DE112009000320T5

DE112009000320T5 - Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors mit Funkenzündung und Direkteinspritzung bei niedrigen Lasten

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Publication number: DE112009000320T5
Application number: DE112009000320T
Authority: DE
Inventors: Nicole Ann Arbor Wermuth; Paul M. Bloomfield Hills Najt; Hanho Oakland Yun
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-02-15
Filing date: 2009-02-11
Publication date: 2010-12-16
Anticipated expiration: 2029-02-12
Also published as: CN101946074A; CN101946074B; US20090205612A1; WO2009102744A8; DE112009000320B4; WO2009102744A1; US8186329B2

Abstract

Verfahren zum Steuern eines Motors mit Funkenzündung und Direkteinspritzung, der ausgebildet ist, um Einlass- und Auslassventile bei niedrigen Lasten zu steuern, wobei das Verfahren umfasst, dass:
Motorbetriebsbedingungen und Betreibereingaben überwacht werden;
die Einlass- und Auslassventile gesteuert werden, um eine Dauer mit negativer Ventilüberlappung zu erreichen;
gewünschte Kraftstoffmasseneinspritzungen für ein erstes, zweites und drittes Kraftstoffeinspritzungsereignis eines Motorzyklus ermittelt werden;
während einer Rekompressionsphase der Dauer mit negativer Ventilüberlappung ein erstes Kraftstoffeinspritzungsereignis ausgeführt wird und ein erster Zündfunken entladen wird;
das zweite Kraftstoffeinspritzungsereignis während einer Einlassphase des Motorzyklus selektiv ausgeführt wird; und
während einer Kompressionsphase des Motorzyklus das dritte Kraftstoffeinspritzungsereignis ausgeführt wird und ein zweiter Zündfunken entladen wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft den Betrieb und die Steuerung von Motoren mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Motoren).
HINTERGRUND
Die Angaben in diesem Abschnitt liefern nur Hintergrundinformation bezogen auf die vorliegende Offenbarung und stellen möglicherweise keinen Stand der Technik dar.
Bekannte Motoren mit Funkenzündung (SI-Motoren) leiten ein Luft/Kraftstoffgemisch in jeden Zylinder ein, das in einem Kompressionstakt komprimiert und durch eine Zündkerze gezündet wird. Bekannte Motoren mit Kompressionszündung spritzen unter Druck stehenden Kraftstoff in der Nähe eines oberen Totpunkts (TDC) des Kompressionstakts in einen Verbrennungszylinder ein, welcher Kraftstoff bei der Einspritzung zündet. Die Verbrennung umfasst sowohl für Benzinmotoren als auch für Dieselmotoren vorgemischte oder Diffusionsflammen, die durch die Fluidmechanik gesteuert werden.
SI-Motoren können in einer Vielzahl von verschiedenen Verbrennungsmodi arbeiten, die einen homogenen SI-Verbrennungsmodus und einen SI-Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung umfassen. SI-Motoren können ausgebildet sein, um unter vorbestimmten Drehzahl/Lastbetriebsbedingungen in einem Verbrennungsmodus mit homogener Kompressionszündung zu arbeiten, was auch als Verbrennung mit gesteuerter Selbstzündung bezeichnet wird. Die Verbrennung mit gesteuerter Selbstzündung umfasst einen verteilten, flammenlosen Selbstzündungs-Verbrennungsprozess, der durch die Oxidationschemie gesteuert wird. Ein Motor, der in dem Verbrennungsmodus mit gesteuerter Selbstzündung arbeitet, weist eine Zylinderladung auf, die zu der Schließzeit des Einlassventils vorzugsweise homogen bezüglich der Zusammensetzung, der Temperatur und der restlichen Abgase ist. Die Verbrennung mit gesteuerter Selbstzündung ist ein verteilter, kinetisch gesteuerter Verbrennungsprozess, bei dem der Motor mit einem verdünnten Luft/Kraftstoffgemisch, d. h. magerer als am Luft/Kraftstoff-Stöchiometriepunkt, mit relativ niedrigen Spitzen-Verbrennungstemperaturen arbeitet, was zu geringen NOx-Emissionen führt. Das homogene Luft/Kraftstoffgemisch minimiert das Auftreten von fetten Zonen, die Rauch und Partikelemissionen bilden.
Die Verbrennung mit gesteuerter Selbstzündung hängt stark von Faktoren ab, wie beispielsweise der Zusammensetzung, der Temperatur und dem Druck der Zylinderladung bei dem Schließen des Einlassventils. Daher müssen die Steuereingaben für den Motor sorgfältig abgestimmt werden, um eine Selbstzündungsverbrennung sicherzustellen. Strategien für die Verbrennung mit gesteuerter Selbstzündung können die Verwendung einer Abgasrekompressions-Ventilstrategie umfassen. Die Abgasrekompressions-Ventilstrategie umfasst, dass eine Zylinderladungstemperatur durch ein Einschließen von heißem Restgas aus einem vorhergehenden Motorzyklus gesteuert wird, in dem der Ventilschließzeitpunkt eingestellt wird. Gemäß der Abgasrekompressions-Ventilstrategie schließt das Auslassventil vor dem oberen Totpunkt (TDC), und das Einlassventil öffnet nach dem TDC, was eine Dauer mit negativer Ventilüberlappung (NVO- Dauer) erzeugt, in der sowohl die Auslass- als auch die Einlassventile geschlossen sind, wodurch das Abgas eingeschlossen wird. Die Öffnungszeitpunkte der Einlass- und der Auslassventile liegen vorzugsweise symmetrisch relativ zu dem TDC des Einlasstakts. Sowohl eine Zylinderladungszusammensetzung als auch eine Zylinderladungstemperatur werden durch den Schließzeitpunkt des Auslassventils stark beeinflusst. Insbesondere kann mehr heißes Restgas aus einem vorhergehenden Zyklus mit einem früheren Schließen des Auslassventils zurückgehalten werden, was weniger Raum für eine eintretende Frischluftmasse lässt, wodurch die Zylinderladungstemperatur zunimmt und die Zylindersauerstoffkonzentration abnimmt. Gemäß der Abgasrekompressionsstrategie werden der Schließzeitpunkt des Auslassventils und der Öffnungszeitpunkt des Einlassventils durch die NVO-Dauer gemessen.
Zusätzlich zu einer Ventilsteuerstrategie muss es eine geeignete Kraftstoffeinspritzungsstrategie für die Verbrennung geben. Bei niedrigen Kraftstoffzufuhrraten (z. B. < 7 mg/Zyklus bei 1000 U/min in einem beispielhaften Verbrennungskammervolumen von 0,551) kann die Zylinderladung für eine gesteuerte selbstgezündete Verbrennung sogar mit einer maximal zulässigen NVO nicht heiß genug sein, was zu einer Teilverbrennung oder einer Fehlzündung führt.
