenutzt werden können, wenn sie häufig bewegt werden. Das Erzeugen einer ausreichenden Drehmomentreserve ermöglicht, dass Änderungen in dem Soll-Drehmoment ausgeführt werden, indem die schnellen Aktuatoren mittels der angepassten Momentandrehmomentanforderung 264 variiert werden, während die Werte der langsamen Aktuatoren beibehalten werden.
Das Reserven/Lastenmodul 220 kann auch eine Drehmomentreserve in Erwartung einer zukünftigen Last erzeugen oder erhöhen, wie z. B. des Betriebs der Servolenkungspumpe oder des Einrückens einer Klimaanlagen-Kompressorkupplung (A/C-Kompressorkupplung). Die Reserve für das Einrücken der A/C-Kompressorkupplung kann erzeugt werden, wenn der Fahrer die Klimaanlage zum ersten Mal anfordert. Das Reserven/Lastenmodul 220 kann die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung 263 erhöhen, während die angepasste Momentandrehmomentanforderung 264 unverändert belassen wird, um die Drehmomentreserve zu erzeugen. Dann, wenn die A/C-Kompressorkupplung einrückt, kann das Reserven/Lastenmodul 220 die angepasste Momentandrehmomentanforderung 264 um die geschätzte Last der A/C-Kompressorkupplung erhöhen.
Das Betätigungsmodul 224 empfängt die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung 263 und die angepasste Momentandrehmomentanforderung 264. Das Betätigungsmodul 224 ermittelt, wie die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung 263 und die angepasste Momentandrehmomentanforderung 264 erreicht werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Betätigungsmodul 224 eine Luftdrehmomentanforderung 265 (z. B. in Nm) basierend auf der angepassten vorausgesagten Drehmomentanforderung 263 erzeugen. Die Luftdrehmomentanforderung 265 gleich der angepassten vorausgesagten Drehmomentanforderung 263 gesetzt werden und die Luftströmung derart einstellen, dass die angepasste vorausgesagte Drehmomentanforderung 263 durch Änderungen bei den anderen Aktuatoren erreicht werden kann, beispielsweise mittels des Zündfunken-Aktuatormoduls 126 und/oder mittels des Kraftstoff-Aktuatormoduls 124.
Das Luftsteuermodul 228 ermittelt Soll-Aktuatorwerte basierend auf der Luftdrehmomentanforderung 265. Lediglich beispielhaft kann das Luftsteuermodul 228 einen Soll-Krümmerabsolutdruck (Soll-MAP) 266, eine Soll-Drosselposition 267 und/oder eine Soll-Luft pro Zylinder (Soll-APC) 268 basierend auf der Luftdrehmomentanforderung 265 ermitteln.
Das Betätigungsmodul 224 kann auch eine Zündfunken-Drehmomentanforderung 269 und eine Kraftstoff-Drehmomentanforderung 271 erzeugen. Das Betätigungsmodul 224 kann die Zündfunken-Drehmomentanforderung 269 und die Kraftstoff-Drehmomentanforderung 271 basierend auf der angepassten Momentandrehmomentanforderung 264 erzeugen. Die Zündfunken-Drehmomentanforderung 269 kann durch das Zündfunkensteuermodul 232 verwendet werden, um zu ermitteln, um wie viel, wenn überhaupt, der Zündfunkenzeitpunkt bezüglich eines kalibrierten Zündfunkenzeitpunkts nach spät verstellt werden soll. Der kalibrierte Zündfunkenzeitpunkt kann basierend auf verschiedenen Motorbetriebsbedingungen variieren.
Lediglich beispielhaft kann eine Drehmomentbeziehung invertiert werden, um diese nach einem Soll-Zündfunkenzeitpunkt 273 aufzulösen. Für eine gegebene Drehmomentanforderung (T_des) kann der Soll-Zündfunkenzeitpunkt (S_des) 273 ermittelt werden basierend auf: S_des = T^–1(T_des, APC, I, E, AF, OT, #) (1). wobei APC die Luft pro Zylinder ist, I die Einlassventil-Zeiteinstellung ist, E die Auslassventil-Zeiteinstellung ist, AF das Luft/Kraftstoffverhältnis ist, OT die Öltemperatur ist und # die Anzahl der aktivierten Zylinder ist. Zusätzliche Variablen können ebenso berücksichtigt werden, wie z. B. der Öffnungsgrad des AGR-Ventils 164. Diese Beziehung kann durch eine Gleichung und/oder durch eine Nachschlagetabelle verkörpert werden.
