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Motoren
können über verschiedenen
Betriebsbedingungen verschiedene Verbrennungsbetriebsarten zur Verbesserung
der Motorgesamtleistung nutzen. Zum Beispiel kann unter manchen
Bedingungen Fremdzündungsverbrennung
(SI, vom engl. Spark Ignition) genutzt werden, während unter anderen Bedingungen
eine gesteuerte Selbstzündung
(CAI, vom engl. Control Auto-Ignition) oder eine homogene Kompressionszündung (HCCI,
vom engl. Homogeneous Charge Compression Ignition) genutzt werden
kann. In manchen Fällen
nutzt das Arbeiten in diesen verschiedenen Betriebsarten verschiedene
Ventilsteuerzeiten und/oder Ventilhub. Der unterschiedliche Ventilbetrieb
kann es dem Motor ermöglichen,
die erwünschte
Art von Zündung
oder Verbrennung zuverlässig
zu erreichen, während
die Emissions- und Leistungsziele erreicht werden.
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Ein
Ansatz zum Vorsehen eines unterschiedlichen Ventilbetriebs in verschiedenen
Verbrennungsbetriebsarten wird in U.S. 6,640,771 beschrieben. In
diesem Beispiel werden mehrere Einlassventile mit verschiedenen
Hubprofilen in verschiedenen Verbrennungsbetriebsarten betrieben.
Ferner sind in einem Beispiel mindestens zwei Einlassventile in
jedem Zylinder vorgesehen, wobei ein Einlassventil zwischen einem
ersten und einem zweiten Hub umschaltbar ist und das andere Einlassventil
mittels einer Ventilabschaltvorrichtung in eine AUS-Stellung betätigt werden
kann. Somit ändert
jedes Einlassventilumschalten einen effektiven Ventilhub bei verschiedenen
Betriebsarten.
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Die
vorliegenden Erfinder haben Nachteile bei einem solchen Vorgehen
erkannt. Da insbesondere jedes Ventil einen umschaltbaren Ventilbetrieb aufweist,
um die verschiedenen Hubprofile vorzusehen, und da es mehrere Ventile
pro Zylinder gibt, benötigt
jeder Zylinder unter Umständen
mehrere Aktoren. Bei Mehrzylinder-Motoren können solche größere Anzahlen
an Aktoren zu höheren
Systemkosten und höherem
Gewicht führen.
Ferner kann die höhere
Anzahl an Aktoren bei Hydraulikaktoren vermehrten Hydraulikdruck
oder Hydraulikleistung erfordern, wodurch möglicherweise Gewicht und Kosten
weiter erhöht
werden.
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Bei
einem Ansatz können
die obigen Probleme durch ein Verfahren zum Betreiben eines Motors eines
Fahrzeugs angegangen werden, wobei der Motor einen Zylinder mit
mindestens einem ersten und einem zweiten Ventil aufweist, wobei
das Verfahren umfasst: während
einer ersten Betriebsart das Betreiben während eines Zyklus des Zylinders
mit dem ersten Ventil aktiv und dem zweiten Ventil deaktiviert,
wobei während
der ersten Betriebsart der Zylinder arbeitet, um während eines
Ansaugtakts mindestens Luft in den Zylinder eindringen zu lassen, wobei
die Luft mit Kraftstoff vermischt und verdichtet wird, um Selbstzündung zu
erreichen; und während einer
zweiten Betriebsart das Betreiben während eines Zyklus des Zylinders
mit den ersten und zweiten Ventilen aktiv, wobei während der
zweiten Betriebsart der Zylinder arbeitet, um mindestens Luft in
den Zylinder eindringen zu lassen, wobei die Luft mit Kraftstoff
gemischt und mittels eines Funkens von einer Zündkerze gezündet wird.
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Auf
diese Weise ist es bei Wechsel der Verbrennung von Selbstzündung oder
Kompressionszündung
zu Fremdzündung
möglich,
einen Übergang zwischen
verschiedenen Hubprofilen zu schaffen, indem einfach das zweite
Ventil aktiviert wird (wenngleich bei Bedarf Wechseln bei Betrieb
des anderen Ventils ebenfalls eingesetzt werden kann).
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Beschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
eine beispielhafte Motorzylinderkonfiguration;
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2A-B
zeigen eine detaillierte Ansicht von beispielhaften Brennräumen;
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2C zeigt
eine beispielhafte detaillierte Ansicht eines Stößels zur Verwendung mit dem
Beispiel von 2B;
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3 veranschaulicht
beispielhafte Ventilprofile; und
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4-6 zeigen
schematische Flussdiagramme zum Ausführen eines beispielhaften Systembetriebs.
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Eingehende
Beschreibung
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1 zeigt
einen Zylinder eines Mehrzylindermotors sowie die mit diesem Zylinder
verbundene Ein- und Auslassstrecke. Weiter mit 1 wird
ein Verbrennungsmotor 10 mit Direkteinspritzung, der mehrere
Brennräume
umfasst, durch ein elektronisches Motorsteuergerät 12 gesteuert. Ein
Brennraum 30 des Motors 10 wird mit Brennraumwänden 32 mit einem
darin positionierten und mit einer Kurbelwelle 40 verbundenen
Kolben 36 gezeigt. Ein (nicht dargestellter) Startermotor
ist mit der Kurbelwelle 40 mittels einer (nicht dargestellten)
Schwungscheibe verbunden. Der Brennraum bzw. Zylinder 30 wird
mit einem Ansaugkrümmer 44 und
Abgaskrümmer 48 mittels jeweiliger
(nicht dargestellter, siehe 2) Einlassventile 52a und 52b und
(nicht dargestellter, siehe 2) Auslassventile 54a und 54b in
Verbindung stehend gezeigt. Das Einspritzventil 66A wird
mit dem Brennraum 30 zum Zuführen eingespritzten Kraftstoffs
direkt in diesen proportional zur Impulsbreite des vom Steuergerät 12 mittels
eines elektronischen Treibers 68 empfangenen Signals fwp
direkt verbunden gezeigt. Das Einspritzventil kann zum Beispiel
in der Seite des Brennraums oder in dem oberen Teil des Brennraums
eingebaut sein. Dem Einspritzventil 66A wird durch eine
herkömmliche (nicht
dargestellte) Hochdruck-Kraftstoffanlage
mit Kraftstofftank, Kraftstoffpumpen und einem Verteilerrohr Kraftstoff
zugeführt.
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Der
Ansaugkrümmer 44 wird
mit einem Drosselklappengehäuse 58 mittels
einer Drosselklappe 62 in Verbindung stehend gezeigt. In
diesem bestimmten Beispiel ist die Drosselklappe 62 mit
einem Elektromotor 94 verbunden, so dass die Stellung der Drosselklappe 62 mittels
des Elektromotors 94 durch das Steuergerät 12 gesteuert
wird. Diese Konfiguration wird allgemein als elektronische Drosselsteuerung
(ETC, vom englischen Electronic Throttle Control) bezeichnet, die
auch während
der Leerlaufdrehzahlsteuerung verwendet wird. In einer (nicht dargestellten)
alternativen Ausführung,
die dem Fachmann bekannt ist, ist ein Bypass-Luftdurchlass parallel
zur Drosselklappe 62 angeordnet, um den angesaugten Luftstrom
während
der Leerlaufdrehzahlsteuerung mittels eines in dem Luftdurchlass
positionierten Drosselsteuerungsventils zu steuern.