Es ist bekannt, die Zylinderladungstemperatur zu erhöhen, indem eine kleine Kraftstoffmenge voreingespritzt wird, wenn ein Kolben den TDC des Einlasstakts während des Rekompressionsabschnitts der NVO erreicht. Ein Teil des voreingespritzten Kraftstoffs reformiert aufgrund des hohen Drucks und der hohen Temperatur während des Rekompressionsabschnitts und gibt Wärmeenergie frei, welche die Zylinderladungstemperatur für eine vollständige Verbrennung der Verbrennungsladung, die aus der nachfolgenden Hauptkraftstoffeinspritzung resultiert, mit gesteuerter Selbstzündung ausreichend erhöht. Der Betrag einer solchen Kraftstoffreformierung basiert auf der Masse und dem Zeitpunkt der Voreinspritzung, wobei die Kraftstoffreformierung typischerweise mit einem früheren Zeitpunkt der Voreinspritzung und einer größeren Kraftstoffmasse der Voreinspritzung zunimmt.
Eine übermäßige Kraftstoffreformierung zum Vergrößern des Betriebsbereichs der gesteuerten Selbstzündung kann jedoch die Verbrennungsinstabilität erhöhen und dadurch die Kraftstoffeffizienz verringern. Daher wäre es vorteilhaft, die Betriebsbereiche für die Verbrennung mit gesteuerter Selbstzündung auszudehnen, ohne dass eine Verbrennungsinstabilität auftritt, und dadurch die Kraftstoffeffizienz zu erhöhen.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Verfahren zum Steuern eines Motors mit Funkenzündung und Direkteinspritzung, der ausgebildet ist, um Einlass- und Auslassventile bei niedrigen Lasten zu steuern, umfasst, dass Motorbetriebsbedingungen und Betreibereingaben überwacht werden und dass die Einlass- und Auslassventile gesteuert werden, um eine Dauer mit negativer Ventilüberlappung zu erreichen. Gewünschte Kraftstoffmasseneinspritzungen für ein erstes, zweites und drittes Kraftstoffeinspritzungsereignis eines Motorzyklus werden ermittelt, und während einer Rekompressionsphase der Dauer mit negativer Ventilüberlappung wird ein erstes Kraftstoffeinspritzungsereignis ausgeführt und ein erster Zündfunken entladen. Das zweite Kraftstoffeinspritzungsereignis wird während einer Einlassphase des Motorzyklus selektiv ausgeführt. Während einer Kompressionsphase des Motorzyklus wird das dritte Kraftstoffeinspritzungsereignis ausgeführt und ein zweiter Zündfunken entladen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine oder mehrere Ausführungsformen werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, von denen:
1 eine schematische Zeichnung eines beispielhaften Motorsystems gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
2 ein Steuerflussdiagramm eines Zylinderladungs-Steuerschemas gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
3 beispielhafte Drehzahl- und Lastbetriebszonen für Zylinderladungsstrategien gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch darstellt;
4 eine Kraftstoff-Zylinderladungsstrategie für Leerlauf und niedrige Last während eines Verbrennungszyklus gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch darstellt;
5 ein Steuerflussdiagramm für die Kraftstoff-Zylinderladungsstrategie für Leerlauf und niedrige Last gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
6 ein beispielhaftes NOx-Emissionsprofil für ein erstes Kraftstoffeinspritzungsereignis gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch darstellt;
7 ein beispielhaftes Verbrennungsstabilitätsprofil gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch darstellt;
8 eine Verbrennungsinstabilität bezogen auf den Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt für ein drittes Kraftstoffeinspritzungsereignis gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch darstellt;
9 eine verbrannte Kraftstoffmasse als eine Funktion des Kraftstoffeinspritzungszeitpunkts für ein erstes Kraftstoffeinspritzungsereignis gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch darstellt;
10 einen spezifischen Netto-Kraftstoffverbrauch als eine Funktion des Kraftstoffeinspritzungszeitpunkts für ein zweites Kraftstoffeinspritzungsereignis gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch darstellt; und
11 ein Steuerflussdiagramm eines alternativen Kraftstoffeinspritzungs-Steuerschemas gemäß der vorliegenden Offenbarung ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Nun auf die Zeichnungen Bezug nehmend, in denen das Gezeigte nur zu dem Zweck dient, bestimmte beispielhafte Ausführungsformen darzustellen, und selbige nicht einschränken soll, stellt 1 einen Verbrennungsmotor 10 und ein begleitendes Steuermodul 5 schematisch dar, die gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung konstruiert wurden. Der Motor 10 kann in mehreren Verbrennungsmodi selektiv betriebsfähig sein, die einen Verbrennungsmodus mit gesteuerter Selbstzündung, einen Verbrennungsmodus mit homogener Funkenzündung und einen Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung und Funkenzündung umfassen. Der Motor 10 ist bei einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis und bei einem Luft/Kraftstoffverhältnis, das hauptsächlich überstöchiometrisch ist, selektiv betriebsfähig. Die Offenbarung kann auf verschiedene Verbrennungsmotorsysteme und Verbrennungszyklen angewendet werden.
Bei einer Ausführungsform kann der Motor 10 mit einer Getriebeeinrichtung (nicht gezeigt) gekoppelt sein, um eine Traktionsleistung auf einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs (nicht gezeigt) zu übertragen. Ein Getriebe kann ein Hybridgetriebe umfassen, das Drehmomentmaschinen aufweist, die dazu dienen, die Traktionsleistung auf einen Antriebsstrang zu übertragen.
Der beispielhafte Motor 10 umfasst einen Mehrzylinder-Viertaktverbrennungsmotor mit Direkteinspritzung, der Hubkolben 14 aufweist, die in Zylindern 15 verschiebbar sind, die Verbrennungskammern 16 mit variablem Volumen definieren. Jeder Kolben 14 ist mit einer rotierenden Kurbelwelle 12 verbunden, durch welche die lineare Hubbewegung in eine Drehbewegung übersetzt wird. Ein Lufteinlasssystem liefert Einlassluft an einen Einlasskrümmer 29, der die Luft in Einlasskanäle der Verbrennungskammern 16 leitet und verteilt. Das Lufteinlasssystem umfasst ein Luftströmungs-Kanalsystem und Einrichtungen, um die Luftströmung zu überwachen und zu steuern. Die Lufteinlasseinrichtungen umfassen vorzugsweise einen Luftmassenströmungssensor 32, um die Luftmassenströmung und die Einlasslufttemperatur zu überwachen. Ein Drosselventil 34 umfasst vorzugsweise eine elektronisch gesteuerte Einrichtung, die verwendet wird, um die Luftströmung zu dem Motor 10 in Ansprechen auf ein Steuersignal (ETC) von dem Steuermodul 5 zu steuern. Ein Drucksensor 36 in dem Einlasskrümmer 29 ist ausgebildet, um den Krümmerabsolutdruck und den barometrischen Druck zu überwachen. Ein äußerer Strömungsdurchgang führt Abgase aus dem Motorauslass zu dem Einlasskrümmer 29 zurück und weist ein Strömungssteuerventil auf, das als ein Abgasrückführungsventil (AGR-Ventil) 38 bezeichnet wird. Das Steuermodul 5 dient dazu, die Massenströmung des Abgases zu dem Einlasskrümmer 29 zu steuern, indem das Öffnen des AGR-Ventils 38 gesteuert wird. Die Verbrennungskammern 16 sind mittels der Auslassventile 18 mit einem Auslasskrümmer 39 fluidisch verbunden.