Wenn die Zündfunkenvorverstellung auf den kalibrierten Zündfunkenzeitpunkt eingestellt wird, kann das resultierende Drehmoment so nahe wie möglich bei einem mittleren Bestdrehmoment (MBT) liegen. Das MBT bezieht sich auf das maximale Motorausgangsdrehmoment, das für eine gegebene Luftströmung erzeugt wird, wenn die Zündfunkenvorverstellung erhöht wird, während Kraftstoff mit einer Oktanzahl größer als eine vorbestimmte Oktanzahl und eine stöchiometrische Kraftstoffzufuhr verwendet werden. Die Zündfunkenvorverstellung, bei der dieses maximale Drehmoment auftritt, wird als ein MBT-Zündfunkenzeitpunkt bezeichnet. Der kalibrierte Zündfunkenzeitpunkt kann sich beispielsweise aufgrund der Kraftstoffqualität (wenn beispielsweise Kraftstoff mit geringerer Oktanzahl verwendet wird) und aufgrund von Umweltfaktoren von dem MBT-Zündfunkenzeitpunkt leicht unterscheiden. Das Motorausgangsdrehmoment bei dem kalibrierten Zündfunkenzeitpunkt kann daher kleiner als das MBT sein.
Das Kraftstoffsteuermodul 240 kann basierend auf der Kraftstoff-Drehmomentanforderung 271 die Kraftstoffmenge steuern, die an die Zylinder geliefert wird. Während des normalen Betriebs eines Motors mit Funkenzündung kann das Kraftstoffsteuermodul 240 in einem luftgeführten Modus arbeiten, in dem das Kraftstoffsteuermodul 240 versucht, ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoffverhältnis aufrechtzuerhalten, indem die Kraftstoffzufuhr basierend auf der Luftströmung gesteuert wird. Das Kraftstoffsteuermodul 240 kann eine Kraftstoffmasse ermitteln, die eine stöchiometrische Verbrennung ergeben wird, wenn sie mit der gegenwärtigen APC kombiniert wird. Das Kraftstoffsteuermodul 240 kann das Kraftstoff-Aktuatormodul 124 mittels einer Kraftstoffzufuhrrate 272 anweisen, diese Kraftstoffmasse in jeden aktivierten Zylinder einzuspritzen. Das Kraftstoffsteuermodul 240 steuert auch den Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung und die Anzahl von Kraftstoffpulsen, die für jede Kraftstoffeinspritzung verwendet wird.
Das Luftsteuermodul 228 kann die Soll-Drosselposition 267 basierend auf der Luftdrehmomentanforderung 265 ermitteln. Das Luftsteuermodul 228 kann die Soll-Drosselposition 267 an ein Drosselsteuermodul 280 ausgeben. Das Drosselsteuermodul 280 kann ein Soll-Pulsweitenmodulationssignal (Soll-PWM-Signal) 282 unter Verwendung einer Regelung basierend auf der Soll-Drosselposition 267 erzeugen. Das Drossel-Aktuatormodul 116 betätigt das Drosselventil 112 basierend auf dem Soll-PWM-Signal 282. Obgleich PWM gezeigt ist und diskutiert wird, kann das Drosselsteuermodul 280 das Drossel-Aktuatormodul 116 unter Verwendung eines anderen geeigneten Typs eines Signals steuern.
Das Luftsteuermodul 228 kann den Soll-MAP 266 an das Ladedruck-Zeitplanungsmodul 248 ausgeben. Das Ladedruck-Zeitplanungsmodul 248 verwendet den Soll-MAP 266, um das Ladedruck-Aktuatormodul 165 zu steuern. Das Ladedruck-Aktuatormodul 165 steuert anschließend einen oder mehrere Turbolader (z. B. den Turbolader, der die Turbine 160-1 und den Kompressor 16-2 aufweist) und/oder Turbokompressoren.