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Ein
Abgassensor 76 ist stromaufwärts eines Katalysators 70 mit
dem Abgaskrümmer 48 verbunden
gezeigt. Zu beachten ist, dass der Sensor 76 abhängig von
der nachstehend unter Bezug auf 1B beschriebenen
Abgaskonfiguration verschiedenen unterschiedlichen Sensoren entspricht.
Der Sensor 76 kann einer von vielen bekannten Sensoren
zum Liefern eines Hinweises auf das Abgas-Kraftstoff-/Luftverhältnis sein, beispielsweise
ein linearer Sauerstoffsensor oder UEGO (unbeheizte Lambdasonde),
ein Zweizustand-Sauerstoffsensor bzw. EGO, eine HEGO (beheizte EGO),
ein NOx-, HC- oder CO-Sensor.
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Eine
herkömmliche
verteilerlose Zündanlage 88 liefert
dem Brennraum 30 unter ausgewählten Betriebsarten mittels
der Zündkerze 92 als
Reaktion auf ein Frühzündungssignal
SA vom Steuergerät 12 einen
Zündfunken.
Auch wenn Fremdzündungskomponenten
gezeigt werden, kann der Motor 10 (oder ein Teil der Zylinder
desselben) in einem Selbstzündungsmodus
mit oder ohne Zündunterstützung betrieben
werden, wie nachstehend eingehender erläutert wird. Ferner weist der
Brennraum in einer alternativen Ausführung keine Zündkerze
auf.
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Das
Steuergerät 12 kann
so ausgelegt sein, dass es wie hierin beschrieben den Brennraum 30 veranlasst,
in verschiedenen Verbrennungsbetriebsarten zu arbeiten. Die Kraftstoffeinspritz-Steuerzeiten können zum
Vorsehen verschiedener Verbrennungsbetriebsarten zusammen mit anderen
Parametern wie AGR, Ventilsteuerzeiten, Ventilbetrieb, Ventildeaktivierung,
etc. verändert
werden.
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Ein
Stickstoff(NOx)-Absorptionsmittel bzw. -Filter 72 wird
stromabwärts
des Katalysators 70 angeordnet gezeigt. Der NOx-Filter 72 ist
ein Dreiwegekatalysator, der NOx absorbiert, wenn der Motor 10 überstöchiometrisch
arbeitet. Das absorbierte NOx wird anschließend mit HC und CO zur Reaktion
gebracht und katalysiert, wenn das Steuergerät 12 den Motor 10 veranlasst,
entweder in einer fetten homogenen Betriebsart oder einer nahezu
stöchiometrischen
homogenen Betriebsart zu arbeiten. Ein solcher Betrieb erfolgt während eines
NOx-Spülzyklus, wenn
es erwünscht
ist, gespeichertes NOx aus dem NOx-Filter 72 zu spülen, oder
während
eines Dampfspülzyklus
zum Rückgewinnen
von Kraftstoffdämpfen
aus einem Kraftstofftank 180 und einem Kraftstoffdampfspeicherkanister 184 mittels
eines Spülsteuerventils 168 oder
während
Betriebsarten, die mehr Motorleistung erfordern oder während Betriebsarten,
die die Temperatur der Schadstoffbegrenzungsvorrichtungen regeln,
zum Beispiel eines Katalysators 70 oder eines NOx-Filters 72.
Es versteht sich, dass verschiedene unterschiedliche Arten und Konfigurationen
von Schadstoffbegrenzungsvorrichtungen und Spülsystemen eingesetzt werden
können.
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In 1 wird
das Steuergerät 12 als
herkömmlicher
Mikrocomputer gezeigter, welcher umfasst: einen Mikroprozessor 102,
Input/Output-Ports 104, ein elektronisches Speichermedium
für ausführbare Programme
und Kalibrierungswerte, das in diesem besonderen Beispiel als Festwertspeicherchip 106,
Arbeitsspeicher 108, batteriestromgestützter Speicher 110 und
herkömmlicher
Datenbus gezeigt wird. Das Steuergerät 12 wird gezeigt,
wie es neben den zuvor beschriebenen Signalen von mit dem Motor 10 gekoppelten
Sensoren verschiedene Signale empfängt, darunter Messung der eingeleiteten
Luftmasse (MAF) von einem Luftmengenmesser 100, der mit
dem Drosselklappengehäuse 58 verbunden ist;
Motorkühlmitteltemperatur
(ECT) von einem mit einem Kühlmantel 114 verbundenen
Temperaturfühler 112;
ein Zündungsprofil-Aufnehmersignal
(PIP) von einem mit der Kurbelwelle 40 verbundenen Hallgeber 118;
und eine Drosselklappenstellung TP von einem Drosselklappenstellungssensor 120;
und ein Krümmerdrucksignal
(MAP) von einem Sensor 122. Ein Motordrehzahlsignal RPM
wird durch das Steuergerät 12 aus
dem Signal PIP in herkömmlicher
Weise erzeugt, und das Krümmerdrucksignal
MAP von einem Krümmerdrucksensor
liefert einen Hinweis auf Unterdruck bzw. Druck in dem Ansaugkrümmer. Zu beachten
ist, dass verschiedene Kombinationen der obigen Sensoren verwendet
werden können,
beispielsweise ein MAF-Sensor ohne einen MAP-Sensor oder umgekehrt. Während stöchiometrischen
Betriebs kann dieser Sensor einen Hinweis auf Motordrehmoment geben.
Ferner kann dieser Sensor zusammen mit Motordrehzahl eine Füllungsschätzung (einschließlich Luft)
liefern, die in den Zylinder eingelassen wird. In einem Beispiel
erzeugt der Sensor 118, der auch als Motordrehzahlsensor
verwendet wird, eine vorbestimmte Anzahl an gleichmäßig beabstandeten
Impulsen pro Umdrehung der Kurbelwelle.
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In
diesem speziellen Beispiel werden eine Temperatur Tcat1 des Katalysators 70 und
eine Temperatur Tcat2 einer Schadstoffbegrenzungsvorrichtung 72 (die
ein NOx-Filter sein kann) aus dem Motorbetrieb gefolgert, wie in
U.S. Pat. Nr. 5,414,994 offenbart wird, deren Beschreibung hiermit
durch Erwähnung
Bestandteil dieser Anmeldung wird. In einer anderen Ausführung wird
die Temperatur Tcat1 durch einen Temperatursensor 124 geliefert
und die Temperatur Tcat2 wird durch einen Temperatursensor 126 geliefert.
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Weiter
mit 1 wird der Motor 10 mit einer Einlass-Nockenwelle 130 und
einer Auslass-Nockenwelle 132 gezeigt, wobei die Nockenwelle 130 beide Einlassventile 52a,
b betätigt
und die Nockenwelle 132 beide Auslassventile 54a,
5 betätigt.
Beide Ventile können
mittels Hubprofilen (siehe 2) an den Nockenwellen
betätigt
werden, wobei die Hubprofile unter den verschiedenen Ventilen bezüglich Höhe, Dauer
und/oder Steuerzeiten variieren können. Bei Bedarf können aber
alternative Nockenwellen-Anordnungen
(oben liegend und/oder Stößelstange)
eingesetzt werden.