Die Luftströmung aus dem Einlasskrümmer 29 in jede Verbrennungskammer 16 wird durch ein oder mehrere Einlassventile 20 gesteuert. Die Strömung verbrannter Gase aus den Verbrennungskammern 16 zu dem Auslasskrümmer 39 wird durch ein oder mehrere Auslassventile 18 gesteuert. Das Öffnen und Schließen der Einlass- und Auslassventile 20 und 18 wird vorzugsweise mit einer doppelten Nockenwelle gesteuert (wie dargestellt), deren Drehungen mit der Drehung der Kurbelwelle 12 verknüpft und indiziert sind. Bei einer Ausführungsform ist der Motor 10 mit Einrichtungen zum Steuern des Ventilhubs der Einlassventile und der Auslassventile ausgestattet, welche als Einrichtungen für eine variable Hubsteuerung (VLC-Einrichtungen) bezeichnet werden. Die VLC-Einrichtungen dienen dazu, den Ventilhub oder das Öffnen bei einer Ausführungsform auf eine von zwei diskreten Stufen zu steuern. Die zwei diskreten Stufen umfassen eine Ventilöffnung mit niedrigem Hub (ungefähr 4–6 mm) für einen Motorbetrieb bei niedriger Drehzahl und niedriger Last sowie eine Ventilöffnung mit hohem Hub (ungefähr 8–10 mm) für einen Motorbetrieb bei hoher Drehzahl und hoher Last. Der Motor 10 ist ferner mit Einrichtungen zum Steuern einer Phaseneinstellung (d. h. eines relativen Timings) des Öffnens und Schließens der Einlass- und Auslassventile 20 und 18 ausgestattet, was als eine variable Nockenphaseneinstellung (VCP) bezeichnet wird, um die Phaseneinstellung über diejenige hinaus zu steuern, die durch den zweistufigen VLC-Hub bewirkt wird. Bei einer Ausführungsform gibt es ein VCP/VLC-System 22 für die Einlassventile 20 und ein VCP/VLC-System 24 für die Motorauslassventile 18. Die VCP/VLC-Systeme 22 und 24 werden durch das Steuermodul 5 gesteuert und liefern durch Nockenwellen-Drehpositionssensoren für die Einlassnockenwelle (nicht gezeigt) und die Auslassnockenwelle (nicht gezeigt) eine Signalrückkopplung an das Steuermodul 5. Das Einlass- und das Auslass-VCP/VLC-System 22 und 24 weisen begrenzte Autoritätsbereiche auf, über die das Öffnen und das Schließen der Einlass- und Auslassventile 20 und 18 eingestellt und gesteuert werden kann. Die VCP-Systeme weisen einen Autoritätsbereich auf die Phaseneinstellung von ungefähr 60°–90° der Nockenwellendrehung auf, wodurch zugelassen wird, dass das Steuermodul 5 das Öffnen und Schließen von einem oder beiden der Einlass- und Auslassventile 20 und 18 nach früh oder nach spät verstellt. Der Autoritätsbereich auf die Phaseneinstellung ist durch die Hardware der VCP und durch das Steuersystem, das die VCP betätigt, definiert und begrenzt. Das Einlass- und das Auslass-VCP/VLC-System 22 und 24 können unter Verwendung einer elektrohydraulischen, hydraulischen oder elektrischen Steuerkraft betätigt werden, die durch das Steuermodul 5 gesteuert wird. Das Steuermodul 5 kann das Einlass- und das Auslass-VCP/VLC-System 22 und 24 einstellen, um eine NVO zu erreichen.
Der Motor 10 weist ein Kraftstoffeinspritzungssystem auf, das mehrere Hochdruck-Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 28 umfasst, die jeweils ausgebildet sind, um eine Kraftstoffmasse in Ansprechen auf ein Signal von dem Steuermodul 5 in eine der Verbrennungskammern 16 direkt einzuspritzen. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 28 werden von einem Kraft stoffverteilsystem (nicht gezeigt) mit unter Druck stehendem Kraftstoff versorgt.
Der Motor 10 weist ein Funkenzündungssystem (nicht gezeigt) auf, durch das Funkenenergie an eine Zündkerze 26 geliefert werden kann, um Zylinderladungen in jeder der Verbrennungskammern 16 in Ansprechen auf ein Signal (IGN) von dem Steuermodul 5 zu zünden oder bei dem Zünden zu unterstützen.
Der Motor 10 ist mit verschiedenen Detektionseinrichtungen zum Überwachen des Motorbetriebs ausgestattet, welche einen Kurbelsensor 42, der eine Ausgabe (RPM) aufweist und dazu dient, die Kurbelwellen-Drehposition zu überwachen, d. h. den Kurbelwinkel und die Kurbeldrehzahl, bei einer Ausführungsform einen Verbrennungssensor 30, der ausgebildet ist, um die Verbrennung zu überwachen, und einen Abgassensor 40 umfassen, der ausgebildet ist, um Abgase zu überwachen, typischerweise ein Sensor für das Luft/Kraftstoffverhältnis. Der Verbrennungssensor 30 umfasst eine Sensoreinrichtung, die dazu dient, einen Zustand eines Verbrennungsparameters zu überwachen, und er ist als ein Zylinderdrucksensor dargestellt, der dazu dient, den Verbrennungsdruck in dem Zylinder zu überwachen. Die Ausgabe des Verbrennungssensors 30 und des Kurbelsensors 42 wird durch das Steuermodul 5 überwacht, das die Verbrennungs-Phaseneinstellung ermittelt, d. h. das Timing des Verbrennungsdrucks relativ zu dem Kurbelwinkel der Kurbelwelle 12 für jeden Zylinder 15 für jeden Verbrennungszyklus. Der Verbrennungssensor 30 kann auch durch das Steuermodul 5 überwacht werden, um einen mittleren effektiven Druck (IMEP) für jeden Zylinder 15 für jeden Verbrennungszyklus zu ermitteln. Der Motor 10 und das Steuermodul 5 sind vorzugsweise mechanisiert, um Zustande des IMEP für jeden der Zylinder 15 während jedes Zylinder-Zündungsereignisses zu überwachen und zu ermitteln. Alternativ können andere Detektionssysteme verwendet werden, um innerhalb des Umfangs der Offenbarung Zustände anderer Verbrennungsparameter zu überwachen, z. B. Zündungssysteme mit Ionendetektion und nicht eingreifende Zylinderdrucksensoren.
Das Steuermodul 5 ist vorzugsweise einen Allzweck-Digitalcomputer, der einen Mikroprozessor oder eine zentrale Verarbeitungseinheit, Speichermedien, die einen nicht flüchtigen Speicher einschließlich eines Festwertspeichers und eines elektrisch programmierbaren Festwertspeichers umfassen, einen Arbeitsspeicher, einen Hochgeschwindigkeitstaktgeber, Schaltungen zur Analog-Digital-Umsetzung und zur Digital-Analog-Umsetzung und Eingabe/Ausgabe-Schaltungen und -Einrichtungen sowie geeignete Signalkonditionierungs- und Pufferschaltungen umfasst. Das Steuermodul weist einen Satz von Steueralgorithmen auf, die residente Programmanweisungen und Kalibrierungen umfassen, die in dem nicht flüchtigen Speicher gespeichert sind und ausgeführt werden, um die entsprechenden Funktionen des jeweiligen Computers zu schaffen. Die Algorithmen werden vorzugsweise während voreingestellter Schleifenzyklen ausgeführt. Die Algorithmen werden von der zentralen Verarbeitungseinheit ausgeführt und dienen dazu, Eingaben von den zuvor erwähnten Detektionseinrichtungen zu überwachen sowie Steuer- und Diagnoseroutinen auszuführen, um den Betrieb der Aktuatoren unter Verwendung voreingestellter Kalibrierungen zu steuern. Die Schleifenzyklen werden während des laufenden Motor- und Fahrzeugbetriebs in regelmäßigen Intervallen ausgeführt, beispielsweise jede 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden. Alternativ können die Algorithmen in Ansprechen auf ein Auftreten eines Ereignisses ausgeführt werden.