Das Luftsteuermodul 228 ermittelt die Soll-APC 268 basierend auf der Luftdrehmomentanforderung 265. Lediglich beispielhaft kann die Drehmomentbeziehung auch invertiert werden, um diese nach der Soll-APC 268 aufzulösen. Für eine gegebene Drehmomentanforderung (T_Des) kann die Soll-APC 268 (APC_Des) ermittelt werden basierend auf: APC_Des = T^–1(T_Des, S, I, E, AF, OT, #) (2), wobei S der Zündfunkenzeitpunkt ist, I die Zeiteinstellung des Einlassventils ist, E die Zeiteinstellung des Auslassventils ist, AF das Luft/Kraftstoffverhältnis ist, OT die Öltemperatur ist und # eine Anzahl von aktivierten Zylindern ist. Wiederum können zusätzliche Variablen berücksichtigt werden, wie beispielsweise der Grad einer Öffnung eines AGR-Ventils 164. Diese Beziehung kann als eine Gleichung und/oder als eine Nachschlagetabelle verkörpert sein. Der Zündfunkenzeitpunkt (S), die Zeiteinstellung des Einlass- und des Auslassventils (I) und (E) und das Luft/Kraftstoffverhältnis (AF) können die Ist-Werte sein, wie sie durch das Zündfunkensteuermodul 232, das Ventilsteuermodul 252 und das Kraftstoffsteuermodul 240 angegeben werden.
Das Ventilsteuermodul 252 ermittelt eine Soll-Zeiteinstellung 290 eines Einlassventils für einen nächsten Zylinder in einer vorbestimmten Zündreihenfolge der Zylinder als eine Funktion der Soll-APC 268. Die Funktion kann als eine Gleichung und/oder als eine Nachschlagetabelle verkörpert sein. Zusätzlich oder alternativ kann das Ventilsteuermodul 252 die Soll-Zeiteinstellung 290 des Einlassventils für den nächsten Zylinder in der vorbestimmten Zündreihenfolge der Zylinder als eine Funktion einer Soll-Menge eines eingeschlossenen Restabgases ermitteln.
Das Ventilsteuermodul 252 ermittelt auch eine Soll-Zeiteinstellung 292 eines Auslassventils. Das Ventilsteuermodul 252 kann die Soll-Zeiteinstellung 292 des Auslassventils als eine Funktion der Soll-APC 268 ermitteln. Zusätzlich oder alternativ kann das Ventilsteuermodul 252 die Soll-Zeiteinstellung 292 des Auslassventils des nächsten Zylinders in der vorbestimmten Zündreihenfolge der Zylinder als eine Funktion der Soll-Menge des eingeschlossenen Restabgases ermitteln. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Ventilsteuermodul 252 die Soll-Zeiteinstellung 292 des Auslassventils ermitteln, und es kann die Soll-Zeiteinstellung 290 des Einlassventils basierend auf der Soll-Zeiteinstellung 292 des Auslassventils ermitteln, oder umgekehrt.
Eine Zeiteinstellung eines Ventils kann einen Öffnungszeitpunkt (z. B. in Kurbelwinkelgraden, CAD) eines Ventils (z. B. eines Einlassventils oder eines Auslassventils) und einen Schließzeitpunkt des Ventils (z. B. in CAD) umfassen. Die Dauer zwischen dem Öffnungs- und dem Schließzeitpunkt eines Ventils kann als eine Ventil-Zeitdauer bezeichnet werden. Mit anderen Worten kann sich die Zeitdauer eines Ventils eines Zylinders auf die Dauer beziehen, für welche das Ventil während eines Verbrennungszyklus offen ist.