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In
einer Ausführung,
die bezüglich 2A eingehender
beschrieben wird, kann ein deaktivierbarer Stößel in dem Ventilschaft eines
oder mehrerer der Ein- und Auslassventile 52 und 54 verwendet werden,
um eine individuelle Ventildeaktivierung unter ausgewählten Betriebsbedingungen
vorzusehen. In diesem Beispiel kann der Stößel zum Beispiel eine Totgangwirkung
haben. 2B zeigt aber ein alternatives
Beispiel, bei dem ein alternativer deaktivierbarer Stößel gezeigt
wird, bei dem nur ein Teil des Stößels deaktiviert wird. Ferner
kann in einem Beispiel die Nockensteuerzeit mittels Aktoren 136 und 138 basierend
auf Betriebsbedingungen verändert werden.
Die Aktoren können
hydraulisch angetrieben oder elektrisch oder mit Kombinationen davon
betätigt
werden. Eine Signalleitung 150 kann ein Ventilzeit-Steuersignal
zur Einrichtung 136 senden und eine Nockensteuerzeitmessung
empfangen. Analog kann eine Signalleitung 152 ein Ventilzeit-Steuersignal
zur Einrichtung 138 senden und eine Nockensteuerzeitmessung
empfangen.
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Der
verarbeitete Sensorausgang von Sensor 160 kann einen Hinweis
sowohl auf die Sauerstoffkonzentration im Abgas als auch auf die
NOx-Konzentration geben. Zum Beispiel liefert ein Signal 162 dem
Steuergerät
eine Spannung, die die O2-Konzentration
angibt, während
Signal 164 eine Spannung liefert, die die NOx-Konzentration
angibt. Alternativ kann der Sensor 160 ein HEGO, UEGO,
EGO oder eine andere Art von Abgassensor sein. Ferner ist wie vorstehend
unter Bezug auf Sensor 76 beschrieben zu beachten, dass
Sensor 160 abhängig
von der Systemkonfiguration verschiedenen anderen Sensoren entsprechen
kann.
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Wie
vorstehend beschrieben zeigt 1 lediglich
einen Zylinder eines Mehrzylindermotors und dass jeder Zylinder
seinen eigenen Satz an Einlass/Auslassventilen, Einspritzventilen,
Zündkerzen, etc.
hat. In einer anderen Ausführung
kann eine Kanal-Kraftstoffeinspritzauslegung verwendet werden, bei
der ein Einspritzventil mit dem Ansaugkrümmer 44 in einem Kanal
verbunden ist, statt direkt mit dem Zylinder 30.
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Ferner
leitet in den offenbarten Ausführungen
eine Abgasrückführungsanlage
(AGR) einen erwünschten
Teil von Abgas mittels eines (nicht dargestellten) AGR-Ventils vom
Abgaskrümmer 48 zum Ansaugkrümmer 44.
Alternativ kann ein Teil der Verbrennungsgase durch Steuern der
Auslassventilsteuerzeiten in den Brennräumen zurückgehalten werden.
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Der
Motor 10 arbeitet in verschiedenen Betriebsarten, einschließlich magerer
Betrieb, fetter Betrieb und Betrieb „nahe der Stöchiometrie". Betrieb „nahe der
Stöchiometrie" bezeichnet einen
um das stöchiometrische
Kraftstoff-/Luftverhältnis
schwingenden Betrieb. Typischerweise wird dieser schwingende Betrieb
durch Rückmeldung
von Abgassauerstoffsensoren geregelt. In dieser nahezu stöchiometrischen
Betriebsart wird der Motor innerhalb in etwa einem Kraftstoff-/Luftverhältnis des
stöchiometrischen
Kraftstoff-/Luftverhältnisses
betrieben. Dieser schwingende Betrieb ist typischerweise in der
Größenordnung
von 1 Hz, kann aber schneller und langsamer als 1 Hz variieren.
Ferner liegt die Amplitude der Schwingungen typischerweise bei unter
0,35 L/K von der Stöchiometrie;
kann aber unter verschiedenen Betriebsbedingungen größer sein.
Zu beachten ist, dass dieses Schwingen bezüglich Amplitude oder Zeit nicht
symmetrisch sein muss. Ferner ist zu beachten, dass eine Kraftstoff-/Luft-Ausrichtung
integriert werden kann, bei der die Ausrichtung leicht mager oder
fett oder stöchiometrisch
(z.B. innerhalb 1 Kraftstoff-/Luft-Verhältnisses der Stöchiometrie)
eingestellt wird. Ferner ist zu beachten, dass diese Ausrichtung
und das magere und fette Schwingen durch eine Schätzung der
Sauerstoffmenge geregelt werden können, die in stromaufwärts und/oder
stromabwärts
befindlichen Dreiwegekatalysatoren gespeichert ist.
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Wie
vorstehend beschrieben wird die Regelung des Kraftstoff-/Luftverhältnisses
zum Vorsehen des Betriebs nahe der Stöchiometrie verwendet. Ferner
können
Rückmeldungen
von Abgassauerstoffsensoren zum Steuern des Kraftstoff/Luftverhältnisses
während
des mageren und während
des fetten Betriebs verwendet werden. Insbesondere kann ein schaltender
beheizter Abgassauerstoffsensor (HEGO) für die Steuerung des stöchiometrischen
Kraftstoff-/Luftverhältnisses
durch Steuern des eingespritzten Kraftstoffs (oder zusätzlicher
Luft mittels Drossel oder VCT) basierend auf Rückmeldung von dem HEGO-Sensor
und dem Soll-Kraftstoff-/Luftverhältnis verwendet werden. Ferner
kann ein UEGO-Sensor (der einen im Wesentlichen linearen Ausgang
gegenüber
dem Abgas-Kraftstoff-/Luftverhältnis
liefert) zum Steuern des Kraftstoff/Luftverhältnisses während des mageren, fetten und
stöchiometrischen
Betriebs verwendet werden. In diesem Fall wird die Kraftstoffeinspritzung
(oder zusätzliche
Luft mittels Drossel oder VCT oder Steuern, welche und die Anzahl
von Ein- und/oder Auslassventilen, die aktiv sind) basierend auf
einem Soll-Kraftstoff-/Luftverhältnis
und dem Kraftstoff-/Luftverhältnis
vom Sensor verstellt. Des weiteren könnte bei Bedarf ein individuelles
Zylinder-Kraftstoff-/Luftverhältnis
verwendet werden.
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Es
kann auch eine Feuchtigkeitserfassung in Verbindung mit den dargestellten
Ausführungen
verwendet werden. Beispielsweise wird ein absoluter oder relativer
Feuchtigkeitssensor 140 zum Messen von Feuchtigkeit der
Umgebungsluft gezeigt. Dieser Sensor kann sich entweder in dem in
den Krümmer 44 eindringenden
Einlassluftstrom befinden oder durch den Motorraum des Fahrzeugs
strömende
Umgebungsluft messen. Ferner ist in einer anderen Ausführung ein
zweiter Feuchtigkeitssensor (141) gezeigt, der im Inneren
des Fahrzeugs angeordnet und mit einem zweiten Steuergerät 143 verbunden
ist, das mittels einer Leitung 145 mit dem Steuergerät 12 kommuniziert.