Im Betrieb überwacht das Steuermodul 5 Eingaben von den zuvor erwähnten Sensoren, um Zustände von Motorparametern zu ermitteln. Das Steuermodul 5 ist ausgebildet, um Eingabesignale von einem Betreiber (z. B. eine Gaspedalposition und eine Bremspedalposition) zum Ermitteln einer Drehmomentanforderung des Betreibers und von Sensoren zu empfangen, welche die Motordrehzahl und die Einlasslufttemperatur sowie die Kühlmitteltemperatur und andere Umgebungsbedingungen angeben.
Das Steuermodul 5 führt einen darin gespeicherten algorithmischen Code aus, um die zuvor erwähnten Aktuatoren zum Bilden der Zylinderladung zu steuern, was das Steuern der Drosselposition, des Funkenzündungszeitpunkts, der Masse und des Zeitpunkts der Kraftstoffeinspritzung, der AGR-Ventilposition, um die Strömung zurückgeführter Abgase zu steuern, und des Timings sowie der Phaseneinstellung der Einlass- und/oder Auslassventile bei derart ausgestatteten Motoren umfasst. Das Ventiltiming und die Ventilphaseneinstellung können bei einer Ausführungsform die NVO und den Hub einer Auslassventil-Wiederöffnung (bei einer Abgas-Rückatmungsstrategie) umfassen. Das Steuermodul 5 kann betrieben werden, um den Motor während des laufenden Fahrzeugbetriebs ein- und auszuschalten, und es kann betrieben werden, um einen Teil der Verbrennungskammern oder einen Teil der Ventile durch eine Steuerung einer Kraftstoff- und Zündfunken- sowie Ventildeaktivierung selektiv zu deaktivieren. Das Steuermodul 5 kann das Luft/Kraftstoffverhältnis basierend auf einer Rückkopplung von den Sensoren 40 steuern.
2 ist ein Steuerflussdiagramm eines Kraftstoffeinspritzungs-Steuerschemas 200 zum Betreiben des Motors 10, der unter Bezugnahme auf 1 beschrieben ist. Das Steuerschema 200 wird vorzugsweise als ein oder mehrere Algorithmen in dem Steuermodul 5 ausgeführt. Das Steuerschema 200 umfasst, dass Motorbetriebsbedingungen, welche die Motordrehzahl, die Einlasslufttemperatur, die Einlassluftmasse und den Zylinderdruck umfassen, und Betreibereingaben überwacht werden, welche die Drehmomentanforderung des Betreibers umfassen (202). Die Motorlast wird basierend auf der Drehmomentanforderung des Betreibers, der Einlassluftmasse und parasitären Lasten, z. B. HVAC, Batterieladungen und elektrischen Lasten, ermittelt (203). Die Motordrehzahl wird durch den Kurbelsensor 42 überwacht. Die Einlasslufttemperatur und die Einlassluftmasse werden durch den Luftmassenströmungssensor 32 überwacht. Der Zylinderdruck wird durch den Verbrennungssensor 30 überwacht.
Einer der mehreren Verbrennungsmodi wird für die Kraftstoffzufuhr und das Steuern des Motors 10 basierend auf Zuständen von Motorparametern, welche die Motordrehzahl und die Motorlast umfassen, ausgewählt (204). Eine erste, zweite oder dritte Zylinderladungsstrategie wird entsprechend dem ausgewählten Verbrennungsmodus ausgewählt (205). Das Steuermodul 5 steuert die Kraftstoffeinspritzung (206), die Funkenentladung (207) und das Einlass- sowie das Auslass-VCP/VLC-System 22 und 24 (208) entsprechend der ausgewählten Zylinderladungsstrategie.
3 stellt beispielhafte Betriebszonen, die durch Drehzahl- und Lastbetriebsbereiche definiert sind, für mehrere Verbrennungsmodi und entsprechende Zylinderladungsstrategien unter Bezugnahme auf 2 graphisch dar. Die Motorparameter, welche die Motordrehzahl (RPM) und die Last (LAST) umfassen, sind von Motorbetriebsparametern ableitbar, wie beispielsweise der Motorkraftstoffströmung, dem Krümmerdruck oder der Luftmassenströmung. Eine bevorzugte Drehzahl- und Lastbetriebszone für jede der Zylinderladungsstrategien basiert auf Motorbetriebsparametern, die beispielsweise die Verbrennungsstabilität, den Kraftstoffverbrauch, die Emissionen und das Motorausgangsdrehmoment umfassen, und sie wird für eine spezielle Hardwareanwendung ermittelt. Grenzen, welche die bevorzugten Drehzahl- und Lastbetriebszonen definieren, um die Zylinder ladungsstrategien abzugrenzen, sind vorbestimmt und können während einer Motorkalibrierung und der Entwicklung in der Vorproduktion ermittelt werden, und sie werden in dem Steuermodul 5 angewendet.
Im Betrieb wird die erste Zylinderladungsstrategie ausgewählt, um den Motor 10 mit Kraftstoff zu versorgen und zu steuern, wenn sich der Motor 10 in einer Drehzahl/Lastbetriebszone befindet, die einer Zone I (I) entspricht. Die zweite Zylinderladungsstrategie wird ausgewählt, um den Motor 10 mit Kraftstoff zu versorgen und zu steuern, wenn sich der Motor 10 in einer Drehzahl/Lastbetriebszone befindet, die einer Zone II (II) entspricht. Die dritte Zylinderladungsstrategie wird ausgewählt, um den Motor 10 mit Kraftstoff zu versorgen und zu steuern, wenn sich der Motor 10 in einer Drehzahl/Lastbetriebszone befindet, die einer Zone III (III) von 3 entspricht. Die dritte Zylinderladungsstrategie umfasst eine Zylinderladungsstrategie für Leerlauf und niedrige Last. Die Zone III umfasst den Motorleerlauf und niedrige Motorlasten. Die Zylinderladungsstrategie für Leerlauf und niedrige Last kann ausgewählt werden, wenn die Einlasslufttemperatur unterhalb eines Schwellenwerts liegt.
Der Motor 10 kann zwischen der ersten, der zweiten und der dritten Zylinderladungsstrategie wechseln, um bevorzugte Zielwerte zu erreichen, die sich neben anderen Gesichtspunkten auf den Kraftstoffverbrauch, die Emissionen und die Motorstabilität beziehen und der Motordrehzahl und -last entsprechen. Wie ein Fachmann erkennen wird, können viele Zylinderladungsstrategien und Verbrennungsmodi unterschiedlichen bevorzugten Drehzahl- und Lastbetriebszonen entsprechen.