Das Kraftstoffsteuermodul 240, das Zündfunkensteuermodul 232, das Drosselmodul 280 und das Ventilsteuermodul 252 können Steuerentscheidungen basierend auf einem gewünschten Zündungsmodus 294 treffen. Ein Modussteuermodul 296 kann den gewünschten Zündungsmodus 294 zu einer gegebenen Zeit auf den SI-Modus oder auf den HCCI-Modus setzen. Obgleich das Modussteuermodul 296 derart diskutiert wird, dass es den gewünschten Zündungsmodus 294 auf einen von zwei diskreten Modi setzt (den SI-Modus oder den HCCI-Modus), kann das Modussteuermodus 196 den gewünschten Zündungsmodus 294 auch auf einen oder mehrere gemischte SI/HCCI-Modi setzen, bei denen die Verbrennung sowohl SI- als auch HCCI-Verbrennungskomponenten umfasst. Beispielsweise kann die Verbrennung bei einer gemischten SI/HCCI-Verbrennung mit einer SI-Flammenausbreitung beginnen und mit einer spontanen HCCI-Verbrennung der verbleibenden Ladung enden. Das Modussteuermodul 196 kann den gewünschten Zündungsmodus 294 auf einen gemischten Modus setzen, um eine gemischte SI/HCCI-Verbrennung mit gewünschten Eigenschaften für die SI-Verbrennungskomponente und die HCCI-Verbrennungskomponente zu erreichen. Dementsprechend kann sich ein Übergang von dem SI-Modus in den HCCI-Modus, wie er hierin verwendet wird, sowohl auf Übergänge in dem gewünschten Verbrennungsmodus 294 von dem SI-Modus in den HCCI-Modus als auch auf Übergänge zu einem Betrieb mit mehr HCCI-Verbrennung und weniger SI-Verbrennung beziehen. Ein Übergang von dem HCCI-Modus in den SI-Modus kann sich dementsprechend sowohl auf Übergänge in dem gewünschten Zündungsmodus 294 von dem HCCI-Modus in den SI-Modus als auch auf Übergänge zu einem Betrieb mit mehr SI-Verbrennung und weniger HCCI-Verbrennung beziehen.
Der Zündfunken kann für eine Verbrennung geliefert werden, wenn der gewünschte Zündungsmodus 294 auf den SI-Modus gesetzt ist. Der Zündfunken kann deaktiviert werden oder aktiviert bleiben, wenn der gewünschte Zündungsmodus 294 auf den HCCI-Modus gesetzt ist. Bei verschiedenen Implementierungen kann der Zündfunken zu einigen oder zu allen Zeiten geliefert werden, während der gewünschte Zündungsmodus 294 auf den HCCI-Modus gesetzt ist.
Das Modussteuermodul 296 kann den gewünschten Zündungsmodus 294 zu einer gegebenen Zeit basierend auf einer Motorlast 298, einer Motordrehzahl 299 und/oder basierend auf einem oder mehreren anderen geeigneten Parametern auf den SI-Modus oder den HCCI-Modus setzen. Lediglich beispielhaft kann das Modussteuermodul 296 den gewünschten Zündungsmodus 294 auf den SI-Modus setzen, wenn die Motorlast 298 größer als eine erste vorbestimmte Motorlast ist. Das Modussteuermodul 296 kann den gewünschten Zündungsmodus 294 auf den HCCI-Modus setzen, wenn die Motorlast 298 kleiner als eine zweite vorbestimmte Motorlast ist. Die erste und die zweite vorbestimmte Motorlast können dieselben sein, oder sie können verschieden sein. Beispielsweise kann die erste vorbestimmte Motorlast gleich der zweiten vorbestimmten Motorlast sein, wenn von dem HCCI-Modus in den SI-Modus übergegangen wird, und die erste vorbestimmte Motorlast kann größer als die zweite Motorlast sein, wenn von dem SI-Modus in den HCCI-Modus übergangen wird. Die Motorlast 298 kann basierend auf einer APC, die beispielsweise der gegenwärtigen APC, und/oder basierend auf einem oder mehreren anderen geeigneten Parametern ermittelt werden. Die Motordrehzahl 299 kann beispielsweise basierend auf Messwerten von dem Kurbelwellen-Positionssensor 170 erzeugt werden.