Die hierin nachstehend beschriebenen Steuervorgänge können im Steuergerät 12 oder im
Steuergerät 143 oder
einer Kombination derselben angesiedelt sein. Ferner ist zu beachten,
dass der Innenraumfeuchtigkeitssensor in einer Klimatisierungsanlage
eingesetzt werden kann, die das Klima im Fahrgastraum des Fahrzeugs
steuert. Im Einzelnen kann er zum Steuern der Klimaanlage und speziell dafür verwendet
werden, ob die Klimaanlagen-Verdichterkupplung aktiviert oder deaktiviert werden
soll, die den Verdichter zum Betrieb des Verdichters mit dem Motor
koppelt.
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Ferner
ist zu beachten, dass Feuchtigkeit geschätzt oder anhand verschiedener
Betriebsparameter wie Luftdruck gefolgert werden kann. Alternativ kann
Feuchtigkeit basierend auf Selbstzündungskennlinien mittels adaptivem
Lernen gefolgert werden. Ferner können Luftdruck und adaptives
Lernen in Kombination verwendet werden und können auch mit erfassten Feuchtigkeitswerten
verwendet werden.
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Wie
nachstehend eingehender beschrieben wird, kann die Verbrennung im
Motor 10 abhängig von
Betriebsbedingungen von unterschiedlicher Art/Betriebsart sein.
In einem Beispiel kann Fremdzündung
(SI) eingesetzt werden, wenn der Motor eine Zündvorrichtung wie eine in dem
Brennraum angeschlossene Zündkerze
verwendet, um die Steuerzeiten der Verbrennung des Brennraumgases
bei einer vorbestimmten Zeit nach dem oberen Totpunkt des Auspufftakts
zu regeln. In einem Beispiel ist während des Fremdzündungsbetriebs
die Temperatur der in den Brennraum eindringenden Luft beträchtlich niedriger
als die zur Selbstzündung
erforderliche Temperatur. Während
SI-Verbrennung über einem breiten
Bereich an Motordrehmoment und Drehzahl eingesetzt werden kann,
kann sie verglichen mit anderen Arten der Verbrennung erhöhte NOx-Werte und geringere
Kraftstoffwirtschaftlichkeit erzeugen.
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Eine
andere Art der Verbrennung, die vom Motor 10 verwendet
werden kann, nutzt homogene Kompressionszündung (HCCI) oder gesteuerte Selbstzündung, bei
der die Selbstzündung
von Brennraumgasen bei einem vorbestimmten Punkt nach dem Verdichtungstakt
des Verbrennungszyklus oder nahe dem oberen Totpunkt der Verdichtung
erfolgt. Wenn Kompressionszündung
einer vorgemischten Luft- und Kraftstofffüllung eingesetzt wird, wird
typischerweise Kraftstoff normalerweise mit Luft homogen vorgemischt,
wie bei einem Ottomotor mit Kanaleinspritzung, oder Kraftstoff wird
während
eines Ansaugtakts direkt eingespritzt, aber mit einem hohen Anteil
an Luft zu Kraftstoff. Da das Kraftstoff-/Luftgemisch durch Luft
oder restliche Abgase stark verdünnt
ist, was zu Verbrennungsgastemperaturen mit niedrigerer Spitzentemperatur
führt,
kann die Erzeugung von NOx verglichen mit Werten, die sich bei SI-Verbrennung
finden, reduziert werden. Ferner kann die Kraftstoffwirtschaftlichkeit
während des Betriebs
in einem Verdichtungsverbrennungsmodus durch Verringern des Motorpumpverlusts,
Erhöhen
des gasspezifischen Wärmeverhältnisses
und durch Nutzen eines höheren
Verdichtungsverhältnisses
verbessert werden.
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In
der Betriebsart Kompressionszündung kann
es wünschenswert
sein, eine enge Steuerung der Steuerzeiten der Selbstzündung auszuüben. Die anfängliche
Ansaugfüllungstemperatur
beeinflusst die Selbstzündungszeit
direkt. Der Beginn der Zündung
wird nicht direkt durch ein Ereignis wie die Einspritzung von Kraftstoff
im Standarddieselmotor oder die Funkenbildung der Zündkerze
im Ottomotor gesteuert. Weiterhin wird die Wärmefreisetzungsrate weder durch
die Geschwindigkeit noch die Dauer des Kraftstoffeinspritzprozesses
gesteuert, wie dies beim Dieselmotor der Fall ist, und auch nicht
durch die turbulente Flammenausbreitungszeit, wie beim Ottomotor.
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Zu
beachten ist, dass die Selbstzündung auch
ein Phänomen
ist, das Klopfen bei einem Fremdzündungsmotor hervorrufen kann.
Klopfen ist bei fremd gezündeten
Motoren unerwünscht,
da es die Wärmeübertragung
innerhalb des Zylinders verstärkt
und den Kolben verbrennen oder beschädigen kann. Bei einem gesteuerten
Kompressionszündungsbetrieb
mit seinem hohen Kraftstoff-/Luftverhältnis verursacht Klopfen im
Allgemeinen keine Verschlechterung des Motors, da die verdünnte Füllung die
Rate des Druckanstiegs niedrig und die Höchsttemperatur der verbrannten
Gase relativ niedrig hält. Die
niedrigere Rate des Druckanstiegs mildert die für Fremdzündungsklopfen charakteristischen
schädlichen
Druckschwankungen.
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Verglichen
mit einem Fremdzündungsmotor muss
die Temperatur der Füllung
zu Beginn des Verdichtungstakts typischerweise angehoben werden, um
Selbstzündungsbedingungen
bei oder nahe dem Ende des Verdichtungstakts zu erreichen. Es versteht
sich für
den Fachmann, dass zahlreiche andere Verfahren verwendet werden
können,
um die anfängliche
Füllungstemperatur
anzuheben. Einige derselben umfassen: Erwärmen der Ansaugluft (Wärmetauscher),
Halten eines Teils der warmen Verbrennungserzeugnisse im Zylinder
(innere AGR) durch Verstellen der Einlass- und/oder Auslassventilsteuerzeiten,
Verdichten der Einlassfüllung
(Turboladen und Laden), Ändern
der Selbstzündungskennlinie des
dem Motor gelieferten Kraftstoffs und Erwärmen der Ansaugluftfüllung (externe
AGR).
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Während der
HCCI-Verbrennung wird die Selbstzündung des Brennraumgases so
gesteuert, dass sie bei einer Sollposition des Kolbens oder einen
Kurbelwinkel eintritt, um das Sollmotordrehmoment zu erzeugen, und
somit muss es nicht erforderlich sein, einen Zündfunken eines Zündmechanismus zum
Erreichen von Verbrennung auszulösen.
Eine späte
Steuerzeit der Zündkerze
kann aber nach Erreichen einer Selbstzündungstemperatur als Ersatzzündquelle
genutzt werden, sollte die Selbstzündung nicht erfolgen.
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Eine
dritte Art von Verbrennung, die vom Motor 10 ausgeführt werden
kann, wenn beispielsweise eine Zündvorrichtung
enthalten ist, nutzt die Zündvorrichtung
zum Auslösen
(oder Unterstützen)
von Verbrennung, wenn sich die Temperatur des Brennraumgases einer
Selbstzündungstemperatur
nähert (z.B.
einen Wert im Wesentlichen nahe Selbstzündung erreicht, ohne Verbrennung
zu verwirklichen). Eine solche zündunterstützte Art
von Verbrennung kann verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit aufweisen
und NOx-Erzeugung verglichen mit SI-Verbrennung verringern, kann
aber verglichen mit HCCI-Verbrennung in einem höheren Drehmomentbereich arbeiten.