Bei einer Ausführungsform umfasst die erste Zylinderladungsstrategie, dass der Motor 10 in einem Verbrennungsmodus mit homogener Funkenzündung betrieben wird, die ein einzelnes Kraftstoffeinspritzungsereignis umfasst, das der Einlassphase eines Motorzyklus entspricht, um ein mittleres Bestdrehmoment zu erreichen. Die Entladung der Kraftstoffmasse für das einzelne Kraftstoffeinspritzungsereignis entspricht der Drehmomentanforderung des Betreibers. Die erste Zylinderladungsstrategie umfasst eine Betriebszone, in welcher der Motor 10 hauptsächlich verwendet wird, um ein Traktionsdrehmoment unter einem Betrieb bei hoher Drehzahl und hoher Last auf den Antriebsstrang zu übertragen.
Bei einer Ausführungsform umfasst die zweite Zylinderladungsstrategie, dass der Motor 10 mager in einem Verbrennungsmodus mit einzelner Einspritzung und Selbstzündung betrieben wird. Das Steuerschema 200 führt das eine Kraftstoffeinspritzungsereignis vorzugsweise während der Einlassphase eines Motorzyklus aus. Eine Entladung der Kraftstoffmasse für das Kraftstoffeinspritzungsereignis basiert auf der Drehmomentanforderung des Betreibers.
4 stellt die Ausführung der Zylinderladungsstrategie für Leerlauf und niedrige Last über einen Motorzyklus mit vier Takten des Motors 10 graphisch dar. 4 stellt einen Ventilhub (Ventilhub) bezüglich des Kurbelwinkels (Kurbelwinkel) für einen Motorzyklus dar. Der Motorzyklus mit vier Takten umfasst, dass vier Phasen nacheinander wiederholt werden: (1) Ausdehnung; (2) Auslass; (3) Einlass; und (4) Kompression. Während der NVO beginnt eine Rekompressionsphase, wenn das Auslassventil 18 geschlossen wird, und sie endet, wenn sich der Kolben 14 an dem TDC befindet. Nachdem der Kolben 14 von dem TDC zurückweicht, ist die Rekompression abgeschlossen, und die Verbrennungskammer 16 dehnt sich aus. Die NVO endet anschließend, wenn das Einlassventil 20 öffnet.
5 zeigt die Zylinderladungsstrategie für Leerlauf und niedrige Last (220), die unter Bezugnahme auf 4 beschrieben ist. Die Zylinderla dungsstrategie für Leerlauf und niedrige Last umfasst, dass der Motor mager betrieben wird und dass mehrere Kraftstoffeinspritzungsereignisse für jeden Motorzyklus ausgeführt werden. Ein erstes Kraftstoffeinspritzungsereignis wird während der Rekompressionsphase ausgeführt. Ein zweites Kraftstoffeinspritzungsereignis wird im Wesentlichen während der Einlassphase selektiv ausgeführt, und es kann in den Beginn der Kompressionsphase hinein fortgesetzt werden, d. h. von dem Start der Kompressionsphase bis zu einem Mittelpunkt der Kompressionsphase. Wie hierin unten beschrieben ist, kann das zweite Kraftstoffeinspritzungsereignis selektiv auftreten. Ein drittes Kraftstoffeinspritzungsereignis wird im Wesentlichen während des Beendens der Kompressionsphase ausgeführt, d. h. von einem Mittelpunkt der Kompressionsphase bis im Wesentlichen zu dem Kolben-TDC. Zündfunken-Entladungsereignisse werden nach dem ersten und dem dritten Kraftstoffeinspritzungsereignis von der Zündkerze 26 ausgeführt. Wie ein Fachmann erkennen wird, umfasst das Ausführen des ersten, zweiten und dritten Kraftstoffeinspritzungsereignisses jeweils, dass zumindest ein Kraftstoffpuls eingespritzt wird, indem die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 28 betätigt wird. 4 zeigt beispielsweise mehrere Kraftstoffpulse (2A, 2B ... 2N) für das zweite Kraftstoffeinspritzungsereignis.
Eine gewünschte verbrannte Kraftstoffmasse für jedes von dem ersten und dritten Kraftstoffeinspritzungsereignis wird basierend auf Gesichtspunkten der Motorausgangs-NOx-Emissionen und der Verbrennungsstabilität ermittelt. Die während der Rekompressionsphase verbrannte Kraftstoffmasse kann mit der Verbrennungsstabilität korreliert werden, z. B. mit dem COV des IMEP. Die während der Rekompressionsphase verbrannte Kraftstoffmasse kann mit den NOx-Emissionen korreliert werden. Wenn mehr Kraftstoff während der Rekompression reformiert wird, nehmen die NOx-Emissionen ab; die Verbrennungsstabilität nimmt jedoch ab (der COV des IMEP nimmt zu). Wenn umgekehrt mehr Kraftstoff während des dritten Kraftstoffeinspritzungsereignisses in der Kompressionsphase verbrannt wird, nehmen die NOx-Emissionen zu, und die Verbrennungsstabilität nimmt zu (der COV des IMEP nimmt ab).
Im Betrieb wird die gewünschte verbrannte Kraftstoffmasse für das erste Kraftstoffeinspritzungsereignis basierend auf den NOx-Emissionen ermittelt, wodurch die NOx-Emissionen minimiert werden, und die gewünschte verbrannte Kraftstoffmasse für das dritte Kraftstoffeinspritzungsereignis wird basierend auf der Verbrennungsstabilität ermittelt, wodurch die Verbrennungsstabilität maximiert wird. Daten für die NOx-Emissionen und die Verbrennungsstabilität können für eine spezielle Hardwareanwendung und für variierende Motorbetriebsbedingungen bezüglich der verbrannten Kraftstoffmasse für das erste und dritte Kraftstoffeinspritzungsereignis experimentell ermittelt werden. Profile der NOx-Emissionen und der Verbrennungsstabilität können basierend auf den experimentell ermittelten Daten für Bereiche von Motorbetriebsbedingungen erzeugt werden. Die Profile können indiziert und in dem Steuermodul 5 gespeichert werden. Die Profile der NOx-Emissionen und der Verbrennungsstabilität können anschließend ausgewählt und entsprechend den überwachten Motorbetriebsbedingungen verwendet werden. Die Motorbetriebsbedingungen umfassen beispielsweise thermische Bedingungen in dem Zylinder, die Einlasslufttemperatur und den Zylinderdruck.
Ein vorbestimmter Schwellenwert für maximale NOx-Emissionen für das erste Kraftstoffeinspritzungsereignis und ein vorbestimmter Schwellenwert der maximalen Verbrennungsinstabilität für das dritte Kraftstoffeinspritzungsereignis werden in dem Steuermodul 5 gespeichert. Ein Schwellenwert für maximales NOx für das erste Kraftstoffeinspritzungsereignis und ein Schwellenwert der maximalen Verbrennungsinstabilität für das dritte Kraftstoffeinspritzungsereignis ermöglichen, dass eine minimale Kraftstoffmenge in dem ersten und dritten Kraftstoffeinspritzungsereignis eingespritzt wird, wodurch die NOx-Emissionen und die Verbrennungsinstabilität minimiert werden.