Wenn der gewünschte Zündungsmodus 294 auf den HCCI-Modus gesetzt ist, regelt das Ventilsteuermodul 252 den Auslassventil-Schließzeitpunkt jedes der Zylinder (mittels der Soll-Zeiteinstellung 292 des Auslassventils) basierend auf einem ersten vorbestimmten Zeitpunkt. Beispielsweise kann das Ventilsteuermodul 252 den Auslassventil-Schließzeitpunkt jedes der Zylinder auf den ersten vorbestimmten Zeitpunkt setzen, wenn der gewünschte Zündungsmodus 294 auf den HCCI-Modus gesetzt wird. Das Ventilsteuermodul 252 kann den Auslassventil-Schließzeitpunkt von dem ersten vorbestimmten Zeitpunkt aus basierend auf einem oder mehreren Motorbetriebsparametern selektiv verstellen (d. h. nach früh oder nach spät verstellen), während der gewünschte Zündungsmodus 294 auf den HCCI-Modus gesetzt wird.
Wenn der gewünschte Zündungsmodus 294 auf den SI-Modus gesetzt ist, regelt das Ventilsteuermodul 252 den Auslassventil-Schließzeitpunkt jedes der Zylinder basierend auf einem zweiten vorbestimmten Zeitpunkt. Beispielsweise kann das Ventilsteuermodul 252 den Auslassventil-Schließzeitpunkt jedes der Zylinder auf den zweiten vorbestimmten Zeitpunkt setzen, wenn der gewünschte Zündungsmodus 294 auf den SI-Modus gesetzt wird. Das Ventilsteuermodul 252 kann den Auslassventil-Schließzeitpunkt von dem zweiten vorbestimmten Zeitpunkt aus selektiv basierend auf einem oder mehreren Motorbetriebsparametern verstellen, während der gewünschte Zündungsmodus 294 auf den SI-Modus gesetzt wird. Der zweite vorbestimmte Zeitpunkt liegt später als der erste vorbestimmte Zeitpunkt (d. h. ist bezogen auf diesen nach spät verstellt).
Wenn der gewünschte Zündungsmodus 294 von dem HCCI-Modus in den SI-Modus übergeht, kann das Ventilsteuermodul 252 von einem Motorzyklus (z. B. dem gegenwärtigen Motorzyklus) auf den nächsten auf das Regeln des Auslassventil-Schließzeitpunkts jedes der Zylinder basierend auf dem zweiten vorbestimmten Zeitpunkt umschalten. Spezieller kann das Ventilsteuermodul 252 den Auslassventil-Schließzeitpunkt während eines Motorzyklus basierend auf dem ersten vorbestimmten Zeitpunkt steuern (für den HCCI-Modus), und es kann den Auslassventil-Schließzeitpunkt während des nächsten Motorzyklus basierend auf dem zweiten vorbestimmten Zeitpunkt steuern (für den SI-Modus).
Das Gegenteil kann dann gelten, wenn der gewünschte Zündungsmodus 294 von dem SI-Modus in den HCCI-Modus übergeht. Wenn der gewünschte Zündungsmodus 294 von dem SI-Modus in den HCCI-Modus übergeht, kann das Ventilsteuermodul 252 von einem Motorzyklus auf den nächsten auf das Regeln des Auslassventil-Schließzeitpunkts jedes der Zylinder basierend auf dem ersten vorbestimmten Zeitpunkt umschalten.
Eine solche gestufte Änderung in dem Auslassventil-Schließzeitpunkt zwischen aufeinanderfolgenden Motorzyklen beeinflusst jedoch die Menge des Restabgases, das in jedem Zylinder eingeschlossen wird. Die Menge des Restabgases in den Zylindern beeinflusst die Luftmenge, die in die Zylinder eingelassen werden kann. Änderungen in der Menge des Restabgases und/oder der APC können Änderungen in der Motordrehmomentausgabe bewirken.
