DE102019106289A1 - Systeme und verfahren für durch verdichtung erwärmte luft - Google Patents

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Abstract

Diese Offenbarung stellt Systeme und Verfahren für durch Verdichtung erwärmte Luft bereit Es werden Verfahren und Systeme zur Verdichtungserwärmung von Luft bereitgestellt. In einem Beispiel kann ein Verfahren während eines Motorstarts und vor einem ersten Verbrennungsereignis, Deaktivieren von Zylinderauslassventilen während der Motor elektrisch und ohne Kraftstoffzufuhr gedreht wird, bis eine Schwellenansauglufttemperatur erreicht wird, und abwechselndes Aktivieren und Deaktivieren der Auslassventile eines oder mehrerer Zylinder, um die Ansauglufttemperatur nach dem ersten Verbrennungsereignis über der Schwellentemperatur zu halten, beinhalten. Auf diese Weise kann eine Temperatur einer Luftladung erhöht werden, was zu erhöhter Kraftstoffeffizienz und verringerten Fahrzeugemissionen führt.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen Verfahren und Systeme zur Gaserwärmung über einen Fahrzeugmotor.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Eine Effizienz eines Fahrzeugmotors kann während eines Kaltstarts und/oder bevor der Motor stationäre Betriebstemperaturen erreicht reduziert werden. Zum Beispiel kann die Verbrennung weniger vollständig sein, wenn der Motor gestartet wird, als wenn der Motor aufgewärmt wird, wodurch die Kraftstoffeffizienz reduziert wird und Fahrzeugemissionen erhöht werden. Insbesondere kann der Motor intermittierend betrieben werden, wenn es sich bei dem Fahrzeug um ein Hybridfahrzeug handelt, das mit einem Stopp-/Startsystem usw. ausgestattet ist, was zu mehreren Motorstarts in einem einzelnen Fahrzyklus führen kann. Demnach sind Systeme und Verfahren, die die Verbrennungseffizienz während des ersten Betriebs erhöhen, von zunehmender Bedeutung. Faktoren, die die Verbrennungsvollständigkeit beeinflussen, beinhalten die Brennkammerwandtemperatur, Verbrennungslufttemperatur, Kraftstofftemperatur und Motordrehzahl. Insbesondere kann das Erwärmen der Verbrennungsluft (z. B. der in einer Verbrennungsreaktion in einem Motorzylinder verwendeten Luft) aufgrund des Einflusses der Verbrennungslufttemperatur auf die Gemischaufbereitung und die Luftladungsreduktion die Verbrennungsvollständigkeit erhöhen.
  • Andere Versuche, die Lufterwärmung anzugehen, beinhalten Betreiben in einem Lufterwärmungsmodus während einer Startsequenz eines Motors. Ein beispielhafter Ansatz ist von Clarke et al. in US 5.117.790 gezeigt. Darin werden einer oder mehrere Zylinder eines Mehrzylindermotors vor dem Einleiten der Verbrennung in dem einen oder den mehreren Zylindern durch Deaktivieren ihrer Auslassventile im Lufterwärmungsmodus betrieben. Sobald jeder der einen oder der mehreren Zylinder ausreichend erwärmt wurde, werden die entsprechenden Auslassventile aktiviert und Kraftstoff wird eingespritzt, um die Verbrennung einzuleiten. (Ein) zusätzliche(r) Zylinder kann/können dann vor dem Einleiten der Verbrennung in dem/den zusätzlichen Zylinder(n) im Lufterwärmungsmodus betrieben werden.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch mögliche Probleme im Zusammenhang mit derartigen Systemen erkannt. Als ein Beispiel kann das sequentielle Erwärmen und Einleiten der Verbrennung in den Zylindern eines Mehrzylindermotors Motorstartzeiten verlängern, was zu einer verringerten Fahrzeugführerzufriedenheit führt. Des Weiteren kann der Motor von fortgesetzter Lufterwärmung selbst nach dem ersten Verbrennungsereignis profitieren, insbesondere während der Motor unter stationären Betriebstemperaturen bleibt. Noch weiter können heißere Verbrennungslufttemperaturen bestimmte Zündungsstrategien, wie etwa Verdichtungszündungsstrategien, unterstützen, selbst während der Motor aufgewärmt wird.
  • KURZDARSTELLUNG
  • In einem Beispiel können die vorstehend beschriebenen Probleme durch ein Verfahren für ein Hybridelektrofahrzeug angegangen werden, das Folgendes umfasst: während eines Motorstarts, Deaktivieren der Motorzylinderauslassventile, während die Motorzylindereinlassventile aktiviert werden und der Motor ohne Kraftstoffzufuhr elektrisch gedreht wird, bis er eine Schwellenansauglufttemperatur erreicht; und nach dem Erreichen der Schwellenansauglufttemperatur, Aktivieren eines oder mehrerer der Zylinder und Zuführen von Kraftstoff zu diesem/diesen, um die Verbrennung einzuleiten und dann Wechseln zwischen Deaktivieren und Verbrennen in dem einen oder den mehreren Zylindern, bis eine Schwellenmotortemperatur erreicht wird. Auf diese Weise kann der Motor effizient und mit erhöhter Verbrennungsvollständigkeit gestartet werden.
  • Als ein Beispiel beinhaltet das Wechseln zwischen Deaktivieren und Verbrennen in dem einen oder den mehreren Zylindern das Geschlossenhalten der Auslassventile des einen oder der mehreren Zylinder, während die entsprechenden Einlassventile aktiv bleiben, und Deaktivieren der Kraftstoffzufuhr zu dem einen oder den mehreren Zylindern, über einen Motorzyklus; und Anheben des Einlassventils und des Auslassventils bei entsprechenden Ventilansteuerungen, Bereitstellen von Kraftstoff über eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die an jeden von dem einen oder den mehreren Zylindern gekoppelt ist, und Bereitstellen eines Zündfunkens über eine Zündkerze, die an jeden von dem einen oder den mehreren Zylinder gekoppelt ist, über den nachfolgenden Motorzyklus. Durch abwechselndes Deaktivieren und Verbrennen in dem einen oder den mehreren Zylinder kann fortgesetzte Lufterwärmung bereitgestellt werden, selbst nachdem der Motor gestartet und die Verbrennung eingeleitet wurde. Zum Beispiel kann die Schwellenmotortemperatur eine stationäre Betriebstemperatur des Motors sein. Demnach kann fortgesetzte Lufterwärmung bereitgestellt werden, wenn der Motor kälter ist. Im Gegensatz dazu kann Lufterwärmung vor einem ersten Verbrennungsereignis unabhängig von der Motortemperatur durchgeführt werden. Auf diese Weise kann die Lufterwärmung vor dem ersten Verbrennungsereignis bereitgestellt werden, selbst wenn der Motor nicht wesentlich abgekühlt ist, wie etwa wenn der Motor abgeschaltet und neugestartet wird, während das Fahrzeug angeschaltet bleibt. In noch weiteren Beispielen kann die fortgesetzte Lufterwärmung bereitgestellt werden, um den Betrieb in einem Verdichtungszündungsmodus, in dem erhöhte Luftladungstemperaturen die Verdichtungszündung unterstützen können, zu erleichtern. Insgesamt kann die Kraftstoffeffizienz erhöht werden und Fahrzeugemissionen können reduziert werden.
  • Es versteht sich, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl an Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung näher beschrieben werden. Sie ist nicht dazu gedacht, wichtige oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu nennen, dessen Umfang einzig durch die Patentansprüche im Anschluss an die detaillierte Beschreibung definiert ist. Darüber hinaus ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die beliebige der vorstehend oder in einem beliebigen Teil dieser Offenbarung angeführten Nachteile überwinden.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Motorsystems eines Fahrzeugs.
    • 2 zeigt ein beispielhaftes Diagramm eines Luftzyklus in einem idealisierten Motor mit und ohne Auslassventildeaktivierung.
    • 3 ist ein Ablaufdiagramm auf hoher Ebene eines beispielhaften Verfahrens zur Verdichtungserwärmung von Luft in Reaktion auf eine Motorstartanforderung.
    • 4 ist ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Verdichtungserwärmung von Luft nach einem ersten Zünden eines Motors.
    • 5 veranschaulicht eine voraussichtliche beispielhafte Zeitachse, die die Verdichtungserwärmung von Luft über Auslassventildeaktivierung während eines Motorstarts und nach dem Motorstart zeigt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zum Erhöhen einer Temperatur eines Gases über Verdichtungserwärmung in Motorzylindern, wie etwa dem in 1 schematisch gezeigten Motorzylinder. Das Gas kann ein Gemisch aus Frischluft und Restabgas beinhalten, hier auch als „Luft“ bezeichnet. Ein thermodynamischer Mechanismus, der während der Verdichtungserwärmung zu der erhöhten Temperatur führt, ist in Bezug auf einen Luftzyklus des Motorzylinders, wie in 2 veranschaulicht, beschrieben. Die Verdichtungserwärmung kann verwendet werden, um die Temperatur einer Luftladung vor einem ersten Verbrennungsereignis (hier auch als „Zündung“ bezeichnet) des Motors und nach dem ersten Verbrennungsereignis zu erhöhen, wie etwa gemäß den in den 3 bzw. 4 gezeigten beispielhaften Verfahren. Ein Beispiel für das Betreiben des Motors mit Verdichtungserwärmung ist unter Bezugnahme auf 5 gezeigt.
  • 1 bildet ein Beispiel für einen Zylinder 14 eines Verbrennungsmotors 10 ab, der in einem Motorsystem 100 in einem Fahrzeug 5 enthalten sein kann. Der Motor 10 kann zumindest teilweise durch ein Steuersystem, das eine Steuerung 12 beinhaltet, und durch Eingaben von einem Fahrzeugführer 130 über eine Eingabevorrichtung 132 gesteuert werden. In diesem Beispiel beinhaltet die Eingabevorrichtung 132 ein Gaspedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Generieren eines proportionalen Pedalpositionssignals PP. Der Zylinder (hier auch „Brennkammer“) 14 des Motors 10 kann Brennkammerwände 136 beinhalten, in denen ein Kolben 138 positioniert ist. Der Kolben 138 kann so an eine Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, dass eine Hin- und Herbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle übersetzt wird. Die Kurbelwelle 140 kann über ein Getriebe 54 an mindestens ein Fahrzeugrad 55 gekoppelt sein, wie nachfolgend näher beschrieben. Außerdem kann ein Anlassermotor (nicht gezeigt) über ein Schwungrad an die Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, um einen Startbetrieb des Motors 10 zu ermöglichen.
  • In einigen Beispielen kann das Fahrzeug 5 ein Hybridfahrzeug mit mehreren Drehmomentquellen sein, die einem oder mehreren Fahrzeugrädern 55 zur Verfügung stehen. In anderen Beispielen ist das Fahrzeug 5 ein herkömmliches Fahrzeug nur mit einem Motor oder ein Elektrofahrzeug nur mit (einer) elektrischen Maschine(n). In dem in 1 gezeigten Beispiel beinhaltet das Fahrzeug 5 den Motor 10 und eine elektrische Maschine 52. Bei der elektrischen Maschine 52 kann es sich um einen Elektromotor oder einen Motorgenerator handeln. Die Kurbelwelle 140 des Motors 10 und die elektrische Maschine 52 sind über das Getriebe 54 mit den Fahrzeugrädern 55 verbunden, wenn eine oder mehrere Kupplungen 56 eingekuppelt sind. In dem abgebildeten Beispiel ist eine erste Kupplung 56 zwischen der Kurbelwelle 140 und der elektrischen Maschine 52 bereitgestellt und eine zweite Kupplung 56 ist zwischen der elektrischen Maschine 52 und dem Getriebe 54 bereitgestellt. Die Steuerung 12 kann ein Signal an einen Aktor einer jeweiligen Kupplung 56 senden, um die Kupplung einzukuppeln oder auszukuppeln, um so die Kurbelwelle 140 mit der elektrischen Maschine 52 und den damit verbundenen Komponenten zu verbinden oder von diesen zu trennen und/oder um die elektrische Maschine 52 mit dem Getriebe 54 und den damit verbundenen Komponenten zu verbinden oder von diesen zu trennen. Bei dem Getriebe 54 kann es sich um ein Schaltgetriebe, ein Planetenradsystem oder eine andere Getriebeart handeln.
  • Der Antriebsstrang kann auf verschiedene Weise ausgelegt sein, darunter als ein Parallel-, Serien- oder Serien-Parallel-Hybridfahrzeug. In Ausführungsformen als Elektrofahrzeug kann eine Systembatterie 58 eine Traktionsbatterie sein, die der elektrischen Maschine 52 elektrische Leistung zuführt, um den Fahrzeugrädern 55 Drehmoment bereitzustellen. In einigen Ausführungsformen kann die elektrische Maschine 52 zudem als Generator betrieben werden, um beispielsweise während eines Bremsbetriebs elektrische Leistung zum Laden der Systembatterie 58 bereitzustellen. Es versteht sich, dass die Systembatterie 58 in anderen Ausführungsformen, einschließlich Ausführungsformen als Nicht-Elektrofahrzeug, eine typische Starter-, Licht- und Zündungsbatterie (starting, lighting, ignition battery - SLI-Batterie) sein kann, die an eine Lichtmaschine 46 gekoppelt ist.
  • Die Lichtmaschine 46 kann dazu ausgelegt sein, die Systembatterie 58 unter Verwendung von Motordrehmoment über die Kurbelwelle 140 bei laufendem Motor zu laden. Zusätzlich kann die Lichtmaschine 46 ein oder mehrere elektrische Systeme des Motors, wie etwa ein oder mehrere Hilfssysteme, einschließlich eines Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungs(HVAC-)Systems, Fahrzeugleuchten, eines bordeigenen Unterhaltungssystems und anderer Hilfssysteme, auf Grundlage ihrer elektrischen Bedarfe mit Leistung versorgen. In einem Beispiel kann ein an der Lichtmaschine entnommener Strom auf Grundlage von jedem von einem Bedienerkabinenkühlbedarf, einer Batterieladeanforderung, Bedarfen anderer Hilfsfahrzeugsysteme und Elektromotordrehmoment kontinuierlich variieren. Ein Spannungsregler kann an die Lichtmaschine 46 gekoppelt sein, um die Leistungsausgabe der Lichtmaschine auf Grundlage von Systemnutzungsanforderungen, einschließlich Hilfssystembedarfen, zu regulieren.
  • Der Zylinder 14 des Motors 10 kann über einen Ansaugkanal 142 und einen Ansaugkrümmer 146 Ansaugluft erhalten. Der Ansaugkrümmer 146 kann neben dem Zylinder 14 mit anderen Zylindern des Motors 10 in Verbindung stehen. In einigen Beispielen kann der Ansaugkanal 142 eine oder mehrere darin gekoppelte Aufladevorrichtungen beinhalten, wie etwa einen Turbolader oder einen Kompressor, wenn das Motorsystem ein aufgeladenes Motorsystem ist. Eine Drossel 162, die eine Drosselklappe 164 beinhaltet, kann in dem Ansaugkanal bereitgestellt sein, um die Strömungsrate und/oder den Druck der Ansaugluft zu variieren, die den Motorzylindern bereitgestellt wird. Ein Abgaskrümmer 148 kann Abgase aus dem Zylinder 14 und aus anderen Zylindern des Motors 10 erhalten.
  • Jeder Zylinder des Motors 10 kann ein oder mehrere Einlassventile und ein oder mehrere Auslassventile beinhalten. Zum Beispiel beinhaltet der Zylinder 14 der Darstellung nach zumindest ein Einlasstellerventil 150 und zumindest ein Auslasstellerventil 156, die sich in einem oberen Bereich des Zylinders 14 befinden. In einigen Beispielen kann jeder Zylinder des Motors 10, einschließlich des Zylinders 14, mindestens zwei Einlasstellerventile und mindestens zwei Auslasstellerventile beinhalten, die in einem oberen Bereich des Zylinders angeordnet sind. Das Einlassventil 150 kann über einen Aktor 152 durch die Steuerung 12 gesteuert werden. Gleichermaßen kann das Auslassventil 156 über einen Aktor 154 durch die Steuerung 12 gesteuert werden. Die Positionen des Einlassventils 150 und des Auslassventils 156 können jeweils durch einen Ventilpositionssensor (nicht gezeigt) bestimmt werden.