6 stellt ein beispielhaftes Profil für NOx-Emissionen für das erste Kraftstoffeinspritzungsereignis graphisch dar. Profile für NOx-Emissionen werden bei einer Ausführungsform für eine spezielle Hardwareanwendung und für variierende Motorbetriebsbedingungen experimentell ermittelt. Die Profile für NOx-Emissionen werden vorzugsweise in einem Speicher des Steuermoduls 5 gespeichert. Ein vorbestimmtes Profil für NOx-Emissionen wird basierend auf den Motorbetriebsbedingungen ausgewählt. Der vorbestimmte Schwellenwert für maximale NOx-Emissionen wird verwendet, um die gewünschte verbrannte Kraftstoffmasse für das erste Kraftstoffeinspritzungsereignis zu ermitteln. Der vorbestimmte Schwellenwert für maximale NOx-Emissionen wird verwendet, um eine entsprechende gewünschte verbrannte Kraftstoffmasse zu ermitteln. Die entsprechende gewünschte verbrannte Kraftstoffmasse ist die gewünschte verbrannte Kraftstoffmasse für das erste Kraftstoffeinspritzungsereignis.
7 stellt ein beispielhaftes Profil der Verbrennungsinstabilität für das dritte Kraftstoffeinspritzungsereignis graphisch dar. Profile der Verbrennungsinstabilität werden für eine spezielle Hardwareanwendung und für variierende Motorbetriebsbedingungen experimentell ermittelt. Die Profile werden in einem Speicher des Steuermoduls 5 gespeichert. Ein vorbestimmtes Profil der Verbrennungsinstabilität wird basierend auf Motorbetriebsbedingungen ausgewählt. Der vorbestimmte Schwellenwert der maximalen Verbrennungsinstabilität wird verwendet, um die gewünschte verbrannte Kraftstoffmasse für das dritte Kraftstoffeinspritzungsereignis zu ermitteln. Der vorbestimmte Schwellenwert der maximalen Verbren nungsinstabilität wird festgelegt, und eine entsprechende gewünschte verbrannte Kraftstoffmasse für das dritte Kraftstoffeinspritzungsereignis wird ermittelt. Wie ein Fachmann erkennen wird, ist die Verbrennungsinstabilität das Inverse des COV des IMEP.
Wieder auf 5 Bezug nehmend, wird eine Gesamtkraftstoffmasse für jeden Motorzyklus basierend auf Motorbetriebsbedingungen und der Drehmomentanforderung des Betreibers ermittelt (225). Die Profile der Verbrennungsstabilität und der NOx-Emissionen werden basierend auf den Motorbetriebsbedingungen ausgewählt (230). Die gewünschte verbrannte Kraftstoffmasse für das erste Einspritzungsereignis (240) wird basierend auf dem vorbestimmten Schwellenwert für maximale NOx-Emissionen ermittelt, wie hierin oben beschrieben ist. Die gewünschte verbrannte Kraftstoffmasse für das dritte Einspritzungsereignis (245) wird basierend auf dem vorbestimmten Schwellenwert der maximalen Verbrennungsinstabilität ermittelt, wie hierin oben beschrieben ist.
Nachdem die gewünschte verbrannte Kraftstoffmasse für das erste und das dritte Kraftstoffeinspritzungsereignis ermittelt ist, werden die gewünschte Kraftstoffmasse sowie der Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung und des Zündfunkens bezüglich des Kurbelwinkels für das dritte Kraftstoffeinspritzungsereignis (255) und das erste Kraftstoffeinspritzungsereignis (260) ermittelt.
8 stellt Ergebnisse eines Motorbetriebs graphisch dar, welche die Verbrennungsstabilität (Standardabw. des IMEP (kPa)) als eine Funktion des Kraftstoffeinspritzungszeitpunkts für verschiedene Zündfunkenentladungszeitpunkte zeigen. 8 zeigt ein Profil einer Kraftstoffeinspritzung, das einen Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt für das dritte Kraftstoffeinspritzungsereignis als eine Funktion von Kurbelwinkelgraden vor dem TDC darstellt, bei denen ein letzter Kraftstoffpuls für eine vorbestimmte eingespritzte Kraftstoffmasse endet (EOI3(CA)). Die Zündfunkenentladungszeitpunkte werden durch einen verstrichenen Kurbelwinkel angegeben, nachdem der letzte Kraftstoffpuls endet. Die Verbrennungsstabilität bezüglich des Kraftstoffeinspritzungszeitpunkts für das dritte Kraftstoffeinspritzungsereignis kann bei einer Ausführungsform für eine spezielle Hardwareanwendung für variierende Motorbetriebsbedingungen, Zündfunkenentladungszeitpunkte und eine variierende eingespritzte Kraftstoffmasse experimentell ermittelt werden. Vorbestimmte Profile der Verbrennungsstabilität für Kraftstoffeinspritzungszeitpunkte in Bereichen von Motorbetriebsbedingungen und Zündfunkenentladungszeitpunkten können in einem Speicher des Steuermoduls 5 gespeichert werden.
Im Betrieb ermittelt das Steuermodul 5 den Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt für das dritte Kraftstoffeinspritzungsereignis basierend auf der gewünschten verbrannten Kraftstoffmasse für das dritte Einspritzungsereignis und basierend auf Gesichtspunkten der Verbrennungsstabilität (255). Das Steuermodul 5 wählt Kraftstoffeinspritzungsprofile basierend auf der gewünschten verbrannten Kraftstoffmasse aus, d. h. Kraftstoffeinspritzungsprofile für die eingespritzte Kraftstoffmasse, die einer gewünschten verbrannten Kraftstoffmasse entspricht. Das Steuermodul 5 verwendet die verbleibenden Kraftstoffeinspritzungsprofile, um den Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung und des Zündfunkens zu ermitteln. Der Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt und der Zündfunkenentladungszeitpunkt für das dritte Kraftstoffeinspritzungsereignis werden basierend auf den Profilen und der Verbrennungsstabilität ermittelt, die durch eine maximale Standardabweichung des IMEP (Standardabw. des IMEP) angegeben wird. Vorzugsweise wird ein Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt ausgewählt, der einer niedrigsten Standardabweichung des IMEP unterhalb der maximalen Standardabweichung des IMEP entspricht.