In Ansprechen auf einen Übergang in dem gewünschten Zündungsmodus 294 stellt das Ventilsteuermodul 252 den Auslassventil-Schließzeitpunkt inkrementell ein. Das Ventilsteuermodul 252 kann den Auslassventil-Schließzeitpunkt beispielsweise um einen vorbestimmten Betrag (z. B. um einen vorbestimmten Winkel in Grad) pro Zündungsereignis oder um einen vorbestimmten Betrag pro Motorzyklus verstellen. Der vorbestimmte Betrag kann ein fester Wert sein, oder er kann ein variabler Wert sein. Das inkrementelle Einstellen des Auslassventil-Schließzeitpunkts kann Änderungen in der Motordrehmomentausgabe während Übergängen von dem HCCI-Betrieb in den SI-Betrieb und umgekehrt minimieren.
Wenn der Auslassventil-Schließzeitpunkt pro Zündungsereignis verstellt wird, wird der Auslassventil-Schließzeitpunkt von Zylinder zu Zylinder in der Zündreihenfolge der Zylinder verstellt. Mit anderen Worten wird ein Auslassventil-Schließzeitpunkt für einen Zylinder verwendet, und der Auslassventil-Schließzeitpunkt wird um den vorbestimmten Betrag verstellt und für den nächsten Zylinder in der Zündreihenfolge der Zylinder verwendet. Der Auslassventil-Schließzeitpunkt wird ein zweites Mal um den vorbestimmten Betrag verstellt und für den nächsten Zylinder in der Zündreihenfolge verwendet usw.
Wenn der Auslassventil-Schließzeitpunkt pro Motorzyklus verstellt wird, wird der Auslassventil-Schließzeitpunkt, der für alle Zylinder verwendet wird, einmal pro Motorzyklus verstellt. Mit anderen Worten wird der Auslassventil-Schließzeitpunkt für alle Zylinder während eines Motorzyklus verwendet, und der Auslassventil-Schließzeitpunkt wird um den vorbestimmten Betrag verstellt und während des nächsten Motorzyklus für alle Zylinder verwendet. Der Auslassventil-Schließzeitpunkt wird ein zweites Mal um den vorbestimmten Betrag verstellt und während des nächsten Motorzyklus für alle Zylinder verwendet usw.
In Ansprechen auf einen Übergang des gewünschten Zündungsmodus 294 von dem HCCI-Modus in den SI-Modus verstellt das Ventilsteuermodul 252 den Auslassventil-Schließzeitpunkt unter Verwendung eines ersten vorbestimmten Betrags (z. B. eines Winkels in Graden) inkrementell von dem ersten vorbestimmten Zeitpunkt in Richtung des zweiten vorbestimmten Zeitpunkts oder auf diesen nach spät. Das Ventilsteuermodul 252 kann den Auslassventil-Schließzeitpunkt beispielsweise pro Zündungsereignis oder pro Motorzyklus um den ersten vorbestimmten Betrag nach spät verstellen.
In Ansprechen auf einen Übergang in dem gewünschten Zündungsmodus 294 von dem SI-Modus in den HCCI-Modus verstellt das Ventilsteuermodul 252 den Auslassventil-Schließzeitpunkt unter Verwendung eines zweiten vorbestimmten Betrags (z. B. eines Winkels in Grad) inkrementell von dem ersten vorbestimmten Zeitpunkt in Richtung des zweiten vorbestimmten Zeitpunkts und/oder auf diesen nach früh. Das Ventilsteuermodul 252 kann den Auslassventil-Schließzeitpunkt beispielsweise pro Zündungsereignis oder pro Motorzyklus um den zweiten vorbestimmten Betrag nach früh verstellen. Der erste und der zweite vorbestimmte Betrag können derselbe sein, oder sie können verschieden sein.