Zündunterstützung kann
auch ein insgesamt größeres Fenster
zum Steuern von Temperatur bei festgelegten Steuerzeiten in dem
Motorzyklus bieten. Ohne Zündunterstützung kann
mit anderen Worten eine geringfügige Änderung
der Temperatur zu einer recht großen Änderung der Verbrennungssteuerung führen, was
die Motorleistung beeinflusst. Im Zündunterstützungsmodus ist es möglich, viele
der Vorteile der HCCI-Verbrennung zu erreichen, aber sich auf Zündsteuerung
zum Vorsehen der erforderlichen Endenergie zum Erreichen von Selbstzündung zu verlassen
und somit die Steuerzeiten der Verbrennung präziser zu steuern. Dadurch kann
in einem Beispiel unter gewissen Bedingungen die Zündunterstützung auch
während Übergängen zwischen SI-Verbrennung
und HCCI verwendet werden.
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In
einer Ausführung
kann der Zündunterstützungsmodus
betrieben werden, bei dem eine kleine Kraftstoffmenge den Gasen
nahe der Zündkerze
geliefert wird. Diese kleine Kraftstoffwolke kann genutzt werden,
um eine besserte Ausbreitung einer Flamme zu ermöglichen und vermehrten Druck
im Zylinder zu erzeugen, um dadurch Selbstzündung des verbleibenden Kraftstoff-/Luftgemisches
auszulösen.
Somit kann eine verhältnismäßig kleine
Wolke fetterer Gase verwendet werden, die sich nahe der Zündkerze
befinden, wobei diese auch homogen, geschichtet oder leicht geschichtet sein
kann. Ein Vorgehen zum Vorsehen eines solchen Betriebs kann das
Nutzen einer zweiten Kraftstoffdirekteinspritzung im Verdichtungstakt
sein.
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Ein
Beispiel für
eine Anwendung, die mindestens die vorstehend vorgestellten drei
Verbrennungsbetriebsarten beinhaltet, kann die Verwendung von SI
zum Starten und/oder nach dem Motorstarten während eines Motorwarmlaufzeitraums
umfassen. Nach einem solchen Motorstarten und Motorwarmlaufen kann
der Verbrennungsprozess durch die zündunterstützte Verbrennung hin zu HCCI-Verbrennung
für verbesserte
Kraftstoffwirtschaftlichkeit und Emissionen wechseln. Während Zeiträumen mit
hohen Motordrehmomentforderungen kann die Zündunterstützung aktiviert werden, um
ordnungsgemäße Verbrennungssteuerzeiten
sicherzustellen. Wenn der Motor zu einer niedrigen oder mäßigen Drehmomentforderung
zurückgeführt wird,
kann die Beteiligung der Zündunterstützung enden,
um die vollen Vorteile von HCCI zu verwirklichen.
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Wie
vorstehend erwähnt
kann die Feuchtigkeit von in den Motor während des Ansaugtakts eingesaugter
Umgebungsluft die Verbrennungstemperatur mittels Verdünnung der
Füllung
mit Material, das nicht oxidiert werden kann, und da die spezifische
Wärmekapazität von Wasser
höher als
die Luft ist, beeinflussen. Dadurch sollte bei steigender Feuchtigkeit
zum Erreichen von Soll-Selbstzündungssteuerzeiten
die anfängliche
Füllungstemperatur
entsprechend den Feuchtigkeitswerten angepasst werden. Der Einsatz
von Feuchtigkeitserfassung oder -schätzung kann zum Beispiel somit
verbesserte Anpassungen an mehrere Motorbetriebsparameter erlauben,
um beim Erreichen oder Halten von HCCI-Verbrennung beizutragen,
selbst wenn ein Fahrzeug unterschiedliche Umgebungsfeuchtigkeitswerte erfährt. Dadurch
kann eine steigende Feuchtigkeit höhere Anfangstemperaturen erfordern,
und eine niedrigere Feuchtigkeit kann eine niedrigere Anfangstemperatur
bei einer vorgegeben Selbstzündungssteuerzeit
bei vorgegebener Geschwindigkeit und vorgegebenem Drehmoment erfordern.
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Die
Umgebungsfeuchtigkeit der in den Motor während des Ansaugtakts gesaugten
Luft beeinflusst auch die Spitzenverbrennungstemperaturen, da sie eine
höhere
spezifische Wärmekapazität als Luft, das
häufigere
Verdünnungsmittel,
hat. Wenn die Umgebungsfeuchtigkeit der in den Motor während des Ansaugtakts
gesaugten Luft zunimmt, wird die Spitzenverbrennungstemperatur mittels
Verdünnung
der Füllung
mit Material, das nicht oxidiert werden kann und anschließend die
erforderliche anfängliche Füllungstemperatur
zum Erreichen effizienter HCCI-Verbrennung anhebt, gesenkt. Die
Umgebungs- bzw. relative Feuchtigkeit kann mit Hilfe von Sensoren 140 und/oder 141 ermittelt
werden oder kann aus anderen Daten gefolgert und an das Motorsteuergerät 12 weitergeleitet
werden, um die idealen Anpassungen an Motorsteuerparameter für effizienten
Betrieb zu ermitteln.
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Zu
beachten ist, dass mehrere andere Parameter sowohl die Spitzenverbrennungstemperatur als
auch die erforderliche Temperatur für effizienten HCCI-Betrieb
beeinflussen können.
Diese und andere anwendbare Parameter können in den im Motorsteuergerät 12 eingebetteten
Routinen berücksichtigt und
zum Ermitteln optimaler Betriebsbedingungen verwendet werden. Wenn
zum Beispiel die Oktanzahl des Kraftstoffs steigt, kann die erforderliche
Spitzenverdichtungstemperatur steigen, da der Kraftstoff eine höhere Spitzenverdichtungstemperatur
zum Erreichen von Zündung
benötigt.
Ferner kann der Wert der Füllungsverdünnung durch
verschiedene Faktoren beeinflusst werden, darunter sowohl Feuchtigkeit als
auch die in der Ansaugfüllung
vorhandene Abgasmenge. Auf diese Weise ist es möglich, die Motorbetriebsparameter
zum Ausgleich der Wirkung der Feuchtigkeitsveränderung auf die Selbstzündung zu verstellen,
d.h. die Wirkung von Wasser macht Selbstzündung weniger wahrscheinlich.
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Während eine
oder mehrere der obigen Verbrennungsbetriebsarten in einigen Beispielen
verwendet werden können,
können
noch andere Verbrennungsbetriebsarten eingesetzt werden, wie zum Beispiel
geschichteter Betrieb, entweder mit oder ohne durch Zündung ausgelöste Verbrennung.
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Wie
hierin erwähnt
wird/werden in einem Beispiel eines für Kompressions- oder Selbstzündung ausgelegten
Motors abhängig
von der gewählten Verbrennungsbetriebsart
das Einlassventil/die Einlassventile entweder durch ein hohes oder
niedriges Hubnockenprofil betätigt.
Das niedrige Hubnockenprofil wird zum Beibehalten eines hohen Werts
an Rest(ab)gas im Zylinder verwendet. Die zurückgehaltenen Gase fördern in
einigen Beispielen die Kompression oder Selbstzündung durch Erhöhen der
anfänglichen
Füllungstemperatur.