  • Unter einigen Bedingungen kann die Steuerung 12 die den Aktoren 152 und 154 bereitgestellten Signale variieren, um das Öffnen und Schließen des Einlass- bzw. Auslassventils zu steuern. Die Ventilaktoren können einer Art mit elektrischer Ventilbetätigung, einer Art mit Nockenbetätigung oder einer Kombination daraus angehören. Die Ansteuerung des Einlass- und Auslassventils kann gleichzeitig gesteuert werden oder es kann eine beliebige von einer Möglichkeit zur variablen Einlassnockenansteuerung, zur variablen Auslassnockenansteuerung, zur dualen unabhängigen variablen Nockenansteuerung oder zur festen Nockenansteuerung verwendet werden. Jedes Nockenbetätigungssystem kann einen oder mehrere Nocken beinhalten und eines oder mehrere aus Systemen zur Nockenprofilverstellung (cam profile switching - CPS), variablen Nockenansteuerung (variable cam timing - VCT), variablen Ventilansteuerung (variable valve timing - WT) und/oder zum variablen Ventilhub (variable valve lift - VVL), die durch die Steuerung 12 betrieben werden können, zum Variieren des Ventilbetriebs verwenden. Beispielsweise kann der Zylinder 14 alternativ ein über elektrische Ventilbetätigung gesteuertes Einlassventil und ein über Nockenbetätigung, einschließlich CPS und/oder VCT, gesteuertes Auslassventil beinhalten. In anderen Beispielen können das Einlass- und das Auslassventil durch einen gemeinsamen Ventilaktor (oder ein gemeinsames Betätigungssystem) oder einen Aktor (oder ein Betätigungssystem) zur variablen Ventilansteuerung gesteuert werden. Als ein Beispiel können während des Betriebs in einem Verbrennungsmodus sowohl das Auslassventil 156 als auch das Einlassventil 150 aktiv sein. Im vorliegenden Zusammenhang, wenn Bezug auf die Einlass- und Auslassventile genommen wird, bezieht sich „aktiv“ oder „aktiviert“ auf einen Ventilbetriebszustand, in dem das Ventil gemäß einer gewünschten Ventilansteuerung, wie etwa einmal pro Zylinderzyklus, geöffnet (z. B. angehoben) ist.
  • In einigen Beispielen können eines oder mehrere von dem Einlassventil 150 und dem Auslassventil 156 während ausgewählter Betriebsmodi deaktiviert werden. Als ein Beispiel kann während eines Verdichtungserwärmungsmodus das Einlassventil 150 aktiv bleiben, während das Auslassventil 156 deaktiviert wird, wie in Bezugnahme auf die 2-4 beschrieben wird. In einem Beispiel können das Einlassventil 150 und/oder das Auslassventil 156 über hydraulisch betätigte Hubelemente, die an Ventilstößel gekoppelt sind, oder über einen CPS-Mechanismus, bei dem ein Nockenvorsprung ohne Hub für deaktivierte Ventile verwendet wird, deaktiviert werden. Es können auch andere Ventilabschaltmechanismen verwendet werden, wie etwa für elektrisch betätigte Ventile. In noch anderen Beispielen kann ein bestimmter Aktor die Deaktivierung für alle Einlassventile steuern, während ein anderer bestimmter Aktor die Deaktivierung für alle Auslassventile des Motors 10 steuert. Es versteht sich, dass der Zylinder keine Ventildeaktivierungsaktoren aufweisen kann, wenn der Zylinder ein nicht deaktivierbarer Zylinder ist. Im vorliegenden Zusammenhang, wenn Bezug auf die Einlass- und Auslassventile genommen wird, bezieht sich „deaktiviert“ auf einen Ventilbetriebszustand, in dem das Ventil während einer gewünschten Anzahl von Motorzyklen geschlossen (z. B. nicht angehoben) gehalten wird.
  • Der Zylinder 14 kann ein Verdichtungsverhältnis (compression ratio - CR) aufweisen, bei dem es sich um das Volumenverhältnis zwischen dem Kolben 138 am unteren Totpunkt (UT) und am oberen Totpunkt (OT) handelt. In einem Beispiel liegt das Verdichtungsverhältnis in dem Bereich von 9:1 bis 10:1. In einigen Beispielen, in denen andere Kraftstoffe verwendet werden, kann das Verdichtungsverhältnis jedoch erhöht sein. Hierzu kann es beispielsweise kommen, wenn Kraftstoffe mit einer höheren Oktanzahl oder Kraftstoffe mit einer höheren latenten Verdampfungsenthalpie verwendet werden. Wenn eine Direkteinspritzung verwendet wird, kann das Verdichtungsverhältnis aufgrund von deren Auswirkung auf das Motorklopfen ebenfalls erhöht sein.
  • In einigen Beispielen kann es sich bei dem Motor 10 um einen Motor mit variablem Verdichtungsverhältnis (variable compression ratio - VCR) handeln, der mit einem Mechanismus zum (z. B. mechanischen) Verändern des Volumenverhältnisses zwischen dem OT des Kolbens und dem UT des Kolbens ausgestattet ist, der das Variieren des Verdichtungsverhältnisses ermöglicht, wenn sich die Motorbetriebsbedingungen ändern. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann der VCR-Motor mit einem mechanischen Hubraumänderungsmechanismus (z. B. einem Exzenter) ausgelegt sein, welcher den Kolben näher zum Zylinderkopf oder weiter weg davon bewegt, wodurch die Größe der Brennkammern verändert wird. In einem anderen Beispiel kann ein Zylinderkopfvolumen mechanisch verändert werden.
  • Wie in 1 gezeigt, kann das CR des Motors über einen VCR-Aktor 193, der einen VCR-Mechanismus 194 betätigt, variiert werden. In einigen Beispielen kann das CR zwischen einem ersten, niedrigeren CR (bei dem das Verhältnis des Zylindervolumens, wenn sich der Kolben am UT befindet, zu dem Zylindervolumen, wenn sich der Kolben am OT befindet, niedriger ist) und einem zweiten, höheren CR (bei dem das Verhältnis höher ist) variiert werden. In anderen Beispielen kann eine vordefinierte Anzahl von abgestuften Verdichtungsverhältnissen zwischen dem ersten, niedrigeren CR und dem zweiten, höheren CR vorhanden sein. In noch anderen Beispielen kann das CR zwischen dem ersten, niedrigeren CR und dem zweiten, höheren CR (auf einen beliebigen CR dazwischen) kontinuierlich variabel sein.
  • In dem abgebildeten Beispiel ist der VCR-Mechanismus 194 derart an den Kolben 138 gekoppelt, dass der VCR-Mechanismus die OT-Position des Kolbens ändern kann. Zum Beispiel kann der Kolben 138 über den VCR-Mechanismus 194 an die Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, wobei es sich um einen Mechanismus zur Änderung der Kolbenposition handeln kann, der den Kolben näher zu dem Zylinderkopf oder weiter davon weg bewegen kann, womit die Position des Kolbens und dadurch die Größe der Brennkammer 14 geändert wird. Ein Positionssensor 196 kann an den VCR-Mechanismus 194 gekoppelt sein und kann dazu ausgelegt sein, der Steuerung 12 Rückkopplung hinsichtlich der Position des VCR-Mechanismus 194 (und dadurch des CR des Zylinders) bereitzustellen.
  • In einem Beispiel ändert sich durch die Änderung der Position des Kolbens innerhalb der Brennkammer auch der relative Hub des Kolbens innerhalb des Zylinders. Der VCR-Mechanismus zur Änderung der Kolbenposition kann an ein herkömmliches Kurbelgetriebe oder ein nicht herkömmliches Kurbelgetriebe gekoppelt sein. Nicht einschränkende Beispielen für ein nicht herkömmliches Kurbelgetriebe, an das der VCR-Mechanismus gekoppelt sein kann, beinhalten Kurbelwellen mit variablem Abstand zum Zylinderkopf und Kurbelwellen mit variabler kinematischer Länge. In einem Beispiel kann die Kurbelwelle 140 als eine Exzenterwelle ausgelegt sein. In einem anderen Beispiel kann ein Exzenter an einen Kolbenbolzen oder in dessen Bereich gekoppelt sein, wobei der Exzenter die Position des Kolbens innerhalb der Brennkammer ändert. Die Bewegung des Exzenters kann durch Ölkanäle in der Kolbenstange gesteuert werden.
  • Es versteht sich, dass noch andere VCR-Mechanismen, die das Verdichtungsverhältnis mechanisch ändern, verwendet werden können. Zum Beispiel kann das CR des Verbrennungsmotors über einen VCR-Mechanismus variiert werden, der ein Zylinderkopfvolumen (das bedeutet den Totraum im Zylinderkopf) ändert. In einem anderen Beispiel kann der VCR-Mechanismus einen auf Hydraulikdruck reagierenden, einen auf Luftdruck reagierenden oder einen mechanisch reagierenden Kolben beinhalten. Noch ferner kann der VCR-Mechanismus einen Multi-Link-Mechanismus, einen Mechanismus mit gebogener Stange oder andere VCR-Mechanisierungen beinhalten.
  • Es versteht sich, dass der VCR-Motor im hier verwendeten Sinne dazu ausgelegt sein kann, das CR des Motors über mechanische Einstellungen einzustellen, die Kolbenposition oder ein Zylinderkopfvolumen variieren. Demnach beinhalten VCR-Mechanismen keine CR-Einstellungen, die über Einstellungen der Ventil- oder Nockenansteuerung erreicht werden.
  • Jeder Zylinder des Motors 10 kann eine Zündkerze 192 zum Einleiten von Verbrennung beinhalten. Ein Zündsystem 190 kann der Brennkammer 14 in Reaktion auf ein Vorzündungssignal SA (spark advance) von der Steuerung 12 bei ausgewählten Betriebsmodi über die Zündkerze 192 einen Zündfunken bereitstellen. Ein Zeitpunkt des Signals SA kann auf Grundlage der Motorbetriebsbedingungen und des Fahrerdrehmomentbedarfs eingestellt werden. Beispielsweise kann der Zündfunke bei einem Zeitpunkt mit maximalem Bremsmoment (maximum brake torque - MBT) bereitgestellt werden, um die Leistung und die Effizienz des Motors zu maximieren. Die Steuerung 12 kann Motorbetriebsbedingungen, einschließlich Motordrehzahl, Motorlast und Abgas-AFR, in eine Lookup-Tabelle eingeben und den entsprechenden MBT-Zeitpunkt für die eingegebenen Motorbetriebsbedingungen ausgeben. In anderen Beispielen kann der Zündfunke gegenüber dem MBT verzögert, wie etwa, um das Aufwärmen des Katalysators während des Motorstarts zu beschleunigen oder ein Auftreten von Motorklopfen zu reduzieren.
  • In einigen Beispielen kann der Motor 10 in einem Zündfunkenzündungsmodus (spark ignition mode - SI-Modus) und einem zündfunkengesteuerten Verdichtungszündungsmodus (sparkcontrolled compression ignition mode - SPCCI-Modus) betrieben werden, wobei der Zündungsmodus auf Grundlage von Betriebsbedingungen ausgewählt wird. Zum Beispiel kann der SPCCI-Modus bei niedrigeren Motordrehzahlen und -lasten und während der Motor wärmer ist ausgewählt werden, und der SI-Modus kann bei höheren Motordrehzahlen und - lasten und während der Motor kälter ist ausgewählt werden. In anderen Beispielen kann der Motor 10 nur in dem SI-Modus betrieben werden. In dem SI-Modus leitet der Zündfunke von der Zündkerze 192 eine Flammenausbreitungszündung ein, und ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff in dem Zylinder 14 wird bei oder nahe einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis (air-fuel ratio - AFR) gehalten. In dem SPCCI-Modus zündet der Zündfunke von der Zündkerze 192 ein fetteres Luft-Kraftstoffgemisch, das um die Zündkerze 192 lokalisiert ist. Die lokalisierte zündfunkengezündete Zündung erzeugt eine Verdichtungswirkung auf ein verbleibendes mageres Luft-Kraftstoffgemisch in einem Zylinder 14, wie etwa durch weiteres Erhöhen einer Temperatur und eines Drucks in dem Zylinder 14. Die Verdichtungswirkung zündet gleichzeitig das verbleibende (magere) Luft-Kraftstoffgemisch in dem Zylinder 14. Dadurch wird der Zündfunke während des SPCCI-Modus verwendet, um einen Zeitpunkt eines Verdichtungszündungsereignisses mit einem höheren Druck, einer höheren Temperatur und einem schlankeren AFR-Gemisch als in dem SI-Modus zu steuern. Durch Betreiben in dem SPCCI-Modus können Kühlungsverluste reduziert, Drosselverluste reduziert und die Kraftstoffeffizienz erhöht werden. Verfahren, die die Luftladungstemperatur erhöhen, wie etwa die beispielhaften Verfahren, die unter Bezugnahme auf die 3 und 4 beschrieben werden, können den Betrieb in dem SPCCI-Modus erleichtern.
  • In einigen Beispielen kann jeder Zylinder des Motors 10 mit einer oder mehreren Kraftstoffeinspritzvorrichtungen ausgelegt sein, um diesem Kraftstoff bereitzustellen. Als ein nicht einschränkendes Beispiel beinhaltet der Zylinder 14 der Darstellung nach eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 kann dazu ausgelegt sein, aus einem Kraftstoffsystem 8 erhaltenen Kraftstoff zuzuführen. Das Kraftstoffsystem 8 kann eine/n oder mehrere Kraftstofftanks, Kraftstoffpumpen und Kraftstoffleitungen beinhalten. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 ist der Darstellung nach direkt an den Zylinder 14 gekoppelt, um Kraftstoff proportional zu einer Impulsbreite eines Signals FPW, das von der Steuerung 12 über einen elektronischen Treiber 168 erhalten wird, direkt in diesen einzuspritzen. Auf diese Weise stellt die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 eine sogenannte Direkteinspritzung (im Folgenden auch als „DI“ (direct injection) bezeichnet) von Kraftstoff in den Zylinder 14 bereit. Während die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 in 1 auf einer Seite des Zylinders 14 positioniert gezeigt ist, kann die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 alternativ über dem Kolben angeordnet sein, wie etwa nahe der Position der Zündkerze 192. Eine derartige Position kann die Mischung und Verbrennung verbessern, wenn der Motor mit einem Kraftstoff auf Alkoholbasis betrieben wird, da einige Kraftstoffe auf Alkoholbasis eine niedrigere Flüchtigkeit aufweisen. Alternativ kann die Einspritzvorrichtung über und nahe dem Einlassventil angeordnet sein, um die Mischung zu verbessern. Kraftstoff kann der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 aus einem Kraftstofftank des Kraftstoffsystems 8 über eine Hochdruckkraftstoffpumpe und eine Kraftstoffleitung zugeführt werden. Ferner kann der Kraftstofftank einen Druckwandler aufweisen, der der Steuerung 12 ein Signal bereitstellt.
  • In einem alternativen Beispiel kann die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 in einer Auslegung, die sogenannte Kraftstoffeinspritzung mit einer Düse pro Einlasskanal (im Folgenden auch als „PFI“ (port fuel injection) bezeichnet) in einen Einlassanschluss stromaufwärts von dem Zylinder 14 bereitstellt, in einem Ansaugkanal angeordnet sein, anstatt direkt an den Zylinder 14 gekoppelt zu sein. In noch anderen Beispielen kann der Zylinder 14 mehrere Einspritzvorrichtungen beinhalten, die als Direktkraftstoffeinspritzvorrichtungen, Saugrohrkraftstoffeinspritzvorrichtungen oder eine Kombination daraus ausgelegt sein können. Demnach versteht es sich, dass die hier beschriebenen Kraftstoffsysteme nicht durch die hier beispielhaft beschriebenen konkreten Auslegungen von Kraftstoffeinspritzvorrichtungen beschränkt sein sollen.
  • Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 kann dazu ausgelegt sein, unterschiedliche Kraftstoffe aus dem Kraftstoffsystem 8 in variierenden relativen Mengen als ein Kraftstoffgemisch zu erhalten, und kann außerdem dazu ausgelegt sein, dieses Kraftstoffgemisch direkt in den Zylinder einzuspritzen. Außerdem kann dem Zylinder 14 während unterschiedlicher Takte eines einzelnen Zyklus des Zylinders Kraftstoff zugeführt werden. Beispielsweise kann direkt eingespritzter Kraftstoff zumindest teilweise während eines vorhergehenden Ausstoßtakts, während eines Ansaugtakts und/oder während eines Verdichtungstakts zugeführt werden. Demnach können für ein einziges Verbrennungsereignis eine oder mehrere Einspritzungen von Kraftstoff pro Zyklus durchgeführt werden. Die mehreren Einspritzungen können während des Verdichtungstakts, Ansaugtakts oder einer beliebigen geeigneten Kombination daraus durchgeführt werden, was als geteilte Kraftstoffeinspritzung bezeichnet wird. Insbesondere kann während des SPCCI-Modus geteilte Einspritzung durchgeführt werden. Zum Beispiel kann eine erste Einspritzung während des Ansaugtakts ein homogenes, mageres Luft-Kraftstoffgemisch erzeugen, und eine zweite Einspritzung während des Verdichtungstakts kann ein lokalisiertes fettes Gemisch um die Zündkerze 192 zur Zündung erzeugen.
  • Kraftstofftanks in dem Kraftstoffsystem 8 können Kraftstoffe unterschiedlicher Kraftstoffarten enthalten, wie etwa Kraftstoffe mit unterschiedlichen Kraftstoffqualitäten und unterschiedlichen Kraftstoffzusammensetzungen. Die Unterschiede können unterschiedliche Alkoholgehalte, unterschiedliche Wassergehalte, unterschiedliche Oktanzahlen, unterschiedliche Verdampfungswärmen, unterschiedliche Kraftstoffgemische und/oder Kombinationen daraus usw. beinhalten. Ein Beispiel für Kraftstoffe mit unterschiedlichen Verdampfungswärmen beinhaltet Benzin als erste Kraftstoffart mit einer niedrigeren Verdampfungswärme und Ethanol als zweite Kraftstoffart mit einer höheren Verdampfungswärme. In einem anderen Beispiel kann der Motor Benzin als erste Kraftstoffart und ein alkoholhaltiges Kraftstoffgemisch, wie etwa E85 (das ungefähr zu 85 % aus Ethanol und zu 15 % aus Benzin besteht) oder M85 (das ungefähr zu 85 % aus Methanol und zu 15 % aus Benzin besteht), als zweite Kraftstoffart verwenden. Andere mögliche Stoffe beinhalten Wasser, Methanol, ein Gemisch aus Alkohol und Wasser, ein Gemisch aus Wasser und Methanol, ein Gemisch aus Alkoholen usw. In noch einem anderen Beispiel kann es sich bei beiden Kraftstoffen um Alkoholgemische mit variierenden Alkoholzusammensetzungen handeln, wobei die erste Kraftstoffart ein Benzin-Alkohol-Gemisch mit einer niedrigeren Alkoholkonzentration sein kann, wie etwa E10 (das ungefähr zu 10 % aus Ethanol besteht), während die zweite Kraftstoffart ein Benzin-Alkohol-Gemisch mit einer höheren Alkoholkonzentration sein kann, wie etwa E85 (das ungefähr zu 85 % aus Ethanol besteht). Zusätzlich können sich der erste und der zweite Kraftstoff zudem hinsichtlich anderer Kraftstoffqualitäten unterscheiden, wie etwa ein Unterschied bei der Temperatur, Viskosität, Oktanzahl usw. Darüber hinaus können die Kraftstoffeigenschaften eines oder beider Kraftstofftanks häufig variieren, beispielsweise aufgrund täglicher Variationen beim Befüllen des Tanks.
  • Ein Abgassensor 126 ist der Darstellung nach stromaufwärts von einer Emissionssteuervorrichtung 178 an den Abgaskrümmer 148 gekoppelt, innerhalb eines Abgaskanals 158 gekoppelt. Der Abgassensor 126 kann aus verschiedenen geeigneten Sensoren zum Bereitstellen einer Angabe eines Abgas-AFR ausgewählt sein, wie beispielsweise einer linearen Lambdasonde oder UEGO-Sonde (Breitband- oder Weitbereichslambdasonde), einer binären Lambdasonde oder EGO-Sonde, einer HEGO-Sonde (beheizten EGO-Sonde), einem NOx-, HC- oder CO-Sensor. In dem Beispiel aus 1 ist der Abgassensor 126 eine UEGO-Sonde, die dazu ausgelegt ist, eine Ausgabe, wie etwa ein Spannungssignal, bereitzustellen, die proportional zu einer in dem Abgas vorhandenen Sauerstoffmenge ist. Bei der Emissionssteuervorrichtung 178 kann es sich um einen Dreiwegekatalysator, eine NOx-Falle, verschiedene andere Emissionssteuervorrichtungen oder Kombinationen daraus handeln. In dem Beispiel aus 1 ist die Emissionssteuervorrichtung 178 ein Dreiwegekatalysator, der dazu ausgelegt ist, NOx zu reduzieren und CO und unverbrannte Kohlenwasserstoffe zu oxidieren.
  • Die Steuerung 12 ist in 1 als ein Mikrocomputer gezeigt, der eine Mikroprozessoreinheit 106, Eingabe-/Ausgabeanschlüsse 108, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme (z. B. ausführbare Anweisungen) und Kalibrierungswerte, das in diesem konkreten Beispiel als nichtflüchtiger Festwertspeicherchip 110 gezeigt ist, Direktzugriffsspeicher 112, Keep-Alive-Speicher 114 und einen Datenbus beinhaltet. Die Steuerung 12 kann verschiedene Signale von an den Motor 10 gekoppelten Sensoren erhalten, einschließlich zuvor erörterter Signale und zusätzlich einschließlich einer Messung des eingeleiteten Luftmassenstroms (mass air flow - MAF) von einem Luftmassenstromsensor 122; einer Motorkühlmitteltemperatur (engine coolant temperature- ECT) von einem Motorkühlmitteltemperatursensor 116, der an eine Kühlhülse 118 gekoppelt ist; einer Umgebungstemperatur von einem Temperatursensor 123, der an den Ansaugkanal 142 gekoppelt ist; einer Abgastemperatur von einem Temperatursensor 128, der an den Abgaskanal 158 gekoppelt ist; eines Profilzündungsaufnahmesignals (profile ignition pickup - PIP) von einem Hall-Effekt-Sensor 120 (oder einer anderen Art), der an die Kurbelwelle 140 gekoppelt ist; einer Drosselposition (throttle position - TP) von dem Drosselpositionssensor; des Signals UEGO von dem Abgassensor 126, das durch die Steuerung 12 dazu verwendet werden kann, das AFR (air-fuel ratio - Luft-Kraftstoffverhältnis) des Abgases zu bestimmen; und eines Absolutkrümmerdrucksignals (absolute manifold pressure - MAP) von einem MAP-Sensor 124. Ein Motordrehzahlsignal, RPM, kann durch die Steuerung 12 anhand des Signals PIP erzeugt werden. Das Krümmerdrucksignal MAP von dem MAP-Sensor 124 kann dazu verwendet werden, eine Angabe von Unterdruck oder Druck in dem Ansaugkrümmer bereitzustellen. Die Steuerung 12 kann eine Motortemperatur auf Grundlage der Motorkühlmitteltemperatur ableiten. Zusätzliche Sensoren, wie etwa verschiedene Temperatur-, Druck- und Feuchtigkeitssensoren, können überall in dem Fahrzeug 5 gekoppelt sein.
  • Die Steuerung 12 erhält Signale von den verschiedenen Sensoren aus 1 und setzt die verschiedenen Aktoren aus 1 ein, um den Motorbetrieb auf Grundlage der erhaltenen Signale und Anweisungen, die in einem Speicher der Steuerung gespeichert sind, einzustellen. Zum Beispiel kann die Steuerung auf Grundlage des Signals ECT von dem Motorkühlmitteltemperatursensor 116 das Auslassventil 156 (z.B. über den Auslassventilaktor 154) deaktivieren und die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 deaktivieren, um den Zylinder 14 im Verdichtungserwärmungsmodus zu betreiben, wie etwa gemäß den beispielhaften Verfahren aus den 3 und 4.
  • Wie vorstehend beschrieben, zeigt 1 lediglich einen Zylinder eines Mehrzylindermotors. Demnach kann jeder Zylinder gleichermaßen seinen eigenen Satz von Einlass-/Auslassventilen, Kraftstoffeinspritzvorrichtung(en), Zündkerze usw. beinhalten. Es versteht sich, dass der Motor 10 eine beliebige geeignete Anzahl von Zylindern, einschließlich 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 oder mehr Zylindern, beinhalten kann. Ferner kann jeder dieser Zylinder einige oder alle der verschiedenen Komponenten beinhalten, die in 1 unter Bezugnahme auf den Zylinder 14 beschrieben und dargestellt sind.
  • Wie vorstehend erwähnt, können einer oder mehrere Zylinder in einem Verdichtungserwärmungsmodus betrieben werden. Der Verdichtungserwärmungsmodus nutzt die Verdichtung und schnelle Ausdehnung von Luft, um eine thermische Energie der Luft zu erhöhen. Nun wird auf 2 Bezug genommen, die ein beispielhaftes Diagramm 200 eines Luftzyklus in einem Zylinder ohne Kraftstoffzufuhr eines idealisierten Viertaktmotors zeigt. Die Kolbenposition ist in Verlauf 201 gezeigt, die Einlassventilöffnung ist in Verlauf 202 gezeigt, die Auslassventilöffnung ist in Verlauf 204 gezeigt, der Zylinderdruck ist in Verlauf 206 gezeigt und die Zylinderlufttemperatur ist in Verlauf 208 gezeigt. Bei allen vorstehenden Verläufen stellt die horizontale Achse den Kurbelwinkel dar, wobei der Kurbelwinkel entlang der horizontalen Achse von links nach rechts zunimmt. Die vertikale Achse stellt jeden beschrifteten Parameter dar. Bei Verlauf 201 erhöht sich die Kolbenposition entlang der vertikalen Achse von unten nach oben. Bei Verlauf 202 und 204 stellt die vertikale Achse dar, ob das Einlassventil bzw. das Auslassventil „geöffnet“ oder „geschlossen“ ist. In diesem Beispiel bezieht sich „geöffnet“ auf teilweise oder vollständig geöffnet (z. B. nicht geschlossen), und geschlossen bezieht sich auf vollständig geschlossen (z. B. nicht angehoben). Bei Verlauf 206 erhöht sich der Zylinderdruck entlang der vertikalen Achse von unten nach oben und ist in Bezug auf den Atmosphärendruck („Atm“) gezeigt. Bei Verlauf 208 erhöht sich die Zylinderlufttemperatur (z. B. die Temperatur von Luft in dem Zylinder, die ein Gemisch aus Frischluft und Restabgas sein kann) entlang der vertikalen Achse von unten nach oben. Motortakte sind mit „I“ für Ansaugung (intake), „C“ für Verdichtung (compression), „P“ für Leistung (power) und „E“ für Ausstoß (exhaust) beschriftet. Unterschiede während des Betriebs im Verdichtungserwärmungsmodus werden unter Bezugnahme auf die gestrichelten Segmente 204a, 206a und 208a beschrieben.
  • Während jedes Ansaugtakts ist das Einlassventil geöffnet (Verlauf 202) und das Auslassventil ist geschlossen (Verlauf 204). Da der Zylinder über das geöffnete Einlassventil an die Atmosphäre gekoppelt ist, ist der Zylinderdruck gleich wie der Atmosphärendruck (Verlauf 206), und die Zylinderlufttemperatur ist niedrig (Verlauf 208). Während des Verdichtungstaktes sind sowohl das Einlassventil (Verlauf 202) als auch das Auslassventil (Verlauf 204) geschlossen, wodurch der Zylinder abgedichtet ist. Wenn sich der Kolben während des Verdichtungstakts (Verlauf 201) in dem Zylinder aufwärtsbewegt, nimmt das Volumen des Zylinders ab. Der Zylinderdruck (Verlauf 206) nimmt zu, wenn das Volumen des abgedichteten Zylinders abnimmt und die Luft (z. B. Gas) in dem Zylinder verdichtet (z. B. mit Druck beaufschlagt) wird. Des Weiteren nimmt ein maximaler Zylinderdruck, der während des Verdichtungstakts erreicht wird, zu, wenn ein Verdichtungsverhältnis des Zylinders zunimmt. Die Verdichtungsenergie erhöht die Temperatur der Luft in dem Zylinder (Verlauf 208). Eine maximale Zylinderlufttemperatur, die während des Verdichtungstakts erreicht wird, nimmt ebenfalls zu, wenn das Verdichtungsverhältnis des Zylinders zunimmt.
  • Wenn sich der Kolben während des Leistungshubs (Verlauf 201) zurückbewegt, dehnt sich das Zylindervolumen aus, wodurch der Zylinderdruck (Verlauf 206) wieder auf den Atmosphärendruck verringert wird. Das Einlassventil (Verlauf 202) und das Auslassventil (Verlauf 204) bleiben während des Leistungstakts geschlossen. Zum Beispiel fungiert die verdichtete Luft in Abwesenheit von Verbrennung und bei geschlossenen Einlass- und Auslassventilen als Luftfeder, die dazu beiträgt, den Kolben wieder in seine Ausgangsposition zu drücken. Wenn sich das Zylindervolumen ausdehnt, wird die Wärmeenergie von dem Zylinder durch den Kolben in Arbeit extrahiert, was zu einer Abnahme der Zylinderlufttemperatur führt (Verlauf 208). Sofern das in 2 gezeigte Beispiel ein adiabatischer Prozess (ohne Wärmeverlust) ist, stimmen der Zylinderdruck (Verlauf 206) und die Zylinderlufttemperatur (Verlauf 208) am Ende des Leistungstakts mit denen zu Beginn des Verdichtungstakts überein (z. B. sind der Druck und die Temperatur während des Verdichtungs- und Leistungstakts weitgehend symmetrisch).
  • Während des Ausstoßtakts wird das Zylindervolumen durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens (Verlauf 201) wieder verringert. Das Auslassventil ist jedoch geöffnet (Verlauf 204), wodurch die Luft aus dem Zylinder (z. B. in einen Abgaskrümmer) gedrängt wird anstatt verdichtet zu werden. Infolgedessen bleibt der Zylinderdruck bei dem Atmosphärendruck (Verlauf 206). In dem idealisierten Beispiel aus Diagramm 200 wird die Zylinderluft nicht wesentlich erwärmt (Verlauf 208), und eine von Ansaugtakt zu Ansaugtakt auf die Luft übertragene Energiemenge ist gleich, da Energie eingespart wird (z. B. die Verdichtung ist isentrop). Zum Beispiel kann eine Verdichtungsenergie gleich wie und entgegengesetzt zu einer Ausdehnungsenergie sein.