Nun auf 3A Bezug nehmend, ist ein Flussdiagramm dargestellt, das ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern des Auslassventil-Schließzeitpunkts für einen Übergang vom HCCI-Modus in den SI-Modus zeigt. Die Steuerung kann bei 304 beginnen, wenn der gewünschte Zündungsmodus 294 auf den HCCI-Modus gesetzt wird. Bei 304 kann die Steuerung ermitteln, ob der gewünschte Zündungsmodus 294 von dem HCCI-Modus in den SI-Modus übergeleitet wurde. Wenn nein, kann die Steuerung enden. Wenn ja, verstellt die Steuerung bei 308 den Auslassventil-Schließzeitpunkt um den ersten vorbestimmten Betrag inkrementell in Richtung des zweiten vorbestimmten Zeitpunkts oder auf diesen. Die Steuerung kann den Auslassventil-Schließzeitpunkt beispielsweise pro Zündungsereignis oder pro Motorzyklus um den ersten vorbestimmten Betrag nach spät verstellen. Das Verstellen des Auslassventil-Schließzeitpunkts nach spät verringert das Restabgas, das in einem Zylinder eingeschlossen wird, wodurch ermöglicht wird, dass eine größere Menge an Luft während des nächsten Motorzyklus in den Zylinder angesaugt wird.
Nun auf 3B Bezug nehmend, ist ein Flussdiagramm dargestellt, das ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern des Auslassventil-Schließzeitpunkts für einen Übergang vom SI-Modus in den HCCI-Modus zeigt. Die Steuerung kann bei 354 beginnen, wenn der gewünschte Zündungsmodus 294 auf den SI-Modus gesetzt wird. Bei 354 kann die Steuerung ermitteln, ob der gewünschte Zündungsmodus 294 von dem SI-Modus in den HCCI-Modus übergeleitet wurde. Wenn nein, kann die Steuerung enden. Wenn ja, verstellt die Steuerung bei 358 den Auslassventil-Schließzeitpunkt um den zweiten vorbestimmten Betrag inkrementell in Richtung des ersten vorbestimmten Zeitpunkts oder auf diesen. Die Steuerung kann den Auslassventil-Schließzeitpunkt beispielsweise pro Zündungsereignis oder pro Motorzyklus um den zweiten vorbestimmten Betrag nach früh verstellen. Das Verstellen des Auslassventil-Schließzeitpunkts nach früh erhöht das Restabgas, das in einem Zylinder eingeschlossen wird, wodurch die Menge an Luft verringert wird, die während des nächsten Motorzyklus in den Zylinder angesaugt wird.
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 nach 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 ein oder mehrere Schritte innerhalb eines Verfahrens in unterschiedlicher Reihenfolge (oder gleichzeitig) ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu verändern.
Wie hierin verwendet, kann sich der Ausdruck Modul auf einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC); einen elektronischen Schaltkreis; einen Schaltkreis der Schaltungslogik; ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA); einen Prozessor (gemeinsam genutzt, fest zugeordnet oder als Gruppe), der einen Code ausführt; andere geeignete Hardwarekomponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen; oder eine Kombination einiger oder aller von den vorstehenden Gegenständen, wie beispielsweise bei einem Ein-Chip-System, beziehen, ein Teil von diesen sein oder diese umfassen. Der Ausdruck Modul kann einen Speicher umfassen (gemeinsam genutzt, fest zugeordnet oder als Gruppe), der einen Code speichert, der durch den Prozessor ausgeführt wird.
Der Ausdruck Code, wie er vorstehend verwendet wird, kann eine Software, eine Firmware und/oder einen Mikrocode umfassen, und er kann sich auf Programme, Routinen, Funktionen, Klassen und/oder Objekte beziehen. Der Ausdruck gemeinsam genutzt, wie er vorstehend verwendet wird, bedeutet, dass ein Teil des Codes oder der gesamte Code von mehreren Modulen unter Verwendung eines einzelnen (gemeinsam genutzten) Prozessors ausgeführt werden kann. Zusätzlich kann ein Teil des Codes oder der gesamte Code mehrerer Module durch einen einzelnen (gemeinsam genutzten) Speicher gespeichert werden. Der Ausdruck Gruppe, wie er vorstehend verwendet wird, bedeutet, dass ein Teil des Codes oder der gesamte Code eines einzelnen Moduls unter Verwendung einer Gruppe von Prozessoren ausgeführt werden kann. Zusätzlich kann ein Teil des Codes oder der gesamte Code eines einzelnen Moduls unter Verwendung einer Gruppe von Speichern gespeichert werden.