Bei einer Fremdzündungsbetriebsart
(mit entweder hohen oder niedrigen Lasten) wird aber das Nockenprofil
mit hohem Hub verwendet. Ein solches umschaltbares Nockenprofil kann
durch verschiedene Nocken- und Stößelsysteme verwirklicht werden,
die zum Beispiel zwischen einem inneren und einem äußeren Steg
wechseln. Das Wechseln kann durch Ölstrom-Hydraulikaktoren verwirklicht
werden, die eine Ölpumpe
mit höherem Strom
erfordern können,
wodurch potentiell das Gewicht und die Kosten erhöht und die
Leistungsfähigkeit
verringert wird (z.B. kann eine Ölpumpe
mit höherem
Strom aufgrund des höheren Ölvolumens
und möglicher
Probleme im Zusammenhang mit einem Mangel an ausreichendem Strömen in den Ölwegen zu
einem höheren
Blindverlust führen).
Als weiteres Beispiel können
solche Systeme eine größere Anzahl
an Stößeln sowie
höhere
Bearbeitungskosten mit sich bringen.
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Somit
kann in einer anderen Ausführung
an Stelle des Verwendens eines Zylinders mit einem einzigen Einlassventil
(oder mehreren umschaltbaren Einlassventilen), das zwischen verschiedenen
Profilen schaltet, ein Zylinder mit mindestens zwei Einlassventilen
verwendet werden, wobei jedes der Ventile ein anderes Hubprofil
hat (zumindest für
diesen Zylinder). Während
der Kompressions- oder Selbstzündung
kann durch die Verwendung eines Klappstößels ein Einlassventil mit
einem höheren
und/oder längeren
Hub deaktiviert werden, während
ein Einlassventil mit einem niedrigeren und/oder kurzen Hub aktiv
bleibt. Während
der Fremdzündung
kann das Einlassventil mit höheren/längeren Hub
arbeiten, um den Luftstrom in den Motor zu vergrößern, während der niedrigere/kürzere Hub
weiter wirkt.
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Aufgrund
der Tatsache, dass in diesem Beispiel jetzt nur die Hälfte der
Ventile umgeschaltet werden müssen,
werden die Ölstromanforderungen für die Ventilbetätigung wesentlich
reduziert, wodurch die gesamten Ölstromanforderungen
des Motorsystems reduziert werden. Bei näherer Betrachtung des Ventils
sind in diesem Beispiel nur die Hälfte der Stößel umschaltbare Einrichtungen
und die Nockenwelle kann mit einem kostengünstigeren Fertigungsprozess
mit beträchtlich
weniger Bearbeitung hergestellt werden. Ferner kann die Ölpumpe eine geringere
Arbeitsströmgeschwindigkeit
haben, was Kosten senkt und parasitäre Verluste mindert. Auf diese
Weise können
die Systemkosten gesenkt werden, während immer noch Fremd- und
Kompressions- bzw. Selbstzündung
zusammen mit den Übergängen dazwischen
vorgesehen wird.
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Aktiver
Ventilbetrieb kann auch das Ventilöffnen und -schließen während eines
Zyklus des Zylinders bezeichnen, wobei deaktivierte Ventile einen
Zyklus des Zylinders lang in einer geschlossenen Stellung gehalten
werden (oder den Zyklus lang in einer festen Stellung gehalten werden).
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Während die
obigen Beispiele die Vorteile einer bestimmten Situation veranschaulichen,
können die
Ansätze
hierin auf eine Vielzahl verschiedener Systeme und Konfigurationen
angewendet werden, beispielsweise auf Abgasanlagen sowie Systeme, die
mehr als zwei Ein- oder Auslassventile pro Zylinder haben.
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Zurück zu einem
beispielhaften Einlassventilsystem kann das erste Einlassventil
ein niedrigeres Hubprofil haben, das allein ausreichend Luft strömen lassen
kann, um den Motor bei Kompression oder Selbstzündung zu betreiben. Ferner
kann das erste Einlassventil Ventilsteuerzeiten (fest oder verstellbar) haben,
die für
Kompression oder Selbstzündung
eingestellt sind. Das zweite Einlassventil kann einen Ventilhub
und/oder Ventilsteuerzeiten (fest oder verstellbar) haben, die die
Luftdifferenz für
Fremdzündung über der
für Kompression
oder Selbstzündung erforderlichen
Luft hinaus liefern, wie in dem Beispiel von 3 veranschaulicht
wird.
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Ventildeaktivierung
kann mittels umschaltbarer Stößel vorgesehen
werden, die an einem Ventil höheren/längeren Hubs
angebracht sind, das in einem Beispiel nur während Fremdzündungsbetrieb aktiv
ist. Während
Kompression oder Selbstzündung kann
der Stößel deaktivieren,
um das Ventil mit höherem/längerem Hub
während
eines Zyklus des Zylinders geschlossen zu halten. Das Ventil mit
niedrigerem/kürzerem
Hub kann ständig
aktiv sein, um während
eines Zyklus des Zylinders zu öffnen
und zu schließen,
um entweder die gesamte Luft während Kompression
oder Selbstzündung
oder einen Teil der Luft für
Fremdzündung
vorzusehen.
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In
einer anderen Ausführung
kann aber ein Einlassventil mit höherem/längerem Hub auch unter anderen
Bedingungen als Kompression oder Selbstzündung deaktiviert werden, beispielsweise
während Fahrzeugabbremsen,
zum Reduzieren des Luftstroms während
Kraftstoffabschaltung bei Abbremsen, oder anderen Bedingungen. Weiterhin
wurden verschiedene Ventile als Ventile mit einem höheren oder
kürzeren
Hub bezeichnet, die durch einen maximalen Ventilhub oder eine durchschnittliche
Ventilhubhöhe
(in den Zylinder mündend)
gekennzeichnet sein können.
Analog können
Ventile mit einem kürzeren
oder längeren
Hub durch eine Kurbelwinkel-Öffnungsdauer gekennzeichnet
sein, zum Beispiel auch wenn die Ventile früher oder später während des Zylinderzyklus öffnen und/oder
schließen
können.
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Unter
Bezug nun auf 2A zeigt diese eine beispielhafte
Zylinderkonfiguration, bei der zwei Einlassventile (52a und 52b)
des Zylinders 30 des Motors 10 mittels einer gemeinsamen
Nockenwelle 130 betätigt
werden, wobei jedes ein anderes Nockenprofil 210 und 212 aufweist,
wobei Beispiele hierfür
eingehender unter Bezug auf 3 beschrieben
werden. Die Figuren zeigen das Ventil 52a mit einem längeren und
höheren
Ventilhubprofil als 52b. In diesem Beispiel wird das Ventil 52b mittels
eines Stößels 216 betätigt, während das
Ventil 52b durch einen Klappstößel 214 betätigt wird,
der mittels des Steuergeräts 12 gesteuert
werden kann.
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2A zeigt
auch zwei Auslassventile 54a, und 54b, die ebenfalls
mittels der Profile 220 und 222 durch die Stößel 224 und 226 betätigt werden,
wobei der Stößel 224 mittels
des Steuergeräts 12 deaktivierbar
sein kann. In diesem Beispiel wird das Ventil mit einem längeren und
höheren
Ventilhub als Ventil 54b gezeigt.
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Während dieses
Beispiel einen Motor mit oben liegender Nockenwelle mit einem mit
den Ventilschäften
gekoppelten Stößel zeigt,
können
Stößel auch
mit einem Stößelstangenmotor
verwendet werden, und ein Klappstößel kann somit mit einer Stößelstange
gekoppelt werden.