  • Wenn das Auslassventil jedoch stattdessen während des Ausstoßtakts geschlossen (z. B. deaktiviert) gehalten wird, wie in dem gestrichelten Segment 204a gezeigt, nimmt der Zylinderdruck (Verlauf 206a) zu, wenn die Luft in dem Zylinder durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens verdichtet wird, genau wie während des Verdichtungstakts. Außerdem nimmt die Zylinderlufttemperatur (Verlauf 208a) wie während des Verdichtungstakts zu, wenn sie verdichtet wird. Wenn der Zylinderdruck maximal ist, ist das Einlassventil während des Ansaugtakts (Verlauf 202) geöffnet. Infolgedessen dehnt sich die verdichtete Zylinderluft schnell von einem mit Druck beaufschlagten Zustand zu einem dem Atmosphärendruck entsprechenden Zustand aus. Zum Beispiel kann zumindest ein Teil der verdichteten Luft durch das geöffneten Einlassventil und über ein Ansaugrohr in einen Ansaugkrümmer des Motors rückgeführt werden. Während der Zylinderdruck schnell abnimmt (Verlauf 206a), trifft dies auf die Lufttemperatur nicht zu (Verlauf 208a). Die Verdichtungsenergie wird nicht wie während des Leistungstakts von dem Kolben in Arbeit extrahiert, sondern verbleibt als Wärmeenergie der Luft, die vor der Öffnung des Einlassventils in dem Zylinder verdichtet wurde. Demnach wird das Ansaugrohr zusätzlich zu beliebiger erwärmter Luft, die in dem Zylinder verbleibt, mit Ansaugluft mit einer hohen Temperatur (z. B. der in den Ansaugkrümmer rückgeführten Luft) gefüllt. Der Abschluss des Viertaktluftzyklus während des Betriebs im Verdichtungserwärmungsmodus kann hier als „Verdichtungserwärmungszyklus“ bezeichnet werden. Die erwärmte Ansaugluft kann dann in den Zylinder zurückgesaugt werden, wenn sich der Kolben während des Ansaugtakts (Verlauf 201) nach unten bewegt, was zu einer erhöhten Zylinderlufttemperatur (Verlauf 208a) im Vergleich dazu führt, wenn das Auslassventil nicht deaktiviert ist (Verlauf 208). Die Temperatur der warmen Luft kann zunehmen, wenn Wärme auf Wände des Ansaugkrümmers und Brennkammerwände übertragen wird (Verlauf 208a). Auf diese Weise kann durch Deaktivieren von Auslassventilen und Erhalten von Einlassventilaktivität Energie aus Verdichtung verwendet werden, um eine Temperatur einer Luftladung vor einer ersten Zündung eines Zylinders oder während die Kraftstoffzufuhr nach der ersten Zündung deaktiviert ist, zu erhöhen, wie nachstehend weiter beschrieben.
  • Als nächstes zeigt 3 ein beispielhaftes Verfahren 300 zum Durchführen von Verdichtungserwärmung von Luft während eines ersten Betriebs eines Motors (z. B. des in 1 gezeigten Motors 10). Zum Beispiel können die Motorzylinder für einen oder mehrere Verdichtungserwärmungszyklen in einem Verdichtungserwärmungsmodus betrieben werden, wie etwa vorstehend unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, um die Zylinderinnen- und Ansauglufttemperatur und damit die Luftladungstemperatur vor einem ersten Zündereignis, wenn eine Motorstart angefordert wird, zu erhöhen. Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens 300 und der übrigen hier enthaltenen Verfahren können durch eine Steuerung (z. B. die Steuerung 12 aus 1) auf Grundlage von auf einem Speicher der Steuerung gespeicherten Anweisungen und in Verbindung mit Signalen, die von Sensoren des Motorsystems, wie etwa den vorstehend unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Sensoren (z. B. dem Umgebungstemperatursensor 123, dem MAP-Sensor 124 und dem Motorkühlmitteltemperatursensor 116 aus 1), erhalten werden, ausgeführt werden. Die Steuerung kann Motoraktoren des Motorsystems (z. B. die elektrische Maschine 52 und den Ventilaktor 154 aus 1) einsetzen, um den Motorbetrieb gemäß den nachstehend beschriebenen Verfahren einzustellen.
  • Das Verfahren 300 beginnt bei 302 und beinhaltet das Schätzen und/oder Messen von Betriebsbedingungen. Die Betriebsbedingungen können zum Beispiel Umgebungstemperatur, Krümmerdruck, Drosselposition (z. B. anhand des Signals TP, das durch einen Drosselpositionssensor ausgegeben wird), Fahrpedalposition (z. B. Signal PP, das durch einen Pedalpositionssensor ausgegeben wird), Motorkühlmitteltemperatur, Zylinderverdichtungsverhältnis (wie z. B. von dem Positionssensor 196 aus 1) einen Zustand des Motors und einen Zündungszustand des Fahrzeugs beinhalten. Der Zustand des Motors kann sich darauf beziehen, ob der Motor an (z. B. Betrieb mit einer Drehzahl ungleich null, bei dem Verbrennung in den Motorzylindern stattfindet) oder aus ist (z. B. im Ruhezustand, ohne dass Verbrennung in den Motorzylindern stattfindet). Der Zündungszustand des Fahrzeugs kann sich auf eine Position eines Zündschalters beziehen. Als ein Beispiel kann sich der Zündschalter in einer „Aus“-Position befinden, was angibt, dass das Fahrzeug aus ist (z. B. ausgeschaltet, mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit von null), oder in einer „Ein“-Position, in der das Fahrzeug an ist (z. B. wobei Fahrzeugsystemen Leistung zugeführt wird). Der Zustand des Motors und der Zustand des Fahrzeugs können unterschiedlich sein. Zum Beispiel kann das Fahrzeug an sein und in einem reinen Elektromodus betrieben werden, in dem eine elektrische Maschine Drehmoment zum Antreiben des Fahrzeugs bereitstellt und der Motor aus ist und kein Drehmoment zum Antreiben des Fahrzeugs bereitstellt. Als ein anderes Beispiel kann während einer Leerlaufabschaltung, bei der der Motor abgeschaltet wird während das Fahrzeug an bleibt, das Fahrzeug an sein und der Motor ausgeschaltet sein. In einem Beispiel kann sich das Fahrzeug im Ruhezustand befinden, wenn die Leerlaufabschaltung durchgeführt wird. In einem anderen Beispiel kann das Fahrzeug in Bewegung sein (z. B. Rollen), wenn die Leerlaufabschaltung durchgeführt wird. Optional, wenn der Motor eine elektrisch angetriebene Aufladungsvorrichtung (z. B. einen elektrischen Kompressor) beinhaltet, kann die elektrisch angetriebene Aufladungsvorrichtung aktiviert werden, um die Zylindermasse zu erhöhen, wodurch die Zylinderwärme zunimmt.
  • Bei 304 wird bestimmt, ob ein Motorstart angefordert wird. Zum Beispiel kann ein Motorstart dadurch angefordert werden, dass ein Fahrzeugführer den Zündschalter in eine „An“-Position schaltet, wie etwa durch Drehen des Zündschlüssels, Drücken einer Zündtaste oder Anfordern eines Motorstarts anhand einer Fernvorrichtung (wie etwa eines Funkschlüssels, Smartphones, Tablets usw.). In einem anderen Beispiel kann ein Motorstart durch die Steuerung angefordert werden, um das Fahrzeug aus dem rein elektrischen Modus in einen Motormodus zu überführen, in dem eine Verbrennung in dem Motor stattfindet und das Fahrzeug mindestens teilweise durch von dem Motor stammendes Drehmoment angetrieben wird. Zum Beispiel kann das Fahrzeug in den Motormodus überführt werden, wenn ein Ladezustand (state of charge - SOC) einer Systembatterie (z. B. der Systembatterie 58 aus 1) unter einen Schwellen-SOC fällt. Bei dem Schwellen-SOC kann es sich um ein positives Batterie-SOC-Niveau ungleich null handeln, unter dem die Systembatterie nicht dazu in der Lage sein kann, zusätzliche Fahrzeugfunktionen zu unterstützen oder auszuführen, während das Fahrzeug über ein von der elektrischen Maschine stammendes Drehmoment (z. B. 30 %) angetrieben wird. Als ein anderes Beispiel kann das Fahrzeug in den Motormodus überführt werden, wenn der Drehmomentbedarf über ein Schwellendrehmoment steigt. Bei dem Schwellendrehmoment kann es sich zum Beispiel um eine positive Drehmomentmenge ungleich null handeln, die von der elektrischen Maschine allein nicht erreicht oder aufrechterhalten werden kann. In einem noch anderen Beispiel kann der Motorstart durch die Fahrzeugsteuerung angefordert werden, um eine Leerlaufabschaltung zu verlassen.
  • Wenn ein Motorstart nicht angefordert wird, geht das Verfahren 300 zu 306 über und beinhaltet das Erhalten des aktuellen Motostatus. Wenn der Motor zum Beispiel an ist, bleibt der Motor an. Wenn der Motor aus ist, bleibt der Motor aus. Das Verfahren kann optional zu 320 übergehen, wo eine Routine zur fortlaufenden Gaserwärmung durchgeführt werden kann, wie nachstehend beschrieben wird.
  • Wenn ein Motorstart angefordert wird, geht das Verfahren 300 zu 308 über und beinhaltet das Deaktivieren der Zylinderauslassventile. Zum Beispiel kann/können das/die an jeden Zylinder des Motors gekoppelte(n) Auslassventil(e) über einen Umschaltmechanismus für das Nockenprofil, bei dem ein Nocken ohne Hub verwendet wird, oder durch Betätigen einer Ventildeaktivierungsvorrichtung geschlossen gehalten werden. Als ein anderes Beispiel kann, wenn die Auslassventile dem Typ mit elektrischer Ventilbetätigung entsprechen, die Steuerung einem Auslassventilaktor keine Signale bereitstellen, um die Auslassventile zu öffnen. Während die Auslassventile deaktiviert sind, bleiben die Zylindereinlassventile aktiv, sodass die Einlassventile während jedes Ansaugtakts öffnen können. Demnach können die Zylinder des Motors bei 308 in einen Betrieb im Verdichtungserwärmungsmodus überführt werden. In einigen Beispielen, wie etwa wenn die Hardwarebeschränkungen des Motors die Deaktivierung von lediglich eines Teilsatzes der Motorzylinder ermöglichen, können die Auslassventile des Teilsatzes der Motorzylinder deaktiviert werden, während die verbleibenden (nicht deaktivierbaren) Auslassventile aktiv bleiben können.
  • Bei 310 beinhaltet das Verfahren 300 das Bestimmen einer Anzahl von Zyklen, um die Auslassventile deaktiviert zu halten, auf Grundlage einer ersten Ansauglufttemperatur und einer gewünschten Ansaugluft- (oder Luftladungs)temperatur. Zum Beispiel kann ein isentropes Verdichtungsmodell, das die erste Ansauglufttemperatur und ein Verdichtungsverhältnis des Motors berücksichtigt, verwendet werden, um die Anzahl von Zyklen (z. B. Verdichtungserwärmungszyklen) zu bestimmen, die dazu führt, dass die Ansauglufttemperatur die gewünschte Ansauglufttemperatur erreicht oder überschreitet (oder dass die Luftladungstemperatur die gewünschte Luftladungstemperatur erreicht oder überschreitet). Die erste Ansauglufttemperatur kann gleich wie die Umgebungstemperatur sein, zum Beispiel wenn keine vorherigen Verdichtungserwärmungszyklen durchgeführt wurden. Die gewünschte Ansauglufttemperatur kann ein fester, kalibrierbarer Temperaturwert sein, wie etwa ein Temperaturwert in einem Bereich von 200 bis 500 °C. Jedes Mal, wenn der Verdichtungserwärmungszyklus durchgeführt wird (z. B. einmal in jedem Zylinder pro Zylinderzyklus), nimmt die Temperatur der Ansaugluft zu, da verdichtetes, erwärmtes Gas aus dem Zylinder in den Ansaugkrümmer rückgeführt wird, wie in Bezug auf 2 beschrieben. Demnach erhöhen zwei Verdichtungserwärmungszyklen die Ansauglufttemperatur mehr als einer, drei Verdichtungserwärmungszyklen erhöhen die Temperatur mehr als zwei, usw. Des Weiteren ist die Temperaturerhöhung über einen einzelnen Verdichtungserwärmungszyklus umso größer, je höher das Verdichtungsverhältnis des Motors ist. Zum Beispiel führt ein Verdichtungsverhältnis von 10:1 zu einer höheren Ansauglufttemperatur als ein Verdichtungsverhältnis von 9:1 für die gleiche Anfangs- (z.B. Umgebungstemperatur. Demnach kann das Verdichtungsverhältnis in einigen Beispielen, wenn es sich bei dem Motor um einen Motor mit variablem Verdichtungsverhältnis handelt, erhöht werden, um die Temperatur der Ansaugluft schneller zu erhöhen (z. B. über eine kleinere Anzahl von Motorzyklen) und/oder die Temperatur der Ansaugluft auf eine höhere Temperatur zu erhöhen. Zum Beispiel kann die Steuerung einen VCR-Mechanismus (z. B. den VCR-Mechanismus 194 aus 1) über einen VCR-Aktor (z. B. einen VCR-Aktor 193 aus 1) betätigen, um das Verdichtungsverhältnis des Motors zu erhöhen.
  • Als ein Beispiel kann die Steuerung die Ansauglufttemperatur nach einem Verdichtungserwärmungszyklus (T2) anhand der ersten Ansauglufttemperatur (T1), eines ersten Zylinderinnendrucks (P1), eines endgültigen Zylinderdrucks (P2) und eines Verhältnisses spezifischer Wärmen (γ) unter Verwendung des folgenden isentropen Verdichtungsmodells schätzen: Verhältnis von Drücken (P2/P1) aus dem Verdichtungsverhältnis abgeleitet werden. Der Temperaturwert T2 kann dann als der erste Ansauglufttemperaturwert T1 für den nächsten Verdichtungserwärmungszyklus verwendet werden.
  • Bei 312 beinhaltet das Verfahren 300 das Kurbeln des Motors ohne Kraftstoffzufuhr für die bestimmte Anzahl von Zyklen. Der Motor kann mit einem Elektromotor, wie etwa einem Anlassermotor oder einer elektrischen Maschine (z. B. der elektrischen Maschine 52 aus 1), mit einer hohen Drehzahl, wie etwa einer Drehzahl in einem Bereich von 600-2000 U/min, gekurbelt werden. Da der Wärmeverlust aufgrund von Wärmeübertragung auf Motorkomponenten (z. B. Ansaugkrümmerwände, Zylinderwände usw.) eine Funktion der Zeit ist, reduziert das Kurbeln mit der hohen Drehzahl den Wärmeverlust. Zum Beispiel kann das Erhöhen der Kurbeldrehzahl von 200 U/min auf 1000 U/min den Wärmeverlust um einen Faktor von 5 reduzieren. Durch Reduzieren des Wärmeverlusts während des Kurbelns hat die Verdichtungserwärmung eine größere Wirkung auf die Lufttemperatur. Eine dem Elektromotor zugeführte Energiemenge kann während jedes Verdichtungserwärmungszyklus größer sein als bei einem Kurbelzyklus ohne Verdichtungserwärmung mit der gleichen Kurbeldrehzahl. Zum Beispiel erhöhen die zusätzliche Verdichtung während des Ausstoßtakts (aufgrund der deaktivierten Auslassventile) und ein Fehlen von Wellenarbeit in dem Ansaugtakt (aufgrund der aktiven Einlassventile) eine Menge an Elektromotordrehmoment, die benötigt wird, um die Kurbeldrehzahl während des Verdichtungserwärmungszyklus zu erhalten. Des Weiteren kann kein Zündfunke durch eine an jeden Zylinder gekoppelte Zündkerze (z. B. die Zündkerze 192 aus 1) bereitgestellt werden, da keine Verbrennung durchgeführt wird und das Zünden eine unbedeutende Energiemenge zu der Luft hinzufügen kann.
  • Bei 314 beinhaltet das Verfahren 300 das Aktivieren der Zylinderauslassventile und das Beginnen der Kraftstoffzufuhr, um die Verbrennung einzuleiten. Das heißt, nachdem der Motor für die bestimmte Anzahl von Zyklen ohne Kraftstoffzufuhr und mit deaktivierten Auslassventilen gekurbelt wurde, kann der Motor weiter gekurbelt werden, während die Auslassventile aktiviert sind und Kraftstoff über die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen (z. B. die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 aus 1) eingespritzt wird. Zum Beispiel können die Auslassventile über einen Umschaltmechanismus für das Nockenprofil, bei dem ein Nocken ohne Hub verwendet wird, oder durch Betätigen (z. B. Deaktivieren) einer Ventildeaktivierungsvorrichtung geschlossen aktiviert werden. Demnach beinhaltet das Verfahren 300 bei 314 das Überführen der Zylinder von dem Betrieb im Verdichtungserwärmungsmodus in den Betrieb in einem Verbrennungsmodus.