Die hierin beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können durch ein oder mehrere Computerprogramme implementiert werden, die durch einen oder mehrere Prozessoren ausgeführt werden. Die Computerprogramme umfassen durch einen Prozessor ausführbare Anweisungen, die auf einem nicht flüchtigen, zugreifbaren, computerlesbaren Medium gespeichert sind. Die Computerprogramme können auch gespeicherte Daten umfassen. Nicht einschränkende Beispiele des nicht flüchtigen, zugreifbaren, computerlesbaren Mediums sind ein nicht flüchtiger Speicher, ein magnetischer Speicher und ein optischer Speicher.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

US-Regierungsvertrag Nr. DE-FC26-05NT42415 [0001]

Claims

Verfahren, das umfasst, dass: ein gewünschter Verbrennungsmodus für einen Motor selektiv auf einen Modus mit Funkenzündung (SI-Modus) oder einen Modus mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Modus) gesetzt wird; und unter Verwendung eines vollflexiblen Ventilaktuators ein Schließzeitpunkt eines Auslassventils selektiv in Ansprechen darauf verstellt wird, dass: der gewünschte Zündungsmodus von dem HCCI-Modus in den SI-Modus übergeleitet wird; und der gewünschte Zündungsmodus von dem SI-Modus in den HCCI-Modus übergeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass: in Ansprechen darauf, dass der gewünschte Zündungsmodus von dem HCCI-Modus in den SI-Modus übergeleitet wird, der Schließzeitpunkt des Auslassventils unter Verwendung des vollflexiblen Ventilaktuators selektiv nach früh verstellt wird; und in Ansprechen darauf, dass der gewünschte Zündungsmodus von dem SI-Modus in den HCCI-Modus übergeleitet wird, der Schließzeitpunkt des Auslassventils unter Verwendung des vollflexiblen Ventilaktuators selektiv nach spät verstellt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, das ferner umfasst, dass der Schließzeitpunkt des Auslassventils in Ansprechen darauf, dass der gewünschte Zündungsmodus von dem SI-Modus in den HCCI-Modus übergeleitet wird, um einen ersten vorbestimmten Winkel nach früh verstellt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, das ferner umfasst, dass der Schließzeitpunkt des Auslassventils in Ansprechen darauf, dass der gewünschte Zündungsmodus von dem SI-Modus in den HCCI-Modus übergeleitet wird, um einen zweiten vorbestimmten Winkel nach spät verstellt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, das ferner umfasst, dass: der Schließzeitpunkt des Auslassventils in Ansprechen darauf, dass der gewünschte Zündungsmodus von dem SI-Modus in den HCCI-Modus übergeleitet wird, um einen ersten vorbestimmten Winkel nach früh verstellt wird; und der Schließzeitpunkt des Auslassventils in Ansprechen darauf, dass der gewünschte Zündungsmodus von dem SI-Modus in den HCCI-Modus übergeleitet wird, um einen zweiten vorbestimmten Winkel nach spät verstellt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der erste vorbestimmte Winkel gleich dem zweiten vorbestimmten Winkel ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der erste vorbestimmte Winkel größer oder kleiner als der zweite vorbestimmte Winkel ist.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass der gewünschte Zündungsmodus basierend auf einer Motorlast auf den SI-Modus oder auf den HCCI-Modus gesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, das ferner umfasst, dass: der gewünschte Zündungsmodus in Ansprechen auf eine Ermittlung, dass die Motorlast größer als eine erste vorbestimmte Last ist, von dem HCCI-Modus in den SI-Modus übergeleitet wird; und der gewünschte Zündungsmodus in Ansprechen auf eine Ermittlung, dass die Motorlast kleiner als eine zweite vorbestimmte Last ist, von dem SI-Modus in den HCCI-Modus übergeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, das ferner umfasst, dass der gewünschte Zündungsmodus ferner basierend auf einer Motordrehzahl auf den SI-Modus oder auf den HCCI-Modus gesetzt wird.