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Weiterhin
zeigt das Diagramm von 2A nur einen Zylinder von Motor 10,
wobei der Motor ein Mehrzylindermotor sein kann, wobei jeder Zylinder gleich, ähnlich oder
unterschiedlich zu dem in 2A gezeigten
sein kann. Während
weiterhin das obige Ventilsystem bei einem Motor mit Kompression oder
Selbstzündung
Vorteile bieten kann, kann es auch in anderen Motorverbrennungssystemen
verwendet werden.
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Unter
Bezug nun auf 2B zeigt diese eine alternative
Nockenwellen- und Stößelkonfiguration. Im
Einzelnen ist in diesem Beispiel das Hubprofil 210 in Hubteile 210A und 210C und
Nullhubteil 210B unterteilt. Während des aktiven Ventilbetriebs
wird der Stößel 284 als
eine Einheit von den Profilen 210A und 210C betätigt und
während
der Deaktivierung wird ein äußerer Teil 284 von
einem inneren Teil entkoppelt, wie in 2C beschrieben
wird, so dass das Ventil 52a nicht aktiviert wird. Analog
ist der Hub 220 ähnlich
unterteilt, und der Stößel 294 ist ähnlich zu Stößel 284.
Somit wird ein alternativer Ansatz für die Deaktivierung gezeigt,
der zum Beispiel eine verbesserte Herstellbarkeit bieten kann. Zu
beachten ist ferner, dass ein einzelnes Profil, beispielsweise 210A, an
Stelle des gezeigten doppelten Profils (210A und 210C)
verwendet werden kann.
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Im
Einzelnen zeigt 2C einen alternativen deaktivierbaren
Stößel, bei
dem ein Arretierstift 254 zum Verbinden oder Lösen des
inneren Teils 252 vom äußeren Teil 250 verwendet
wird. Wenn sich der Stift in der verriegelten Stellung befindet,
veranlasst auf diese Weise die durch Kontakt mit den Profilen 210A und 210C verursachte
Bewegung den inneren Teil, der Bewegung zu folgen und somit den
Ventilschaft und das mit dem inneren Teil verbundene Ventil zu betätigen. Wenn
sich alternativ der Stift in der unverriegelten Stellung befindet,
veranlasst eine Totgangfeder im inneren Abschnitt 256 ein
Bewegen des äußeren Teils 250 separat
vom inneren Teil 252. Da ferner das Profil 210B,
das mit dem inneren Teil 252 in Kontakt steht, wenig oder
keinen Hub hat, bleibt das Ventil im Wesentlichen geschlossen, und
somit kann der Zylinder deaktiviert werden. Der Stift 254 kann
mittels Hydraulikdruck betätigt
werden, der in einem Beispiel mittels eines mit dem Steuergerät in Verbindung
stehenden Hydraulikventils gesteuert wird.
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Auf
diese Weise kann ein alternativer Ansatz mit Hilfe eines deaktivierbaren
Stößels verwendet werden,
wobei die Herstellbarkeit des Stößels verbessert
werden kann, während
immer noch die erwünschte
Funktion beibehalten wird.
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Schließlich können bei
Bedarf noch weitere Beispiele für
Ventildeaktivierung verwendet werden.
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Unter
Bezug nun auf 3 zeigt diese bei 310 ein
beispielhaftes Ventilprofil des Ventils 52b, wobei das
Profil zum Vorsehen einer Sollfrischluftfüllung und Restfüllung zum
Verbessern von Kompression oder Selbstzündung verwendet werden kann, beispielsweise
durch Vorsehen einer höheren
anfänglichen
Füllungstemperatur
bei Beginn der Kompression. Wie hierin erwähnt hat in einem Beispiel das
Ventil 52b keinen Deaktivierungsmechanismus. 3 zeigt
ferner bei 312 ein beispielhaftes Ventilprofil von Ventil 52a,
wobei das Profil zum Vorsehen eines erwünschten Betriebs für den Fremdzündungsbetrieb
verwendet werden kann. In dem Beispiel von 3 weist
das Profil 312 einige Hubteile auf, die höher als
bei 310 sind, und auch einen längeren Hub als 310 haben.
Wie hierin erwähnt,
kann das Ventil 312 während
Kompressions- oder Selbstzündungsbetrieb
mittels eines deaktivierbaren Stößels gezielt deaktiviert
werden.
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Wenn
beide Einlassventile aktiv sind, kann wie durch 314 veranschaulicht
ein effektives Hubprofil verwirklicht werden, wogegen das Profil 310 während der
Kompression oder Selbstzündung
zumindest in einem Beispiel steuert.
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Unter
Bezug nun auf 4 zeigt diese ein schematisches
Flussdiagramm einer beispielhaften Routine zum Wählen einer Motorbetriebsart
basierend auf Betriebsbedingungen. Bei 410 ermittelt die Routine,
ob der Motor gerade gestartet wird, wenn die Temperatur unter einem
vorgewählten
Wert liegt. Die Temperatur kann eine Motorkühlmitteltemperatur, Umgebungslufttemperatur,
Motoröltemperatur, Getriebeöltemperatur,
Kombinationen derselben oder anderes sein. Wenn ja, geht die Routine
weiter zu 412, um eine Fremdzündungsverbrennung für alle Motorzylinder
zu wählen,
so dass der Motor mit Fremdzündungsverbrennung
gestartet wird. Ansonsten geht die Routine weiter zu 413,
um eine Sollmotorleistung zu ermitteln, beispielsweise ein Sollmotor- oder
Raddrehmoment basierend auf einer Fahrerforderung, Antriebsschlupfregelung,
Tempomat, Fahrzeugstabilitätssteuerung,
Kombinationen derselben oder andere. Als Nächstes ermittelt die Routine
bei 414, ob Bedingungen für das Zulassen von Kompression
oder Selbstzündung
vorliegen. Solche Bedingungen können
Temperaturen (beispielsweise wie unter Bezug auf 410 erwähnt), Krümmerdruck,
Kraftstoffdampfspeicher- oder spülstatus,
Feuchtigkeit, Fahrzeuggeschwindigkeit, Kombinationen derselben oder
andere sein.
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Wenn
die Antwort auf 414 Nein lautet, geht die Routine weiter
zu 412. Ansonsten geht die Routine weiter zu 416,
um zu ermitteln, ob die Sollmotorleistung und die Motordrehzahl
innerhalb eines festen Kompressions- oder Selbstzündungsfensters
liegen. Wenn ja, geht die Routine weiter zu 418, ansonsten
geht die Routine weiter zu 412. Zu beachten ist, dass das
Fenster Hysterese haben kann, um zum Beispiel ein übermäßiges Umschalten
zwischen Betriebsarten zu reduzieren. Ferner kann sich das Fenster
zum Beispiel mit anderen Betriebsbedingungen ändern.
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Bei 418 ermittelt
die Routine, ob ein oder mehrere Zylinder (und die Anzahl dieser
Zylinder) mit Kompression oder Selbstzündung betrieben werden sollten,
wobei Fremdzündung
für die
verbleibenden Zylinder gewählt
wird. Die Routine kann zum Beispiel basierend auf der Solldrehmomentleistung,
dem Getriebezustand etc. eine Anzahl an Kompressions- oder Selbstzündungszylinder
wählen.