  • Um eine während der Überführung in den Betrieb im Verbrennungsmodus einzuspritzende Kraftstoffmenge zu bestimmen, beinhaltet das Verfahren 300 ferner das Ableiten der Ansauglufttemperatur auf Grundlage der bestimmten Anzahl von Zyklen, wie bei 316 angezeigt, und das Berechnen einer ersten Luftladung (z. B. einer Luftmasse in dem Zylinder) auf Grundlage des MAP und der abgeleiteten Ansauglufttemperatur, wie bei 318 angezeigt. Die Ansauglufttemperatur kann unter Verwendung des vorstehend bei 310 beschriebenen isentropen Verdichtungsmodells bestimmt werden. Dann kann die Steuerung den MAP beim Schließen des Einlassventils und die abgeleitete Ansauglufttemperatur in eine Lookup-Tabelle, Karte oder Funktion eingeben und die erste Luftladung ausgeben. In einigen Beispielen kann die erst Luftladung weiterhin auf Grundlage eines Volumens des Zylinders beim Schließen des Einlassventils, welches ebenfalls in die Lookup-Tabelle, Funktion oder Karte eingegeben werden kann, bestimmt werden. Das Volumen des Zylinders kann eine bekannte Volumenmenge sein, die in einem nichtflüchtigen Speicher der Steuerung gespeichert ist. Als ein Beispiel kann die Steuerung die erste Luftladung durch Auflösen von PV = mRT für eine Masse (m) der Luftladung bestimmen, wobei P der Druck in dem Zylinder beim Schließen des Einlassventils (z. B. MAP beim Schließen des Einlassventils) ist, V das von dem Zylinder beim Schließen des Einlassventils eingefangene Volumen ist, R die ideale Gaskonstante ist und T die abgeleitete Ansauglufttemperatur (z. B. in der Nähe des Einlassventils) ist. Zum Beispiel kann die Steuerung ein an den Kraftstoffeinspritzvorrichtungsaktor zu sendendes Steuersignal, wie etwa eine Impulsbreite des Signals, auf Grundlage der ersten Luftladung und einem gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnis (AFR) bestimmen. Die Steuerung kann die Impulsbreite durch eine Bestimmung, die die Luftladung und das gewünschte AFR direkt berücksichtigt, bestimmen, wie etwa durch Erhöhen der Impulsbreite mit zunehmender Luftladung. Die Steuerung kann die Impulsbreite alternativ über eine Lookup-Tabelle durch Eingeben der ersten Luftladung und des AFR und das Ausgeben der Impulsbreite bestimmen. Weiterhin kann ein Zündfunke bereitgestellt werden, um die Verbrennung zu einem auf Grundlage von Betriebsbedingungen bestimmten Zeitpunkt einzuleiten, wie etwa in Bezug auf 1 beschrieben. Zum Beispiel kann der Zündfunke bei oder nahe dem MBT-Zeitpunkt bereitgestellt werden, um eine Menge an Verbrennungsdrehmoment, die durch jedes Zündereignis erzeugt wird, zu maximieren. Als ein weiteres Beispiel kann der Zündfunke nicht gegenüber dem MBT-Zeitpunkt verzögert werden, um zur Erwärmung eines Abgaskatalysators (z. B. der Emissionssteuervorrichtung 178 aus 1) beizutragen. Aufgrund der Erwärmung wird die Dichte der Ansaugluft verringert im Vergleich dazu, wenn die Ansaugluft nicht erwärmt wird. Infolgedessen wird eine kleinere Luftmasse während des Ansaugtakts nach dem Verdichtungserwärmungszkylus in den Zylinder eingeführt. Zum Beispiel kann die erste Luftladung niedriger (z. B. für eine gleiche Drosselposition) sein, als wenn die Ansauglufttemperatur niedriger ist. Demnach kann die eingespritzte Kraftstoffmenge niedriger sein, als wenn die Ansauglufttemperatur niedriger ist, was zu einer kleineren Menge an Verbrennungsdrehmoment während eines ersten Zündens des Motors führt. Wenn das Verbrennungsdrehmoment zunimmt, kann das Elektromotordrehmoment verringert werden, bis das Elektromotordrehmoment auf Null reduziert ist und der Motor allein über Verbrennungsdrehmoment gedreht wird. In einigen Beispielen kann die Motordrehzahl, wenn der Motor in den Betrieb über Verbrennungsdrehmoment und ohne Elektrodrehmoment überführt wird, von der höheren Kurbeldrehzahl auf eine geringere Motorleerlaufdrehzahl verringert werden.
  • In einigen Beispielen wird jeder Motorzylinder nach der bestimmten Anzahl von Zyklen in den Betrieb im Verbrennungsmodus überführt. In anderen Beispielen können einer oder mehrere Zylinder (z. B. ein Teilsatz der Motorzylinder) weiter im Verdichtungserwärmungsmodus ohne Kraftstoffzufuhr mit entsprechenden Auslassventilen deaktiviert betrieben werden, während die verbleibenden Zylinder im Verbrennungsmodus betrieben werden. Insbesondere kann fortgesetzte Verdichtungserwärmung durchgeführt werden, während die Motortemperatur niedriger ist (z. B. niedriger als eine Schwellentemperatur, wie hier näher beschrieben) oder während eine gewünschte Ansauglufttemperatur höher ist (z. B. bei SPCCI). Demnach beinhaltet das Verfahren 300 bei 320 optional das Durchführen der Verdichtungserwärmung in einem Teilsatz von Zylindern zur Gaserwärmung, wie in Bezug auf 4 beschrieben wird. Als ein Beispiel kann jeder Zylinder in dem Teilsatz von Zylindern abwechselnd gezündet und nicht gezündet (z. B. in jedem Motorzyklus zwischen dem Betrieb im Verbrennungsmodus und dem Betrieb im Verdichtungserwärmungsmodus abgewechselt) werden, wobei während des nicht gezündeten Zyklus das entsprechende Auslassventil deaktiviert ist und der Zylinder nicht mit Kraftstoff versorgt wird, bis der Motor eine gewünschte Temperatur erreicht. Im Anschluss an 320 endet das Verfahren 300.
  • Durch Deaktivieren der Auslassventile und Drehen des Motors ohne Kraftstoffzufuhr während eines Motorstarts, kann die Temperatur der Ansaugluft und der Zylinderinnenluft (und somit die Temperatur der ersten Luftladung) erhöht werden. Bei der Krafteinspritzung kann die Kraftstoffverdampfung erhöht werden, und das Luft-Kraftstoffgemisch kann eine erhöhte Homogenität aufweisen. Infolgedessen kann die Kraftstoffeffizienz erhöht und Fahrzeugemissionen verringert werden im Vergleich dazu, wenn die erste Luftladung vor dem ersten Verbrennungsereignis nicht erwärmt wird. Des Weiteren ermöglichen die verringerte Ansaugluftdichte (aufgrund der verringerten Temperatur) und die resultierende verringerte Luftladung während des ersten Zündens, dass das Verbrennungsdrehmoment des Motors schrittweise erhöht wird, was ein ruhigeres Gefühl für erhöhte Fahrzeugführerzufriedenheit bereitstellt.
  • Als nächstes zeigt 4 ein beispielhaftes Verfahren 400 für Verdichtungserwärmung von Gas nach einem ersten Zünden eines Motors (z. B. des in 1 gezeigten Motors 10). Zum Beispiel können einer oder mehrere Motorzylinder in einem Verdichtungserwärmungsmodus betrieben werden, um eine Temperatur des Gases, das ein Gemisch aus Frischluft und Restabgas, das in ein Ansaugsystem abgeführt wird, und ein Gemisch aus Frischluft und Restabgas, das in dem einen oder den mehreren Zylindern verbleibt, beinhaltet, zu erhöhen, während verbleibende Motorzylinder in einem Verbrennungsmodus betrieben werden, um Verbrennungsdrehmoment zu erzeugen. Durch Erhöhen der Gastemperatur kann die Kraftstoffverdampfung erhöht werden, was zu einer erhöhten Kraftstoffeffizienz und verringerten Emissionen führt, was besonders vorteilhaft sein kann, wenn der Motor nicht aufgewärmt ist. Des Weiteren kann Verdichtungserwärmung verwendet werden, um den Betrieb in einem SPCCI-Modus zu unterstützen, in dem höhere Zylinderinnentemperaturen (im Vergleich zum Betrieb in einem SI-Modus) die Verdichtungszündung unterstützen können. Das Verfahren 400 kann als Teil des Verfahrens 300 aus 3, wie z. B. bei 320, durchgeführt werden. Alternativ dazu kann das Verfahren 400 in Reaktion auf eine beliebige Anforderung von Verdichtungserwärmung, während der Motor angeschaltet ist, durchgeführt werden.
  • Das Verfahren 400 beginnt bei 402 und beinhaltet das Schätzen und/oder Messen von Betriebsbedingungen. Die Betriebsbedingungen können zum Beispiel Motordrehzahl, Motorlast, Drosselposition (z. B. anhand des Signals TP, das durch einen Drosselpositionssensor ausgegeben wird), Fahrpedalposition (z. B. Signal PP, das durch einen Pedalpositionssensor ausgegeben wird), Motortemperatur, Katalysatortemperatur (wie z. B. von dem Abgastemperatursensor 128 aus 1 geschätzt), Umgebungstemperatur (wie z. B. von einem Umgebungstemperatursensor, wie etwa dem Temperatursensor 123 aus 1, gemessen) und Verdichtungsverhältnis (z. B. von dem Positionssensor 196 aus 1) beinhalten. Die Motordrehzahl kann zum Beispiel auf Grundlage eines durch einen Hall-Effekt-Sensor (z. B. den Hall-Effekt-Sensor 120 aus 1) ausgegebenen Signals PIP bestimmt werden, die Motorlast kann auf Grundlage einer Messung von MAF von einem MAF-Sensor (z. B. dem MAF-Sensor 122 aus 1) bestimmt werden, und die Motortemperatur kann aus einer Messung der Motorkühlmitteltemperatur durch einen Motorkühlmitteltemperatursensor (z. B. den Motorkühlmitteltemperatursensor 116 aus 1) abgeleitet werden.
  • Bei 404 wird bestimmt, ob Bedingungen für Verdichtungserwärmung erfüllt sind. Als ein Beispiel können die Bedingungen für Verdichtungserwärmung erfüllt sein, wenn die Motortemperatur niedriger als eine Schwellentemperatur ist. Die Schwellentemperatur kann einem positiven Temperaturwert ungleich Null entsprechen, über dem der Motor als warm und bei einer stationären Betriebstemperatur betrachtet wird, (z. B. einem Temperaturwert in einem Bereich von 195-220 °F). Als ein anderes Beispiel können Bedingungen für Verdichtungserwärmung zusätzlich oder alternativ eine Angabe, das ein Betrieb im SPCCI-Modus gewünscht wird, beinhalten, wie etwa wenn die Motordrehzahl in einem unteren bis mittleren Bereich liegt. Als ein anderes Beispiel sind die Bedingungen für Verdichtungserwärmung erfüllt, wenn Kraftstoffe mit niedriger Flüchtigkeit (z. B. Kraftstoffe mit höheren Enthanolanteilen) verwendet werden. Eine beliebige oder alle der Bedingungen für Verdichtungserwärmung können bestätigt werden, damit die Verdichtungserwärmung eingeleitet werden.
  • Wenn die Bedingungen für Verdichtungserwärmung nicht erfüllt sind, geht das Verfahren 400 zu 406 über und beinhaltet das Erhalten des aktuellen Motorstatus. Wenn der Motor zum Beispiel so betrieben wird, dass alle Zylinder aktiv sind (z. B. jedem Zylinder wird Kraftstoff zugeführt, wobei jeder Zylinder im Verbrennungsmodus betrieben wird), wird der Motor weiter so betrieben, dass alle Zylinder aktiv sind. Wenn der Motor in einem Motormodus mit Zylinderabschaltung betrieben wird, in dem ein Teilsatz der Zylinder Drehmoment erzeugt, wird der Motor weiter im Motormodus mit Zylinderabschaltung betrieben. Die Zylinderkraftstoffversorgung wird zum Zweck der Lufterwärmung (z. B. zum Betrieb im Verdichtungserwärmungsmodus) nicht deaktiviert, und der Zündfunke wird sowohl im SI-Modus als auch im SPCCI-Modus weiter bereitgestellt, um die Verbrennung einzuleiten. Im Anschluss an 406 endet das Verfahren 400.
  • Wenn die Bedingungen für Verdichtungserwärmung bei 404 erfüllt sind, geht das Verfahren 400 zu 408 über und beinhaltet das Durchführen von Verdichtungserwärmung in einem Teilsatz von Motorzylindern. Das Durchführen von Verdichtungserwärmung in dem Teilsatz von Motorzylindern beinhaltet das Bestimmen einer Anzahl von Zylindern, die ohne Kraftstoffzufuhr mit deaktivierten Auslassventilen (z. B. im Verdichtungserwärmungsmodus) betrieben werden sollen, wie bei 410 angezeigt. Die Anzahl von n Zylindern kann auf Grundlage von Betriebsbedingungen, wie etwa bei 402 gemessen, bestimmt werden. Zum Beispiel kann eine größere Anzahl von Zylindern ohne Kraftstoffzufuhr mit deaktivierten Auslassventilen betrieben werden, wenn der Drehmomentbedarf abnimmt und/oder wenn eine Differenz zwischen der Motortemperatur und der Schwellentemperatur zunimmt. Umgekehrt kann eine kleinere Anzahl von Zylindern ohne Kraftstoffzufuhr mit deaktivierten Auslassventilen betrieben werden, wenn der Drehmomentbedarf zunimmt und/oder die Differenz zwischen der Motortemperatur und der Schwellentemperatur abnimmt. Des Weiteren kann die Anzahl von Zylindern beschränkt werden, um Motorgeräusche, Vibration und Rauheit (noise, vibration, and harshness - NVH) in Abhängigkeit von einer Auslegung des Motors (z. B. einer Anordnung und einer Gesamtanzahl von Zylindern) abzumildern. Die Steuerung kann die Anzahl von ohne Kraftstoffzufuhr und mit deaktivierten Auslassventilen zu betreibenden Zylindern durch Eingabe der Betriebsbedingungen, wie etwa eines oder mehrerer von dem Drehmomentbedarf und der Motortemperatur, in eine oder mehrere Lookup-Tabellen, Karten oder Algorithmen und Ausgabe der Anzahl von ohne Kraftstoffzufuhr mit deaktivierten Auslassventilen zu betreibenden Zylindern für die gegebenen Bedingungen bestimmen. In noch anderen Beispielen kann die Steuerung ein gewünschtes Einlassverhältnis (eine tatsächliche Gesamtanzahl von Zylinderzündereignissen dividiert durch eine tatsächliche Gesamtanzahl von Zylinderverdichtungstakten) zumindest auf Grundlage des Drehmomentbedarfs bestimmen. Die Steuerung kann außerdem ein Zylindermuster für die bestimmte Anzahl von Zylindern oder das bestimmte Einlassverhältnis auswählen. Als ein Beispiel kann das Muster für ein Einlassverhältnis von 0,5 beinhalten, dass jeder zweite Zylinder gezündet (wobei Verbrennung in dem Zylinder ausgeführt wird, wobei die Einlass- und Auslassventile während eines Zyklus des Zylinders öffnen und schließen) oder nicht gezündet wird (wobei die Kraftstoffzufuhr deaktiviert ist und die entsprechenden Auslassventile deaktiviert sind, während die Einlassventile aktiv bleiben. Des Weiteren kann das gleiche Muster für jeden aufeinanderfolgenden Motorzyklus angewandt werden, sodass in aufeinanderfolgenden Motorzyklen die gleichen Zylinder nicht gezündet werden, während die verbleibenden Zylinder in jedem der Motorzyklen gezündet werden. In anderen Beispielen können in jedem Motorzyklus andere Zylinder nicht gezündet werden, sodass das Zünden und nicht Zünden getaktet oder homogen auf die Motorzylinder verteilt wird. Das Zylindermuster kann zum Beispiel auf Grundlage von Hardwarebeschränkungen oder um NVH des Motors abzumildern ausgewählt werden
  • Das Durchführen von Verdichtungserwärmung in dem Teilsatz von Zylindern beinhaltet ferner das Deaktivieren der Kraftstoffeinspritzung in die bestimmte Anzahl von Zylindern, wie bei 412 angezeigt. Zum Beispiel kann unter Verwendung des ausgewählten Zylindermusters die Kraftstoffeinspritzung in die bestimmte Anzahl von Zylindern deaktiviert werden und die entsprechenden Auslassventile können deaktiviert werden. Jedes entsprechende Auslassventil kann über einen Aktor (z. B. den Auslassventilaktor 154 aus 1) deaktiviert und wieder aktiviert werden. Unter Verwendung eines Vierzylinderverbrennungsmotors als Beispiel, wenn die bestimmte Anzahl von Zylindern zwei beträgt oder das Einlassverhältnis 0,5 beträgt, kann während eines ersten Motorzyklus die Kraftstoffeinspritzung in einen ersten Satz von zwei Zylindern deaktiviert werden und die Auslassventile des ersten Satzes von zwei Zylindern können deaktiviert werden, während die Verbrennung in einem zweiten Satz von zwei Zylinder fortgesetzt wird. Dann kann während eines zweiten Motorzyklus die Kraftstoffeinspritzung in den zweiten Satz von zwei Zylindern deaktiviert werden und die Auslassventile des zweiten Satzes von zwei Zylindern können deaktiviert werden, während der erste Satz von zwei Zylindern mit Kraftstoff versorgt wird und deren Auslassventile aktiviert werden. Dann kann während eines dritten Verbrennungsmotorzyklus die Kraftstoffeinspritzung in den ersten Satz von zwei Zylindern wieder deaktiviert werden und deren Auslassventile können deaktiviert werden usw. Während die Kraftstoffzufuhr deaktiviert ist, kann auch der Zündfunke in den entsprechenden Zylindern deaktiviert sein, da in den Zylindern ohne Kraftstoffzufuhr keine Verbrennung stattfindet. Des Weiteren können, während die bestimmte Anzahl von Zylindern im Verdichtungserwärmungsmodus betrieben wird, Motorbetriebsparameter eingestellt werden, um den Motordrehmomentbedarf zu erhalten, während die verbleibenden Zylinder im Verbrennungsmodus betrieben werden. Zum Beispiel können eines oder mehrere von Luftstrom, Zündzeitpunkt und Zylinderventilansteuerung eingestellt werden, um den Motordrehmomentbedarf zu erhalten und Drehmomentstörungen zu minimieren. In anderen Beispielen kann elektrische Unterstützung bereitgestellt werden, um das reduzierten Verbrennungsdrehmoment auszugleichen. In einem derartigen Beispiel kann das Motordrehmoment laut Bedarf durch eine Kombination von Verbrennungsdrehmoment und Elektromotordrehmoment (z. B. von einer elektrischen Maschine, wie etwa der elektrischen Maschine 52 aus 1) bereitgestellt werden. Auf diese Weise kann jeder Zylinder abwechselnd gezündet und nicht gezündet werden, um die Verdichtungserwärmung homogen im Motor zu verteilen.