Nachdem der Kraftstoffeinspritzungs- und der Zündfunkenentladungszeitpunkt für das dritte Kraftstoffeinspritzungsereignis ermittelt sind (255), wird der Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt für das erste Kraftstoffeinspritzungsereignis (260) basierend auf einem ausgewählten Profil und der gewünschten verbrannten Kraftstoffmasse für das erste Kraftstoffeinspritzungsereignis ermittelt. 9 stellt Ergebnisse eines Motorbetriebs graphisch dar, welche die während der Rekompression verbrannte Kraftstoffmasse als eine Funktion des Kraftstoffeinspritzungszeitpunkts zeigen. 9 stellt den Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt für das erste Kraftstoffeinspritzungsereignis bezüglich Kurbelwinkelgraden dar, bei denen ein letzter Kraftstoffpuls endet (EOI1(CA)). Die Beziehung zwischen der während der Rekompression verbrannten Kraftstoffmasse und dem Zeitpunkt des Endes des letzten Kraftstoffpulses wird basierend auf experimentellen Daten ermittelt, und sie wird für eine spezielle Hardwareanwendung und für variierende Motorbetriebsbedingungen ermittelt. Die Beziehung kann für Bereiche von Motorbetriebsbedingungen in einem Speicher des Steuermoduls 5 gespeichert werden und anschließend basierend auf den überwachten Motorbetriebsbedingungen ausgewählt werden. Der Zündfunkenentladungszeitpunkt für das erste Kraftstoffeinspritzungsereignis ist vorbestimmt und wird vorzugsweise unmittelbar nach dem Ende des letzten Kraftstoffpulses des ersten Kraftstoffeinspritzungsereignisses ausgeführt. Die Kraftstoffmasse für das erste Kraftstoffeinspritzungsereignis wird basierend auf einer vorbestimmten Beziehung zwischen der gewünschten verbrannten Kraftstoffmasse und der eingespritzten Kraftstoffmasse ermittelt.
10 stellt Ergebnisse eines Motorbetriebs graphisch dar, die eine Beziehung zwischen dem Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt für das zweite Kraftstoffeinspritzungsereignis (EOI2(CA)) und einem spezifischen Netto- Kraftstoffverbrauch (NSFC g/kWh) zeigen. 10 stellt den Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt für das zweite Kraftstoffeinspritzungsereignis bezüglich Kurbelwinkelgraden vor dem TDC dar, bei denen ein letzter Kraftstoffpuls endet. Beziehungen zwischen dem spezifischen Netto-Kraftstoffverbrauch und einem Bereich des Zeitpunkts des zweiten Kraftstoffeinspritzungsereignisses können für variierende Motorbetriebsbedingungen basierend auf experimentellen Daten ermittelt werden, und sie können bei einer Ausführungsform für eine spezielle Hardwareanwendung ermittelt werden. Die Beziehungen können in einem Speicher des Steuermoduls 5 gespeichert und anschließend basierend auf den überwachten Motorbetriebsbedingungen ausgewählt werden. Der Zeitpunkt des zweiten Kraftstoffeinspritzungsereignisses wird basierend auf der ausgewählten Beziehung zwischen dem Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt für das zweite Kraftstoffeinspritzungsereignis und dem spezifischen Netto-Kraftstoffverbrauch ermittelt (265). Ein Maximalwert für den spezifischen Netto-Kraftstoffverbrauch wird in dem Bereich des Zeitpunkts des zweiten Kraftstoffeinspritzungsereignisses festgelegt. Der Zeitpunkt des zweiten Kraftstoffeinspritzungsereignisses ist der Kurbelwinkel, der dem minimalen Wert des spezifischen Netto-Kraftstoffverbrauchs entspricht.
Die Kraftstoffmasse für das zweite Kraftstoffeinspritzungsereignis wird basierend auf der Kraftstoffmasse für das erste und das dritte Kraftstoffeinspritzungsereignis ermittelt. Die Kraftstoffmasse für das zweite Kraftstoffeinspritzungsereignis ist die Differenz zwischen der Gesamtkraftstoffmasse und der Kraftstoffmasse für das erste und das dritte Kraftstoffeinspritzungsereignis, d. h. eine verbleibende Kraftstoffmasse, nachdem die Kraftstoffmasse für das erste und das dritte Kraftstoffeinspritzungsereignis von der Gesamtkraftstoffmasse subtrahiert ist.
Nachdem das Steuerschema 200 die Kraftstoffmasse und den Zündfunkenzeitpunkt für das erste, zweite und dritte Kraftstoffeinspritzungsereignis ermittelt, betätigt das Steuerschema 200 die Einlass- und Auslassventile 20 und 18, um eine vorbestimmte NVO zu erreichen (270). Das Steuermodul 5 betätigt die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 28 basierend auf der ermittelten Kraftstoffmasse und dem ermittelten Kraftstoffzeitpunkt, und es entlädt einen Zündfunken mittels der Zündkerze 26 basierend auf dem Zündfunkenzeitpunkt (275).
11 zeigt ein alternatives Verfahren zum Ermitteln der Kraftstoffmasse für das erste, zweite und dritte Kraftstoffeinspritzungsereignis (220'). Eine Gesamtkraftstoffmasse für jeden Verbrennungszyklus wird basierend auf Zylinderbedingungen und der Drehmomentanforderung des Betreibers ermittelt (600). Die Kraftstoffmasse für das erste, zweite und dritte Kraftstoffeinspritzungsereignis wird basierend auf der Gesamtkraftstoffmasse für den Motorzyklus ermittelt (610). Die Gesamtkraftstoffmasse für den Motorzyklus wird durch 3 dividiert. Das Resultat ist die Kraftstoffmasse, die für jedes von dem ersten, zweiten und dritten Kraftstoffeinspritzungsereignis eingespritzt wird.
Die Offenbarung hat bestimmte bevorzugte Ausführungsformen und deren Modifikationen beschrieben. Weitere Modifikationen und Veränderungen können anderen während des Lesens und Verstehens der Beschreibung auffallen. Es ist daher beabsichtigt, dass die Offenbarung nicht auf die spezielle(n) Ausführungsform(en) eingeschränkt ist, die als die beste Weise offenbart wird bzw. werden, die für die Ausführung dieser Offenbarung in Erwägung gezogen wird, sondern dass die Offenbarung alle Ausführungsformen umfassen wird, die in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallen.
Zusammenfassung
Ein Verbrennungsmotor mit Funkenzündung und Direkteinspritzung wird bei niedrigen Lasten durch geteilte Kraftstoffeinspritzungen und Zündfunkenentladungen gesteuert, die eine Einspritzung und einen Zündfunken während einer Dauer mit negativer Ventilüberlappung sowie eine weitere Einspritzung und einen weiteren Zündfunken während einer Kompressionsphase des Motorzyklus umfassen.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Motors mit Funkenzündung und Direkteinspritzung, der ausgebildet ist, um Einlass- und Auslassventile bei niedrigen Lasten zu steuern, wobei das Verfahren umfasst, dass: Motorbetriebsbedingungen und Betreibereingaben überwacht werden; die Einlass- und Auslassventile gesteuert werden, um eine Dauer mit negativer Ventilüberlappung zu erreichen; gewünschte Kraftstoffmasseneinspritzungen für ein erstes, zweites und drittes Kraftstoffeinspritzungsereignis eines Motorzyklus ermittelt werden; während einer Rekompressionsphase der Dauer mit negativer Ventilüberlappung ein erstes Kraftstoffeinspritzungsereignis ausgeführt wird und ein erster Zündfunken entladen wird; das zweite Kraftstoffeinspritzungsereignis während einer Einlassphase des Motorzyklus selektiv ausgeführt wird; und während einer Kompressionsphase des Motorzyklus das dritte Kraftstoffeinspritzungsereignis ausgeführt wird und ein zweiter Zündfunken entladen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass: eine gewünschte Kraftstoffmasse, die während der Rekompressionsphase der Dauer mit negativer Ventilüberlappung verbrannt wird, basierend auf einer vorbestimmten Beziehung zwischen NOx-Emissionen und der Kraftstoffmasse, die während der Rekompressionsphase der Dauer mit negativer Ventilüberlappung verbrannt wird, ermittelt wird; und die gewünschte Kraftstoffmasseneinspritzung für das erste Kraftstoffeinspritzungsereignis basierend auf der gewünschten Kraftstoffmasse, die während der Rekompressionsphase der Dauer mit negativer Ventilüberlappung verbrannt wird, ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die gewünschte Kraftstoffmasse, die während der Rekompressionsphase der Dauer mit negativer Ventilüberlappung verbrannt wird, einem vorbestimmten Schwellenwert für NOx-Emissionen entspricht.