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Von
entweder 412 oder 418 geht die Routine weiter
zu 420, um zu ermitteln, ob sich die ermittelte oder gewählte Zylinderverbrennungsbetriebsart
für jeden
der Zylinder von der aktuellen Verbrennungsbetriebsart des Zylinders
unterscheidet. Wenn ja, wird bei 422 ein Wechsel für einen
oder mehrere Zylinder ausgeführt,
wofür beispielhafte
Einzelheiten eingehender in 5 beschrieben
werden. Wenn zum Beispiel mehrere Zylinder von einer Verbrennungsbetriebsart
in eine andere übergeführt werden sollen,
können
die Zylinder den Wechsel in einem einzigen Motorzyklus ausführen oder
der Wechsel der Zylinder kann über
eine längere
Dauer ausgeweitet werden, um ein Indiz für den Fahrer abzuschwächen, dass
ein Wechsel erfolgt.
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Unter
Bezug nun auf 5 ermittelt die Routine bei 510,
ob ein Wechsel für
einen oder mehrere Zylinder ausgeführt werden soll. Wenn ja, geht
die Routine weiter zu 512, um eine Dauer zu ermitteln,
in der der Wechsel ausgeführt
werden soll. Dann ermittelt die Routine bei 514, ob der/die
ausführende(n) Wechsel
Fremdzündungsverbrennung
ist/sind. Wenn ja, geht die Routine weiter zu 516, andernfalls geht
die Routine weiter zu 518.
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Zu
beachten ist, dass die Routine zum Beispiel auf einer individuellen
Zylinderbasis wiederholt werden kann, wenn einige Zylinder in die
Fremdzündung
und einige aus der Fremdzündung
zu überführen sind.
Auf diese Weise kann der Motor arbeiten, während einige Zylinder von der
Fremdzündung
zu Kompression oder Selbstzündung
wechseln, während
andere von der Kompression oder Selbstzündung zur Fremdzündung wechseln.
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Weiter
mit 5 betätigt
die Routine bei 516 mittels eines deaktivierbaren Stößels ein
Einlass- und/oder Auslassventil mit einem längeren und/oder größeren Hub,
um den Zylinder in die Fremdzündungsverbrennung
zu überführen. Zu
beachten ist, dass die Steuerung der Aktivierung in einem Beispiel nach
einem Ansaugtakt, aber vor einem Auspufftakt ausgeführt werden
kann.
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Umgekehrt
deaktiviert die Routine bei 518 mittels des deaktivierbaren
Stößels ein
Einlass- und/oder Auslassventil mit einem längeren und/oder größeren Hub,
um den Zylinder aus der Fremdzündung
und in die Kompression oder Selbstzündung zu überführen (wo ein Einlass und/oder
Auslass mit einem kürzeren
und/oder niedrigeren Hub aktiv bleibt). Zu beachten ist, dass es
mehrere Verbrennungszyklen dauern kann, um Kompression oder Selbstzündung herzustellen,
und somit kann eine funkenunterstützte Selbstzündung verwendet
werden.
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In
den obigen Beispielen ist es somit möglich, die Verbrennungsbetriebsarten
zu ändern,
ohne dass Hubprofilwechseln erforderlich ist, es kann eine recht
einfache Ventildeaktivierung verwendet werden. Ein solcher Aufbau
kann für
Stößelstangenmotoren
sowie Motoren mit oben liegender Nockenwelle vorteilhaft sein.
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Unter
Bezug nun auf 6 wird eine Routine beschrieben,
die zum Wählen
eines anderen Ventilbetriebs innerhalb der Fremdzündungsverbrennung verwendet
werden kann. Im Einzelnen ermittelt die Routine bei 610,
ob einer oder mehrere Zylinder des Motors mit Fremdzündungsverbrennung
arbeiten. Wenn ja, geht die Routine weiter zu 612, um zu
ermitteln, ob eine Bedingung zum Betreiben eines oder mehrerer Fremdzündungszylinder
vorliegt, wobei ein Einlass-/Auslassventil mit einem größeren Hub
deaktiviert ist. Solche Bedingungen können während Fahrzeugabbremsen, Leerlaufbetrieb,
Kombinationen derselben oder anderen vorliegen.
-
Wird
bei 612 Deaktivierung gewählt, geht die Routine weiter
zu 614 zu dem Einlass- und/oder
Auslassventil mit einem größeren und/oder
längeren Hub.
Andernfalls betätigt
die Routine bei 616 das Ventil/die Ventile, wenn diese
nicht bereits betätigt sind.
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Zu
beachten ist, dass die hierin enthaltenen Steuerroutinen mit verschiedenen
Motorkonfigurationen verwendet werden können, wie sie zum Beispiel vorstehend
beschrieben werden. Die hierin beschriebene spezifische Routine
kann eine oder mehrere einer Anzahl von Verarbeitungsstrategien
darstellen, beispielsweise ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert,
Multitasking, Multithreading und dergleichen. Daher können verschiedene
gezeigte Schritte oder Funktionen in der gezeigten Abfolge oder
parallel ausgeführt
oder in manchen Fällen
ausgelassen werden. Analog ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht
unbedingt erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen
beispielhaften Ausführungen
zu verwirklichen, wird aber zur besseren Veranschaulichung und Beschreibung
vorgesehen. Ein oder mehrere der gezeigten Schritte oder Funktionen
können
abhängig
von der jeweils eingesetzten Strategie wiederholt ausgeführt werden.
Weiterhin können
diese Figuren einen in das maschinenlesbare Speichermedium in dem
Steuergerät 12 einzuprogrammierenden
Code graphisch darstellen.
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Es
versteht sich, dass die hierin offenbarten Konfigurationen und Routinen
beispielhafter Natur sind und dass diese spezifischen Ausführungen
nicht einschränkend
aufgefasst werden dürfen,
da zahlreiche Abänderungen
möglich
sind. Die obige Technologie kann zum Beispiel auf V-6, I-4, I-6,
V-12, Gegenkolben- und andere Motorausführungen angewendet werden.
Als anderes Beispiel können
verschiedene andere Mechanismen in einem System, das zwei verschiedene
Ventilprofile für
jedes der Ventile in einem Zylinder verwendet, und die gezielte Deaktivierung
eines oder mehrerer Ventile zum Vorsehen der richtigen Strömbedingungen
für Kompressions-
oder Selbstzündungsverbrennung
verwenden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst weiterhin
alte neuartigen und nicht nahe liegenden Kombinationen und Unterkombinationen
der verschiedenen Systeme und Konfigurationen sowie andere Merkmale,
Funktionen und/oder Eigenschaften, die hier offenbart werden.
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Die
folgenden Ansprüche
zeigen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen
auf, welche als neuartig und nicht nahe liegend betrachtet werden.
Diese Ansprüche
können
auf „ein" Element oder „ein erstes" Element oder eine Entsprechung
desselben verweisen. Diese Ansprüche
sind so zu verstehen, dass sie das Integrieren eines oder mehrerer
solcher Elemente umfassen, wobei sie zwei oder mehrere dieser Elemente
weder fordern noch ausschließen.
Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen,
Elemente und/oder Eigenschaften können durch Abänderung
der vorliegenden Ansprüche oder
durch Vorlage neuer Ansprüche
in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche
Ansprüche
werden, ob sie nun gegenüber dem
Schutzumfang der ursprünglichen
Ansprüche breiter,
enger, gleich oder unterschiedlich sind, ebenfalls als im Gegenstand
der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.