  • Bei 414 wird bestimmt, ob Bedingungen für das Unterbrechen der Verdichtungserwärmung erfüllt sind. Als ein Beispiel können Bedingungen für das Unterbrechen der Verdichtungserwärmung erfüllt sein, wenn die Motortemperatur größer als die Schwellentemperatur ist, wie vorstehend bei 404 definiert. Als ein anderes Beispiel können Bedingungen für das Unterbrechen der Verdichtungserwärmung zusätzlich oder alternativ eine Angabe, das ein Betrieb im SI-Modus gewünscht wird, beinhalten, wie etwa wenn der Motor in einem hohen Drehzahlbereich betrieben wird. Als noch weiteres Beispiel können Bedingungen für das Unterbrechen der Verdichtungserwärmung beinhalten, dass das Drehmoment einen Schwellendrehmomentbedarf überschreitet, wobei der Schwellendrehmomentbedarf einem Drehmomentbedarf entspricht, der mit der aus der Verdichtungserwärmung resultierenden reduzierten Motorluftladung nicht erfüllt werden kann. Eine beliebige oder alle der Bedingungen für das Unterbrechen der Verdichtungserwärmung können bestätigt werden, damit die Steuerung die Verdichtungserwärmung unterbricht.
  • Wenn die Bedingungen für das Unterbrechen der Verdichtungserwärmung nicht erfüllt sind, wenn die Motortemperatur nicht größer als die Schwellentemperatur ist, kehrt das Verfahren 400 zu 408 zurück, um die Verdichtungserwärmung in dem Teilsatz von Zylindern weiter durchzuführen. Wenn die Bedingungen für das Unterbrechen der Verdichtungserwärmung erfüllt sind, geht das Verfahren 400 zu 416 über, um die deaktivierten Auslassventile zu aktivieren und die Kraftstoffzufuhr in allen Zylindern zu beginnen. Da die Kraftstoffzufuhr bereitgestellt wird und die Auslassventile jedes Zylinders aktiv und betriebsfähig sind, wird auch jedem Zylinder ein Zündfunke bereitgestellt, sodass in allen Zylindern Verbrennung stattfinden kann. Zum Beispiel können die Zylinder, die im Verdichtungserwärmungsmodus betrieben werden, in den Betrieb im Verbrennungsmodus überführt werden. Des Weiteren können, da die Verbrennung in allen Zylinder wiederaufgenommen wurde, die Motorbetriebsparameter eingestellt werden. Zum Beispiel können eines oder mehrere von Luftstrom, Zündzeitpunkt und Zylinderventilansteuerung eingestellt werden, um den Verbrennungsmotordrehmomentbedarf zu erhalten und Drehmomentstörungen zu minimieren, wenn die Verbrennung in allen Motorzylindern wieder aufgenommen wird. In einigen Beispielen kann der Motor vom Betrieb im SPCCI-Modus in den Betrieb im SI-Modus übergehen. Demzufolge können eines oder mehrere von einem gewünschten AFR, einer Kraftstoffeinspritzmenge oder einem Kraftstoffaufteilungsverhältnis und einem Zylinderverdichtungsverhältnis ebenfalls eingestellt werden. Zum Beispiel kann das gewünschte AFR von einem mageren AFR zum Betrieb im SPCCI-Modus auf Stöchiometrie zum Betrieb im SI-Modus eingestellt werden. Als ein anderes Beispiel kann das Verdichtungsverhältnis von einem höheren Verdichtungsverhältnis während des Betriebs im SPCCI-Modus auf ein niedrigeres Verdichtungsverhältnis während des Betriebs im SI-Modus verringert werden, um Motorklopfen zu vermeiden. Das Verdichtungsverhältnis kann durch Betätigen eines VCR-Mechanismus (z. B. des VCR-Mechanismus 194 aus 1) über einen VCR-Aktor (z. B. einen VCR-Aktor 193 aus 1) eingestellt werden. Im Anschluss an 416 endet das Verfahren 400.
  • Auf diese Weise kann der Motor durch Durchführen fortgesetzter Verdichtungserwärmung der Ansaugluft und der Zylinderinnenluft nach dem ersten Zündereignis weiter von der verbesserten Gemischaufbereitung profitieren, was zu einer vollständigeren Verbrennung führt. Zum Beispiel kann die Kraftstoffeffizienz erhöht werden, während Fahrzeugemissionen reduziert werden. Des Weiteren kann der Betrieb im SPCCI-Modus durch erhöhte Ansaugluft-(und damit Luftladungs)temperaturen unterstützt werden, was die Kraftstoffeffizienz weiter erhöhen und Fahrzeugemissionen weiter reduzieren kann, während eine Effizienz des Motors erhöht wird.
  • Demnach kann das Verfahren aus 4 in einem Beispiel das Bestimmen einer Lufterwärmungsbedingung, und in Reaktion darauf das Überführen eines oder mehrere Zylinder in einen Verdichtungserwärmungsmodus; und einer Nicht-Erwärmungsbedingung, und in Reaktion darauf das Betreiben aller Zylinder in einem Verbrennungsmodus beinhalten. In einigen Beispielen erfolgt das Betreiben eines oder mehrerer Zylinder im Verdichtungserwärmungsmodus bei oder während der Lufterwärmungsbedingung, und das Betreiben aller Zylinder im Verbrennungsmodus erfolgt, während die Lufterwärmungsbedingung nicht vorliegt und/oder bei oder während der Nicht-Erwärmungsbedingung. Des Weiteren können in einem Speicher gespeicherte Anweisungen Anweisungen zu Folgendem beinhalten: Bestimmen der Lufterwärmungsbedingung anhand eines oder mehrerer von einem Motorkühlmittelsensor und einer Angabe zum Betrieb in einem zündfunkengesteuerten Verdichtungszündungsmodus, und in Reaktion darauf, Betreiben eines oder mehrerer Zylinder im Verdichtungserwärmungsmodus durch Anweisungen zum Senden eines Satzes von Signalen an einen Aktor eines Auslassventils von jedem des einen oder der mehreren Zylinder und eine an jeden des einen oder der mehreren Zylinder gekoppelte Kraftstoffeinspritzvorrichtung; und Bestimmen der Nicht-Lufterwärmungsbedingungen anhand eines oder mehrerer von dem Motorkühlmitteltemperatursensor und einer Angabe zum Betrieb in einem Funkenzündungsmodus, und in Reaktion darauf, Betreiben aller Zylinder im Verbrennungsmodus durch Anweisungen zum Senden eines anderen Satzes von Signalen an den Aktor der Auslassventile und die an jeden Zylinder gekoppelten Kraftstoffeinspritzvorrichtungen. In einigen Beispielen kann das Verfahren das Bestimmen beinhalten, ob eines oder mehrere von jedem von dem Betreiben eines oder mehrerer Zylinder im Verdichtungserwärmungsmodus und dem Betreiben aller Zylinder im Verbrennungsmodus durchgeführt werden soll, auf Grundlage einer Bestimmung, ob die Lufterwärmungsbedingung vorliegt oder nicht vorliegt. Des Weiteren kann, während der eine oder die mehreren Zylinder im Verdichtungserwärmungsmodus betrieben werden, eine verbleibende Anzahl von Zylindern im Verbrennungsmodus betrieben werden. In einigen Beispielen kann ein bestimmter Zylinder vom Verbrennungsmodus in den Verdichtungserwärmungsmodus und zurück in den Verbrennungsmodus überführt werden, sodass der bestimmte Zylinder in jedem Motorzyklus zwischen dem Betrieb im Verbrennungsmodus und dem Verdichtungserwärmungsmodus abwechselt, während die Lufterwärmungsbedingung vorliegt.
  • Als Nächstes zeigt 5 ein beispielhaftes Diagramm 500 des Betriebs eines Motors in einem Fahrzeug (z. B. des in 1 gezeigten Motors 10 von Fahrzeug 5), um Luft vor einem ersten Verbrennungsereignis und nach dem ersten Verbrennungsereignis zu erwärmen. Zum Beispiel können Motorzylinder zwischen einem Verdichtungserwärmungsmodus und einem Verbrennungsmodus gemäß den beispielhaften Verfahren aus den 3 und 4 überführt werden. Die Motordrehzahl ist in Verlauf 502 gezeigt, die Motortemperatur ist in Verlauf 504 gezeigt, die Zylinderauslassventildeaktivierung ist in Verlauf 506 gezeigt, die Zylinderkraftstoffversorgung ist in Verlauf 508 gezeigt, die abgeleitete Ansauglufttemperatur ist in Verlauf 510 gezeigt, das Elektromotordrehmoment ist in Verlauf 512 gezeigt und das Verbrennungsdrehmoment ist in Verlauf 514 gezeigt. Für alle Vorstehenden gibt die horizontale Achse die Zeit wieder, wobei die Zeit entlang der horizontalen Achse von links nach rechts zunimmt. Die vertikale Achse stellt jeden beschrifteten Parameter dar. Bei den Verläufen 502, 504, 510, 512 und 514 erhöhen sich die Werte entlang der vertikalen Achse von unten nach oben. Bei den Verläufen 506 und 508 stellt die vertikale Achse eine Anzahl von Zylindern (z. B. 0, 1, 2, 3 oder 4) wie gekennzeichnet dar, die eine Auslassventildeaktivierung bzw. Kraftstoffzufuhr erfahren. Demnach ist der Motor in dem Beispiel aus Diagramm 500 ein Vierzylindermotor. Des Weitern ist in dem Beispiel aus Diagramm 500 jedes Auslassventil (z.B. das Auslassventil 156 aus 1) dazu imstande, zur Deaktivierung ausgewählt zu werden.
  • Vor Zeitpunkt t1 ist der Motor ausgeschaltet und im Ruhezustand, wie durch eine Motordrehzahl von Null (Verlauf 502) und ein Verbrennungsdrehmoment von Null (Verlauf 514) angezeigt. Des Weiteren liefert ein Elektromotor (z.B. die elektrische Maschine 52 aus 1) kein Elektromotordrehmoment, um den Motor zu drehen (Verlauf 512). Da der Motor ausgeschaltet ist, ist die Motortemperatur (Verlauf 504) niedrig, und die abgeleitete Ansauglufttemperatur (Verlauf 510) ist gleich wie die (durch eine gestrichelte Linie 520 angezeigte) Umgebungstemperatur. Des Weiteren wird keiner der Motorzylinder mit Kraftstoff versorgt, während der Motor ausgeschaltet ist (Verlauf 508). Die Auslassventile können in einem aktiven Standardzustand sein, während der Motor ausgeschaltet ist, und demnach ist keines der Auslassventile deaktiviert (Verlauf 506).
  • Bei Zeitpunkt t1 wird ein Motorstart durch einen Fahrzeugführer angefordert. Infolgedessen wird der Motor in den Betrieb im Verdichtungserwärmungsmodus überführt. Insbesondere wird das Auslassventil jedes Zylinders (z. B. von allen vier Zylindern) deaktiviert (Verlauf 506), und der Motor bleibt ohne Kraftstoffzufuhr (Verlauf 508). Eine Steuerung (z. B. die Steuerung 12 aus 1) bestimmt eine Anzahl von Motorzyklen, um jeden Zylinder vor einem ersten Verbrennungsereignis im Verdichtungserwärmungsmodus zu betreiben, auf Grundlage der Ansauglufttemperatur (Verlauf 510) bei Zeitpunkt t1, die gleich wie die Umgebungstemperatur (gestrichelte Linie 520) ist, und einer (durch eine gestrichelte Linie 518 angezeigten) gewünschten Ansauglufttemperatur.
  • Zwischen Zeitpunkt t1 und Zeitpunkt t2 wird der Motor aus dem Ruhezustand über das Elektromotordrehmoment (Verlauf 512) gekurbelt, um die Motordrehzahl (Verlauf 502) auf eine hohe Kurbeldrehzahl zu bringen. Die Menge an Elektromotordrehmoment ist zunächst höher, um den Motor aus dem Ruhezustand zu beschleunigen, und nimmt dann ab, um die Motordrehzahl bei der hohen Kurbeldrehzahl zu halten. Wenn der Motor zwischen Zeitpunkt t1 und Zeitpunkt t2 für die bestimmte Anzahl von Motorzyklen mit deaktivierten Auslassventilen gekurbelt wird, überschreitet die Ansauglufttemperatur (Verlauf 510) die gewünschte Ansauglufttemperatur (gestrichelte Linie 518). Da zwischen Zeitpunkt t1 und Zeitpunkt t2 keine Verbrennung in den Motorzylindern erfolgt, bleibt das Verbrennungsdrehmoment bei Null (Verlauf 514) und die Motortemperatur nimmt aufgrund von Reibung und Wärmeübertragung von der Ansaugluft um einen kleinen Betrag zu (Verlauf 504).