Verfahren nach Anspruch 3, das ferner umfasst, dass ein Zeitpunkt für das erste Kraftstoffeinspritzungsereignis basierend auf der gewünschten Kraftstoffmasse, die während der Rekompressionsphase des Motorzyklus verbrannt wird, ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass: eine gewünschte Kraftstoffmasse, die während der Kompressionsphase des Motorzyklus verbrannt wird, basierend auf einer vorbestimmten Beziehung zwischen der Verbrennungsstabilität und der Kraftstoffmasse, die während der Kompressionsphase des Motorzyklus verbrannt wird, ermittelt wird; und die gewünschte Kraftstoffmasseneinspritzung für das dritte Kraftstoffeinspritzungsereignis basierend auf der gewünschten Kraftstoffmasse, die während der Kompressionsphase des Motorzyklus verbrannt wird, ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die gewünschte Kraftstoffmasse, die während der Kompressionsphase des Motorzyklus verbrannt wird, einem vorbestimmten Schwellenwert der Verbrennungsstabilität entspricht.
Verfahren nach Anspruch 6, das ferner umfasst, dass ein Zeitpunkt für das dritte Kraftstoffeinspritzungsereignis basierend auf der gewünschten Kraftstoffmasse, die während der Kompressionsphase des Motorzyklus verbrannt wird, ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, das ferner umfasst, dass ein Zeitpunkt für eine Entladung des zweiten Zündfunkens basierend auf der gewünschten Kraftstoffmasse, die während der Kompressionsphase des Motorzyklus verbrannt wird, ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ermitteln der gewünschten Kraftstoffmasse für das zweite Kraftstoffeinspritzungsereignis umfasst, dass: eine Gesamtkraftstoffmasse für den Motorzyklus ermittelt wird; die gewünschte Kraftstoffmasseneinspritzung für das erste Kraftstoffeinspritzungsereignis basierend auf einer gewünschten Kraftstoffmasse, die während der Rekompressionsphase der Dauer mit negativer Ventilüberlappung verbrannt wird, ermittelt wird; die gewünschte Kraftstoffmasseneinspritzung für das dritte Kraftstoffeinspritzungsereignis basierend auf der gewünschten Kraftstoffmasse, die während der Kompressionsphase des Motorzyklus verbrannt wird, ermittelt wird; und die gewünschte Kraftstoffmasseneinspritzung für das zweite Kraftstoffeinspritzungsereignis als die Differenz zwischen der Gesamtkraftstoffmasse für den Motorzyklus und der Summe der gewünschten Kraftstoffmasseneinspritzungen für das erste und das dritte Kraftstoffeinspritzungsereignis ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Motorbetriebsbedingungen eine Motordrehzahl und eine Motorlast sowie eine Zylindertemperatur und einen Zylinderdruck umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass ein Zeitpunkt für das zweite Kraftstoffeinspritzungsereignis basierend auf einem minimalen spezifischen Netto-Kraftstoffverbrauch ermittelt wird.
Verfahren zum Steuern eines Motors mit Funkenzündung und Direkteinspritzung, der ausgebildet ist, um Einlass- und Auslassventile bei niedrigen Lasten zu steuern, wobei das Verfahren umfasst, dass: Motorbetriebsbedingungen und Betreibereingaben überwacht werden; die Einlass- und Auslassventile gesteuert werden, um eine Dauer mit negativer Ventilüberlappung zu erreichen; eine Gesamtkraftstoffmasse für einen Motorzyklus basierend auf den Motorbetriebsbedingungen und den Betreibereingaben ermittelt wird, wobei die Gesamtkraftstoffmasse aus einer gleichen ersten, zweiten und dritten Kraftstoffmenge besteht; während einer Rekompressionsphase der Dauer mit negativer Ventilüberlappung ein erstes Kraftstoffeinspritzungsereignis ausgeführt wird, das ein Einspritzen der ersten Kraftstoffmenge umfasst, und ein erster Zündfunken entladen wird; ein zweites Kraftstoffeinspritzungsereignis, das ein Einspritzen der zweiten Kraftstoffmenge umfasst, während einer Einlassphase des Motorzyklus ausgeführt wird; und während einer Kompressionsphase des Motorzyklus ein drittes Kraftstoffeinspritzungsereignis ausgeführt wird, das ein Einspritzen der dritten Kraftstoffmenge umfasst, und ein zweiter Zündfunken entladen wird.
Verfahren nach Anspruch 12, das ferner umfasst, dass: ein Zeitpunkt für das dritte Kraftstoffeinspritzungsereignis basierend auf der Verbrennungsstabilität ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, das ferner umfasst, dass: ein Zeitpunkt für das Entladen des zweiten Zündfunkens basierend auf der Verbrennungsstabilität ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, das ferner umfasst, dass: ein Zeitpunkt für das erste Kraftstoffeinspritzungsereignis basierend auf einer gewünschten Kraftstoffmasse, die während der Rekompressionsphase der Dauer mit negativer Ventilüberlappung verbrannt wird, ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, das ferner umfasst, dass: ein Zeitpunkt für das zweite Kraftstoffeinspritzungsereignis basierend auf einem maximalen spezifischen Netto-Kraftstoffverbrauch ermittelt wird.
Verfahren zum Steuern eines Motors mit Funkenzündung und Direkteinspritzung, der steuerbare Einlass- und Auslassventile aufweist, wobei das Verfahren umfasst, dass: die Einlass- und Auslassventile gesteuert werden, um eine Dauer mit negativer Überlappung zu erreichen; während einer Rekompressionsphase der Dauer mit negativer Ventilüberlappung ein erstes Kraftstoffeinspritzungsereignis ausge führt wird und ein erster Zündfunken entladen wird sowie anschließend während einer Kompressionsphase ein zweites Kraftstoffeinspritzungsereignis ausgeführt wird und ein zweiter Zündfunken entladen wird; und wobei das erste Kraftstoffeinspritzungsereignis eine erste Kraftstoffmasse umfasst, die ausreicht, um eine gewünschte Kraftstoffmassenverbrennung zu erreichen, die einem bevorzugten Niveau von NOx-Emissionen entspricht, und das zweite Kraftstoffeinspritzungsereignis eine zweite Kraftstoffmasse umfasst, die ausreicht, um ein bevorzugtes Niveau der Verbrennungsstabilität zu erreichen.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das bevorzugte Niveau von NOx-Emissionen ein vorbestimmter Schwellenwert für maximale NOx-Emissionen ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das bevorzugte Niveau der Verbrennungsstabilität ein Schwellenwert einer minimalen Verbrennungsstabilität ist.