  • Bei Abschluss des letzten Motorzyklus der bestimmten Anzahl von Motorzyklen zu Zeitpunkt t2 und in Reaktion darauf, dass die Motortemperatur (Verlauf 504) niedriger als eine Schwellenmotortemperatur ist, die eine (durch eine gestrichelte Linie 516 angezeigte) stationäre Betriebstemperatur darstellt, werden zwei der Motorzylinder (z. B. ein Teilsatz) weiter in dem Verdichtungserwärmungsmodus ohne Kraftstoffzufuhr und mit deren Auslassventilen deaktiviert betrieben (Verlauf 506). Die verbleibenden beiden Zylinder werden in den Betrieb im Verbrennungsmodus, in dem Kraftstoff bereitgestellt wird (Verlauf 508) und deren Auslassventilen aktiv sind, überführt. Des Weiteren wird in den Zylindern, die im Verbrennungsmodus betrieben werden (nicht gezeigt), ein Zündfunke bereitgestellt, um die Verbrennung einzuleiten. Infolge des Betriebs der beiden Zylinder im Verbrennungsmodus nimmt das Verbrennungsdrehmoment zu (Verlauf 514). Das Verbrennungsdrehmoment (Verlauf 514) nimmt aufgrund einer Luftladung mit niedrigerer Dichte (z. B. aufgrund der erhöhten Ansauglufttemperatur und Zylinderinnentemperatur) zu, wobei das Elektromotordrehmoment (Verlauf 512) um eine entsprechende Menge abnimmt, bis das Elektromotordrehmoment auf Null reduziert ist. Des Weiteren nimmt die Motordrehzahl (Verlauf 502) auf eine niedrigere Leerlaufdrehzahl als die hohe Kurbeldrehzahl (zwischen Zeitpunkt t1 und Zeitpunkt t2) ab.
  • Da zwischen Zeitpunkt t1 und Zeitpunkt t2 zwei (z.B. die Hälfte) der Zylinder im Verdichtungserwärmungsmodus betrieben werden, bleibt die Ansauglufttemperatur (Verlauf 510) über der gewünschten Ansauglufttemperatur (gestrichelte Linie 518) und die Motortemperatur (Verlauf 504) nimmt schnell zu. In dem Beispiel aus Diagramm 500 aus 5 wechselt jeder Motorzylinder zwischen Zeitpunkt t2 und Zeitpunkt t3 zwischen dem Betrieb im Verdichtungserwärmungsmodus und dem Betrieb im Verbrennungsmodus. Das heißt, während eines ersten Motorzyklus wird ein erster Satz von zwei Zylindern im Verbrennungsmodus betrieben, während ein zweiter Satz von zwei Zylindern im Verdichtungserwärmungsmodus betrieben wird, während eines zweiten Motorzyklus wird der erste Satz von zwei Zylindern im Verdichtungserwärmungsmodus betrieben, während der zweite Satz von zwei Zylindern im Verbrennungsmodus betrieben wird, während eines dritten Motorzyklus wird der erste Satz von zwei Zylindern im Verbrennungsmodus betrieben, während der zweite Satz von zwei Zylindern im Verdichtungserwärmungsmodus betrieben wird usw. Auf diese Weise wird jeder der vier Motorzylinder für eine homogene Motor- und Gaserwärmung abwechselnd im Verbrennungsmodus (z. B. gezündet) betrieben und im Verdichtungserwärmungsmodus (z. B. nicht gezündet) betrieben.
  • Bei Zeitpunkt t3 erreicht die Motortemperatur (Verlauf 504) die Schwellenmotortemperatur (gestrichelte Linie 516). Infolgedessen werden die beiden Zylinder, die im Verdichtungserwärmungsmodus betrieben werden, in den Betrieb im Verbrennungsmodus überführt. Keines der Zylinderauslassventile wird deaktiviert (Verlauf 506), und allen vier Zylindern wird Kraftstoff bereitgestellt (Verlauf 508). Ein Zündfunke wird bereitgestellt, um ein Luft-Kraftstoffgemisch in jedem Zylinder zu zünden (nicht gezeigt). Wie in Bezug auf 4 beschrieben, werden Betriebsparameter, wie etwa Motorlast, Zündzeitpunkt usw. eingestellt, um Drehmomentstörungen zu minimieren. Das Verbrennungsdrehmoment und die Motordrehzahl können jedoch auf Grundlage des Fahrzeugführerbedarfs variieren, wie in den Verläufen 514 bzw. 512 gezeigt. Ohne die Verdichtungserwärmung des Gases nimmt die Ansauglufttemperatur ab (Verlauf 510). Da der Motor jedoch warm ist und über der Schwellenmotortemperatur betrieben wird, wirkt sich die niedrigere Ansauglufttemperatur nicht wesentlich auf die Verbrennungsvollständigkeit aus.
  • Auf diese Weise kann die Motoreffizienz durch Erwärmen von Luft (z. B. Ansaugluft und Luftladung) eines Motors vor einem ersten Verbrennungsereignis durch Deaktivieren des Zylinderauslassventils, während der Motor ohne Kraftstoffzufuhr gedreht wird, erhöht werden, während Fahrzeugemissionen reduziert werden. Insbesondere erhöht die erwärmte Luft die Kraftstoffverdampfung und die Homogenität des Luft-Kraftstoffgemischs, was zu einer vollständigeren ersten Verbrennungsreaktion führt. Des Weiteren ermöglicht die reduzierte Luftladung (aufgrund der niedrigeren Dichte der erwärmten Luft), dass eine Menge an von dem Motor erzeugtem Verbrennungsdrehmoment schrittweise erhöht wird. Noch weiter kann, durch Betreiben eines Teilsatzes der Motorzylinder in einem Verdichtungserwärmungsmodus (in dem z. B. entsprechende Auslassventile deaktiviert sind und die Kraftstoffzufuhr zu dem Teilsatz deaktiviert ist) nach dem ersten Verbrennungsereignis, eine fortlaufende Lufterwärmung bereitgestellt werden, für anhaltende erhöhte Motoreffizienz und verringerte Fahrzeugemissionen. Insbesondere kann die fortlaufende Lufterwärmung die Verbrennungsvollständigkeit erhöhen, während der Motor kälter (z. B. nicht auf eine stationäre Betriebstemperatur aufgewärmt) ist oder den Betrieb in einem effizienteren zündfunkengesteuerten Verbrennungszündungsmodus ermöglichen. Infolgedessen kann die Kraftstoffeffizienz weiter erhöht werden.
  • Der technische Effekt des Betreibens eines oder mehrerer Motorzylinder ohne Kraftstoffzufuhr und mit geschlossen gehaltenen Auslassventilen besteht darin, dass eine Temperatur von Motoransaugluft und Zylinderinnenluft über Verdichtungserwärmung erhöht wird, was zu erhöhter Kraftstoffverdampfung, erhöhter Homogenität des Luft-Kraftstoffgemischs, erhöhter Kraftstoffeffizienz und verringerten Emissionen während eines nachfolgenden Verbrennungsereignisses führt.
  • Als ein Beispiel umfasst ein Verfahren für ein Hybridelektrofahrzeug: während eines Motorstarts, Deaktivieren der Motorzylinderauslassventile, während die Motorzylindereinlassventile aktiviert werden und der Motor ohne Kraftstoffzufuhr elektrisch gedreht wird, bis er eine Schwellenansauglufttemperatur erreicht; und nach dem Erreichen der Schwellenansauglufttemperatur, Aktivieren eines oder mehrerer der Zylinder und Zuführen von Kraftstoff zu diesem/diesen, um die Verbrennung einzuleiten und dann Wechseln zwischen Deaktivieren und Verbrennen in dem einen oder den mehreren Zylindern, bis eine Schwellenmotortemperatur erreicht wird. In dem vorhergehenden Beispiel beinhaltet das Deaktivieren des einen oder der mehreren Zylinder zusätzlich oder optional das Geschlossenhalten der Auslassventile des einen oder der mehreren Zylinder und das Erhalten der Aktivierung der Einlassventile des einen oder der mehreren Zylinder, während die Kraftstoffzufuhr zu dem einen oder den mehreren Zylindern deaktiviert wird, über einen Motorzyklus. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele beinhaltet das Verbrennen in dem einen oder den mehreren Zylindern zusätzlich oder optional das Anheben des Einlassventils und des Auslassventils bei entsprechenden Ventilansteuerungen, das Bereitstellen von Kraftstoff über eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die an jeden von dem einen oder den mehreren Zylindern gekoppelt ist, und das Bereitstellen eines Zündfunkens über eine Zündkerze, die an jeden von dem einen oder den mehreren Zylinder gekoppelt ist, über einen Motorzyklus. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele wird die Ansauglufttemperatur zusätzlich oder optional auf Grundlage einer ersten Ansauglufttemperatur, eines Verdichtungsverhältnisses des Motorzylinders und einer Anzahl von Motorzyklen, in denen die Auslassventile deaktiviert waren, geschätzt. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele ist die erste Ansauglufttemperatur zusätzlich oder optional gleich wie die Umgebungstemperatur. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele wird eine Luftladung zusätzlich oder optional auf Grundlage der geschätzten Ansauglufttemperatur, eines Drucks der Ansaugluft und eines Zeitpunkts des Schließens der Einlassventile geschätzt. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele beinhaltet das abwechselnde Deaktivieren und Verbrennen in dem einen oder den mehreren Zylindern zusätzlich oder optional das Bestimmen einer Anzahl und eines Musters des einen oder der mehreren Zylinder auf Grundlage von zumindest einem von Motordrehmomentbedarf, einer aktuellen Motortemperatur und einer Auslegung des Motors. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele ist das Muster zusätzlich oder optional von einem Motorzyklus zum nächsten gleich oder unterschiedlich. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele ist die Schwellenmotortemperatur zusätzlich oder optional eine stationäre Betriebstemperatur des Motors.
  • Als ein anderes Beispiel umfasst das Verfahren: Durchführen von Verdichtungserwärmung von Gas in einem oder mehreren Zylindern eines Mehrzylindermotors vor dem Übergang in einen zündfunkengesteuerten Verdichtungszündungsmodus. In dem vorhergehenden Beispiel beinhaltet das Durchführen der Verdichtungserwärmung zusätzlich oder optional das Deaktivieren der Kraftstoffzufuhr zu dem einen oder den mehreren Zylindern und das Deaktivieren der Auslassventile des einen oder der mehreren Zylinder, während die Einlassventile des einen oder der mehreren Zylinder aktiv blieben. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele beinhaltet das Gas zusätzlich oder optional ein Gemisch aus Frischluft und Restabgas, und das Durchführen der Verdichtungserwärmung beinhaltet das Abführen von zumindest einem Teil des Gases aus dem einen oder den mehreren Zylindern, in einen Ansaugkanal über die Einlassventile. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele sind der eine oder die mehreren Zylinder zusätzlich oder optional gleich wie jeder Zylinder des Mehrzylindermotors während eines Motorstarts aus dem Ruhezustand, und das Verfahren umfasst ferner: Bestimmen einer Anzahl von Motorzyklen, um die Verdichtungserwärmung durchzuführen, auf Grundlage einer gewünschten Ansauglufttemperatur und einer ersten Ansauglufttemperatur über ein isentropes Verdichtungsmodell; Drehen des Motors über Elektromotordrehmoment und ohne Verbrennungsdrehmoment für die bestimmte Anzahl von Motorzyklen, Beginnen der zündfunkengesteuerten Verdichtungszündungsverbrennung in zumindest einem Zylinder durch Aktivieren der Auslassventile des zumindest einen Zylinders und Ermöglichen der Kraftstoffversorgung des zumindest einen Zylinders nach der bestimmten Anzahl von Motorzyklen; und Verringern des Elektromotordrehmoments, wenn das Verbrennungsdrehmoment zunimmt. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele umfasst das Verfahren zusätzlich oder optional das Bestimmen einer Anzahl und eines Musters von als den einen oder die mehreren Zylinder auszuwählenden Zylindern auf Grundlage von zumindest einem von Motordrehmomentbedarf, Motortemperatur und Hardwarebeschränkungen des Motors. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele beinhaltet das bestimmte Muster zusätzlich oder optional einen gleichen oder mehrere Zylinder, die für jeden aufeinanderfolgenden Motorzyklus ausgewählt werden, oder einen anderen oder mehrere Zylinder, die für jeden aufeinanderfolgenden Motorzyklus ausgewählt werden.
  • Als ein anderes Beispiel umfasst ein System: einen Motor, der eine Vielzahl von Zylindern beinhaltet, die an eine Kurbelwelle gekoppelt sind, wobei jeder Zylinder einen Kolben, ein Einlassventil, ein Auslassventil, eine Zündkerze und eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die direkt daran gekoppelt sind, beinhaltet; einen an die Kurbelwelle gekoppelten Elektromotor, der elektrische Leistung von einer Systembatterie erhält; einen Ansaugkrümmer zum Zuführen von Ansaugluft zu jedem Zylinder über das Einlassventil; einen ersten Temperatursensor zum Schätzen einer Motortemperatur; einen zweiten Temperatursensor zum Schätzen einer Umgebungstemperatur; einen Drucksensor, der an den Ansaugkrümmer gekoppelt ist, zum Messen eines Ansaugluftdrucks; und eine Steuerung, die ausführbare Anweisungen in nichtflüchtigem Speicher speichert, die bei Ausführung die Steuerung zu Folgendem veranlassen: Betreiben jedes von der Vielzahl von Zylindern in einem Verdichtungserwärmungsmodus für eine Anzahl von Motorzyklen vor einer ersten Zündung, wobei die Anzahl von Motorzyklen auf Grundlage der Umgebungstemperatur und einer gewünschten Ansauglufttemperatur bestimmt wird, während der Motor über den Elektromotor gedreht wird; und Betreiben eines Teilsatzes der Vielzahl von Zylindern in dem Verdichtungserwärmungsmodus und der verbleibenden Zylinder in einem Verbrennungsmodus nach der ersten Zündung in Reaktion darauf, dass Bedingungen für Verdichtungserwärmung erfüllt sind. In dem vorhergehenden Beispiel beinhaltet der Verdichtungserwärmungsmodus zusätzlich oder optional das Deaktivieren des Auslassventils, während das Einlassventil aktiv gehalten wird, das Nicht-Einspritzen von Kraftstoff über die Kraftstoffeinspritzvorrichtung und das Nicht-Bereitstellen eines Zündfunkens über die Zündkerze, und der Verbrennungsmodus beinhaltet das Aktivhalten des Einlassventils und des Auslassventils, das Bereitstellen von Kraftstoff über die Kraftstoffeinspritzvorrichtung und das Bereitstellen des Zündfunkens über die Zündkerze. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele beinhalten die Bedingungen für Verdichtungserwärmung zusätzlich oder optional, dass die Motortemperatur niedriger als eine Schwellentemperatur ist, wobei die Schwellentemperatur dem stationären Motorbetrieb entspricht. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele wird eine Kraftstoffmenge für die erste Zündung zusätzlich oder optional auf Grundlage der Anzahl von Motorzyklen, der Umgebungstemperatur und des Ansaugluftdrucks bestimmt. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele wird eine Anzahl von Zylindern in dem Teilsatz der Vielzahl von Zylindern zusätzlich oder optional auf Grundlage von zumindest einem von einem Drehmomentbedarf und der Motortemperatur bestimmt.
  • In einer andere Darstellung umfasst das Verfahren: Deaktivieren eines oder mehrerer Zylinder eines Mehrzylindermotors durch Deaktivieren der Kraftstoffzufuhr zu dem einen oder den mehreren Zylindern und Deaktivieren von Auslassventilen des einen oder der mehreren Zylinder in Reaktion auf zumindest eines von einer Motorstartanforderung, einer Motortemperatur, die geringer als eine Schwellentemperatur ist, und dem Betrieb in einem zündfunkengesteuerten Verdichtungszündungsmodus. In dem vorhergehenden Beispiel bleiben die Einlassventile des einen oder der mehreren Zylinder zusätzlich oder optional während der Deaktivierung aktiv. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele beinhaltet der eine oder die mehreren Zylinder jeden Zylinder des Mehrzylindermotors in Reaktion auf die Motorstartanforderung. In einem beliebigen oder allen der vorstehenden Beispiele umfasst das Verfahren ferner das Bestimmen einer Anzahl von Motorzyklen, um den einen oder die mehreren Zylinder deaktiviert zu halten. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele wird die Anzahl von Zylinderzyklen zusätzlich oder optional auf Grundlage von zumindest einem von einer Ansauglufttemperatur und der Motortemperatur bestimmt. In einem beliebigen oder allen der vorstehenden Beispiele umfasst das Verfahren ferner das Bestimmen einer Anzahl und einer Identität des einen oder der mehreren Zylinder. In einem beliebigen oder allen der vorstehenden Beispiele werden die Anzahl und die Identität des einen oder der mehreren Zylinder auf Grundlage von zumindest einem von einem Motordrehmomentbedarf und einer Auslegung des Mehrzylindermotors bestimmt.
  • Es ist anzumerken, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemauslegungen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in nichtflüchtigem Speicher gespeichert und durch das Steuersystem einschließlich der Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und sonstiger Motorhardware ausgeführt werden. Die hier beschriebenen konkreten Routinen können eine oder mehrere aus einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, darstellen. Demnach können verschiedene veranschaulichte Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen in der veranschaulichten Abfolge oder parallel durchgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Ebenso ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwangsläufig erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erreichen, sondern wird vielmehr zur Erleichterung der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Eine(r) oder mehrere der veranschaulichten Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen können je nach konkret eingesetzter Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen grafisch Code darstellen, der in einen nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Motorsteuersystem zu programmieren ist, wobei die beschriebenen Handlungen durch Ausführen der Anweisungen in einem System, das die verschiedenen Motorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung beinhaltet, ausgeführt werden.
  • Es versteht sich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und diese konkreten Ausführungsformen nicht in einschränkendem Sinn aufzufassen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Zum Beispiel kann die vorstehende Technik auf V6-, I4-, I6-, V12-, 4-Zylinder-Boxer- und andere Motorarten angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuartigen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und sonstige hier offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
  • Die folgenden Patentansprüche heben bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen besonders hervor, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Patentansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Derartige Patentansprüche sollten so verstanden werden, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente beinhalten und zwei oder mehr derartige Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Patentansprüche oder durch Einreichung neuer Patentansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Derartige Patentansprüche werden unabhängig davon, ob sie im Vergleich zu den ursprünglichen Patentansprüchen einen weiteren, engeren, gleichen oder anderen Umfang aufweisen, ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen betrachtet.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren für ein Hybridelektrofahrzeug während eines Motorstarts, Deaktivieren der Motorzylinderauslassventile, während die Motorzylindereinlassventile aktiviert werden und der Motor ohne Kraftstoffzufuhr elektrisch gedreht wird, bis er eine Schwellenansauglufttemperatur erreicht; und nach dem Erreichen der Schwellenansauglufttemperatur, Aktivieren eines oder mehrerer der Zylinder und Zuführen von Kraftstoff zu diesem/diesen, um die Verbrennung einzuleiten und dann Wechseln zwischen Deaktivieren und Verbrennen in dem einen oder den mehreren Zylindern, bis eine Schwellenmotortemperatur erreicht wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Deaktivieren des einen oder der mehreren Zylinder das Geschlossenhalten der Auslassventile des einen oder der mehreren Zylinder und das Erhalten der Aktivierung der Einlassventile des einen oder der mehreren Zylinder, während die Kraftstoffzufuhr zu dem einen oder den mehreren Zylindern deaktiviert wird, über einen Motorzyklus.
  • Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Verbrennen in dem einen oder den mehreren Zylindern das Anheben des Einlassventils und des Auslassventils bei entsprechenden Ventilansteuerungen, das Bereitstellen von Kraftstoff über eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die an jeden von dem einen oder den mehreren Zylindern gekoppelt ist, und das Bereitstellen eines Zündfunkens über eine Zündkerze, die an jeden von dem einen oder den mehreren Zylinder gekoppelt ist, über einen Motorzyklus.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird die Ansauglufttemperatur auf Grundlage einer ersten Ansauglufttemperatur, eines Verdichtungsverhältnisses des Motorzylinders und einer Anzahl von Motorzyklen, in denen die Auslassventile deaktiviert waren, geschätzt.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die erste Ansauglufttemperatur gleich wie die Umgebungstemperatur.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird eine Luftladung auf Grundlage der geschätzten Ansauglufttemperatur, eines Drucks der Ansaugluft und eines Zeitpunkts des Schließens der Einlassventile geschätzt.
  • Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das abwechselnde Deaktivieren und Verbrennen in dem einen oder den mehreren Zylindern das Bestimmen einer Anzahl und eines Musters des einen oder der mehreren Zylinder auf Grundlage von zumindest einem von Motordrehmomentbedarf, einer aktuellen Motortemperatur und einer Auslegung des Motors.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist das Muster von einem Motorzyklus zum nächsten gleich oder unterschiedlich.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Schwellmotortemperatur eine stationäre Betriebstemperatur des Motors.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren das Durchführen von Verdichtungserwärmung von Gas in einem oder mehreren Zylindern eines Mehrzylindermotors vor dem Übergang in einen zündfunkengesteuerten Verdichtungszündungsmodus.
  • Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Durchführen der Verdichtungserwärmung das Deaktivieren der Kraftstoffzufuhr zu dem einen oder den mehreren Zylindern und das Deaktivieren der Auslassventile des einen oder der mehreren Zylinder, während die Einlassventile des einen oder der mehreren Zylinder aktiv blieben.
  • Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Gas ein Gemisch aus Frischluft und Restabgas, und das Durchführen der Verdichtungserwärmung beinhaltet das Abführen von zumindest einem Teil des Gases aus dem einen oder den mehreren Zylindern, in einen Ansaugkanal über die Einlassventile.
  • Gemäß einer Ausführungsform sind der eine oder die mehreren Zylinder gleich wie jeder Zylinder des Mehrzylindermotors während eines Motorstarts aus dem Ruhezustand, und das Verfahren umfasst ferner: Bestimmen einer Anzahl von Motorzyklen, um die Verdichtungserwärmung durchzuführen, auf Grundlage einer gewünschten Ansauglufttemperatur und einer ersten Ansauglufttemperatur über ein isentropes Verdichtungsmodell; Drehen des Motors über Elektromotordrehmoment und ohne Verbrennungsdrehmoment für die bestimmte Anzahl von Motorzyklen; Beginnen der zündfunkengesteuerten Verdichtungszündungsverbrennung in zumindest einem Zylinder durch Aktivieren der Auslassventile des zumindest einen Zylinders und Ermöglichen der Kraftstoffversorgung des zumindest einen Zylinders nach der bestimmten Anzahl von Motorzyklen; und Verringern des Elektromotordrehmoments, wenn das Verbrennungsdrehmoment zunimmt.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung ferner durch Bestimmen einer Anzahl und eines Musters von als den einen oder die mehreren Zylinder auszuwählenden Zylindern auf Grundlage von zumindest einem von Motordrehmomentbedarf, Motortemperatur und Hardwarebeschränkungen des Motors gekennzeichnet.
  • Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das bestimmte Muster einen gleichen oder mehrere Zylinder, die für jeden aufeinanderfolgenden Motorzyklus ausgewählt werden, oder einen anderen oder mehrere Zylinder, die für jeden aufeinanderfolgenden Motorzyklus ausgewählt werden.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein System bereitgestellt, das Folgendes aufweist: einen Motor, der eine Vielzahl von Zylindern beinhaltet, die an eine Kurbelwelle gekoppelt sind, wobei jeder Zylinder einen Kolben, ein Einlassventil, ein Auslassventil, eine Zündkerze und eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die direkt daran gekoppelt sind, beinhaltet; einen an die Kurbelwelle gekoppelten Elektromotor, der elektrische Leistung von einer Systembatterie erhält; einen Ansaugkrümmer zum Zuführen von Ansaugluft zu jedem Zylinder über das Einlassventil; einen ersten Temperatursensor zum Schätzen einer Motortemperatur; einen zweiten Temperatursensor zum Schätzen einer Umgebungstemperatur; einen Drucksensor, der an den Ansaugkrümmer gekoppelt ist, zum Messen eines Ansaugluftdrucks; und eine Steuerung, die ausführbare Anweisungen in nichtflüchtigem Speicher speichert, die bei Ausführung die Steuerung zu Folgendem veranlassen: Betreiben jedes von der Vielzahl von Zylindern in einem Verdichtungserwärmungsmodus für eine Anzahl von Motorzyklen vor einer ersten Zündung, wobei die Anzahl von Motorzyklen auf Grundlage der Umgebungstemperatur und einer gewünschten Ansauglufttemperatur bestimmt wird, während der Motor über den Elektromotor gedreht wird; und Betreiben eines Teilsatzes der Vielzahl von Zylindern in dem Verdichtungserwärmungsmodus und der verbleibenden Zylinder in einem Verbrennungsmodus nach der ersten Zündung in Reaktion darauf, dass Bedingungen für Verdichtungserwärmung erfüllt sind.
  • Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet der Verdichtungserwärmungsmodus das Deaktivieren des Auslassventils, während das Einlassventil aktiv gehalten wird, das Nicht-Einspritzen von Kraftstoff über die Kraftstoffeinspritzvorrichtung und das Nicht-Bereitstellen eines Zündfunkens über die Zündkerze, und der Verbrennungsmodus beinhaltet das Aktivhalten des Einlassventils und des Auslassventils, das Bereitstellen von Kraftstoff über die Kraftstoffeinspritzvorrichtung und das Bereitstellen des Zündfunkens über die Zündkerze.
  • Gemäß einer Ausführungsform beinhalten die Bedingungen für Verdichtungserwärmung, dass die Motortemperatur niedriger als eine Schwellentemperatur ist, wobei die Schwellentemperatur dem stationären Motorbetrieb entspricht.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird eine Kraftstoffmenge für die erste Zündung auf Grundlage der Anzahl von Motorzyklen, der Umgebungstemperatur und des Ansaugluftdrucks bestimmt.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird eine Anzahl von Zylindern in dem Teilsatz der Vielzahl von Zylindern auf Grundlage von zumindest einem von einem Drehmomentbedarf und der Motortemperatur bestimmt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 5117790 [0003]

Claims (15)

  1. Verfahren für ein Hybridelektrofahrzeug, umfassend: während eines Motorstarts, Deaktivieren von Motorzylinderauslassventilen, während Motorzylindereinlassventile aktiviert werden und der Motor ohne Kraftstoffzufuhr elektrisch gedreht wird, bis er eine Schwellenansauglufttemperatur erreicht; und nach dem Erreichen der Schwellenansauglufttemperatur, Aktivieren eines oder mehrerer der Zylinder und Zuführen von Kraftstoff zu diesem/diesen, um die Verbrennung einzuleiten und dann Wechseln zwischen Deaktivieren und Verbrennen in dem einen oder den mehreren Zylindern, bis eine Schwellenmotortemperatur erreicht wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Deaktivieren des einen oder der mehreren Zylinder das Geschlossenhalten der Auslassventile des einen oder der mehreren Zylinder und das Erhalten der Aktivierung der Einlassventile des einen oder der mehreren Zylinder, während die Kraftstoffzufuhr zu dem einen oder den mehreren Zylindern deaktiviert wird, über einen Motorzyklus beinhaltet.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verbrennen in dem einen oder den mehreren Zylindern das Anheben des Einlassventils und des Auslassventils bei entsprechenden Ventilansteuerungen, das Bereitstellen von Kraftstoff über eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die an jeden von dem einen oder den mehreren Zylindern gekoppelt ist, und das Bereitstellen eines Zündfunkens über eine Zündkerze, die an jeden von dem einen oder den mehreren Zylinder gekoppelt ist, über einen Motorzyklus beinhaltet.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Ansauglufttemperatur auf Grundlage einer ersten Ansauglufttemperatur, eines Verdichtungsverhältnisses des Motorzylinders und einer Anzahl von Motorzyklen, in denen die Auslassventile deaktiviert waren, geschätzt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die erste Ansauglufttemperatur gleich wie die Umgebungstemperatur ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei eine Luftladung auf Grundlage der geschätzten Ansauglufttemperatur, eines Drucks der Ansaugluft und eines Zeitpunkts des Schließens der Einlassventile geschätzt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das abwechselnde Deaktivieren und Verbrennen in dem einen oder den mehreren Zylindern das Bestimmen einer Anzahl und eines Musters des einen oder der mehreren Zylinder auf Grundlage von zumindest einem von Motordrehmomentbedarf, einer aktuellen Motortemperatur und einer Auslegung des Motors beinhaltet.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Muster von einem Motorzyklus zum nächsten gleich oder unterschiedlich ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend Bereitstellen von elektrischer Unterstützung über elektrisches Motordrehmoment in Reaktion darauf, dass der Motordrehmomentbedarf eine Menge von Verbrennungsdrehmoment, die während des abwechselnden Deaktivierens und Verbrennens in dem einen oder den mehreren Zylindern erzeugt wird, überschreitet.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schwellmotortemperatur eine stationäre Betriebstemperatur des Motors ist.
  11. System, umfassend: einen Motor, der eine Vielzahl von Zylindern beinhaltet, die an eine Kurbelwelle gekoppelt sind, wobei jeder Zylinder einen Kolben, ein Einlassventil, ein Auslassventil, eine Zündkerze und eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung beinhaltet, die direkt daran gekoppelt sind; einen an die Kurbelwelle gekoppelten Elektromotor, der elektrische Leistung von einer Systembatterie erhält; einen Ansaugkrümmer zum Zuführen von Ansaugluft zu jedem Zylinder über das Einlassventil; einen ersten Temperatursensor zum Schätzen einer Motortemperatur; einen zweiten Temperatursensor zum Schätzen einer Umgebungstemperatur; einen an den Ansaugkrümmer gekoppelten Drucksensor zum Messen eines Ansaugluftdrucks; und eine Steuerung, die ausführbare Anweisungen in nichtflüchtigem Speicher speichert, die bei Ausführung die Steuerung zu Folgendem veranlassen: Betreiben jedes von der Vielzahl von Zylindern in einem Verdichtungserwärmungsmodus für eine Anzahl von Motorzyklen vor einer ersten Zündung, wobei die Anzahl von Motorzyklen auf Grundlage der Umgebungstemperatur und einer gewünschten Ansauglufttemperatur bestimmt wird, während der Motor über den Elektromotor gedreht wird; und Betreiben eines Teilsatzes der Vielzahl von Zylindern in dem Verdichtungserwärmungsmodus und der verbleibenden Zylinder in einem Verbrennungsmodus nach der ersten Zündung in Reaktion darauf, dass Bedingungen für Verdichtungserwärmung erfüllt sind.
  12. System nach Anspruch 11, wobei der Verdichtungserwärmungsmodus das Deaktivieren des Auslassventils, während das Einlassventil aktiv gehalten wird, das Nicht-Einspritzen von Kraftstoff über die Kraftstoffeinspritzvorrichtung und das Nicht-Bereitstellen eines Zündfunkens über die Zündkerze beinhaltet, und der Verbrennungsmodus das Aktivhalten des Einlassventils und des Auslassventils, das Bereitstellen von Kraftstoff über die Kraftstoffeinspritzvorrichtung und das Bereitstellen des Zündfunkens über die Zündkerze beinhaltet.
  13. System nach Anspruch 11, wobei die Bedingungen für Verdichtungserwärmung beinhalten, dass die Motortemperatur niedriger als eine Schwellentemperatur ist, wobei die Schwellentemperatur dem stationären Motorbetrieb entspricht.
  14. System nach Anspruch 11, wobei eine Kraftstoffmenge für die erste Zündung auf Grundlage der Anzahl von Motorzyklen, der Umgebungstemperatur und des Ansaugluftdrucks bestimmt wird.
  15. System nach Anspruch 11, wobei eine Anzahl von Zylindern in dem Teilsatz der Vielzahl von Zylindern auf Grundlage von zumindest einem von einem Drehmomentbedarf und der Motortemperatur bestimmt wird.
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