DE102010018008B4

DE102010018008B4 - Steuersystem und -verfahren zur HCCI-Modusumschaltung

Info

Publication number: DE102010018008B4
Application number: DE102010018008.4A
Authority: DE
Inventors: Vijay Ramappan; Peter Kafarnik; Jun-Mo Kang
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-04-28
Filing date: 2010-04-23
Publication date: 2023-03-09
Anticipated expiration: 2030-04-24
Also published as: US8316818B2; CN101876284B; DE102010018008A1; US20100274465A1; CN101876284A

Abstract

Verfahren zum Steuern eines Motors (102), das umfasst, dass:eine Motorsteuerung aus einem ersten Modus mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Modus) und niedriger Motorlast in einen zweiten HCCI-Modus befohlen wird,wobei die Motorlast im zweiten HCCI-Modus größer als die niedrige Motorlast im ersten HCCI-Modus ist;in Ansprechen auf das Befehlen, dass die Motorsteuerung aus dem ersten HCCI-Modus in den zweiten HCCI-Modus wechselt, in einen Betrieb mit geschichteter Ladung und Zündfunkenereignis eingetreten wird, in welchem ein Teil des insgesamt erforderlichen Kraftstoffs unmittelbar vor dem Zündfunkenereignis eingespritzt wird;der Betrieb mit geschichteter Ladung und Zündfunkenereignis abgebrochen wird; undder Motor (102) in dem zweiten HCCI-Modus betrieben wird, nachdem der Betrieb mit geschichteter Ladung und Zündfunkenereignis abgebrochen wurde.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Motorsteuersysteme und insbesondere Motorsteuersysteme für Motoren, die sowohl in einem Funkenzündungsmodus als auch in einem Modus mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Modus) arbeiten.
HINTERGRUND
Motoren können in einem Funkenzündungsmodus (SI-Modus) und in einem Modus mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Modus) betrieben werden. Der HCCI-Modus umfasst ein Verdichten eines Gemischs aus Kraftstoff und einem Oxidationsmittel bis zu einem Punkt einer Selbstzündung. Einer der Modi kann basierend auf der Motordrehzahl und -last ausgewählt werden. In dem HCCI-Modus tritt die Zündung an verschiedenen Orten zur gleichen Zeit auf, was ein nahezu gleichzeitiges Verbrennen des Kraftstoff/Luftgemischs erzeugt. Der HCCI-Modus arbeitet nahe an einem idealen Otto-Zyklus, liefert eine verbesserte Betriebseffizienz und erzeugt geringere Emissionsniveaus im Vergleich zu dem SI-Modus. Da es jedoch im HCCI-Modus keinen direkten Auslöser der Verbrennung gibt, neigt der Zündungsprozess dazu, schwieriger zu steuern zu sein.
Der HCCI-Modus kann verschiedene Untermodi aufweisen, die von der Motordrehzahl und -last abhängen. Wenn der Betrieb zwischen den HCCI-Untermodi wechselt, kann der Motor aufgrund von plötzlichen Änderungen der Frischluft in dem Zylinder fehlzünden, die durch Einlass/Auslassventil-Zeitsteuerungseinstellungen und den Betrag der Kraftstoffreformierung verursacht werden. Fehlzündungen können die Menge von Emissionen erhöhen und die Fahrbarkeit des Motors verschlechtern.
In der DE 103 41 070 B4 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern eines Übergangs einer Betriebsart eines Motors zwischen einem homogen stöchiometrischen Betrieb mit Funkenzündung und einem geschichteten Betrieb oder einem Betrieb mit homogener Kompressionszündung beschrieben. Während des Übergangs erfolgt eine Mehrfacheinspritzung des Kraftstoffs, und die einzuspritzende Kraftstoffmenge wird vollständig im Kompressionstakt eingespritzt.
Die DE 101 47 529 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines mit Selbstzündung betreibbaren Verbrennungsmotors, bei welchem der Verbrennungsbeginn im Selbstzündungsbereich gesteuert wird.
Ferner ist in der DE 11 2006 000 527 T5 ein Verfahren zum Steuern von Wechseln zwischen einer Betriebsart mit Funkenzündung und einer Betriebsart mit homogener Kompressionszündung für einen Motor mit Direkteinspritzung beschrieben. Während der Wechsel werden Auslass- und Einlassventile von hohem Hub auf niedrigen Hub und umgekehrt umgeschaltet.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und ein Steuersystem für einen Motor zu schaffen, mit denen Wechsel zwischen Verbrennungsmodi mit Kompressionszündung ohne die Erhöhung von Emissionen und ohne Verschlechterung der Fahrbarkeit ausgeführt werden können.
ZUSAMMENFASSUNG
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Steuersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst.
Das Motorsteuersystem gemäß der vorliegenden Offenbarung betreibt den Motor bei einem Wechsel zwischen einem HCCI-Modus bei niedriger Last und einem HCCI-Modus bei höherer Last in einem Modus mit geschichteter Ladung, um Fehlzündungen zu verringern, die durch den Wechsel verursacht werden.
Gemäß einem Aspekt der Offenbarung umfasst das Verfahren zum Steuern eines Motors, dass eine Motorsteuerung aus einem ersten Modus mit homogener Ladungskompression (HCCI-Modus) in einen zweiten HCCI-Modus befohlen wird, dass in Ansprechen auf das Befehlen, dass die Motorsteuerung aus dem ersten HCCI-Modus in den zweiten HCCI-Modus wechselt, in einen Betrieb mit geschichteter Ladung eingetreten wird, dass der Betrieb mit geschichteter Ladung abgebrochen wird und dass der Motor nach dem Abbrechen in dem zweiten HCCI-Modus betrieben wird.
Gemäß einem anderen Aspekt der Offenbarung umfasst ein Steuersystem für einen Motor ein Wechselsteuermodul, das eine Motorsteuerung aus einem ersten Modus mit homogener Ladungskompression (HCCI-Modus) in einen zweiten HCCI-Modus befiehlt. Das Steuersystem umfasst auch ein Kraftstofflieferungsmodul, das den Motor in einem Betriebsmodus mit geschichteter Ladung betreibt, nachdem ein Wechsel der Motorsteuerung aus dem ersten HCCI-Modus in den zweiten HCCI-Modus befohlen wurde, und das den Betrieb mit geschichteter Ladung anschließend abbricht und den Motor in dem zweiten HCCI-Modus betreibt.
Figurenliste
Die vorliegende Offenbarung wird anhand der ausführlichen Beschreibung und der begleitenden Zeichnungen verständlicher werden, wobei:

1A ein Funktionsblockdiagramm eines Motorsteuersystems ist, das gemäß der vorliegenden Offenbarung in einem SI- und einem HCCI-Verbrennungsmodus arbeitet;
1B ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Ventilhub-Einstellungssystems ist;
1C ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsteuermoduls ist;
1D eine Blockdiagrammansicht des HCCI-Modussteuermoduls 294(b) von 1C ist;
2 eine Graphik des Kraftstoffs über der Motordrehzahl in U/min ist, die verschiedene HCCI-Modi und einen Zündfunken-Einspritzungsmodus darstellt;
3A eine Graphik des Kraftstoffs über Motorereignissen für einen Motor ist, der die Wechselsteuerung gemäß der vorliegenden Offenbarung nicht aufweist;
3B eine Graphik des Einspritzungs- und Zündfunkenzeitpunkts über einem Motorereignis für einen Motor ist, der die Wechselsteuerung gemäß der vorliegenden Offenbarung nicht aufweist;
3C eine Graphik des Luft-Kraftstoffverhältnisses über einem Motorereignis für einen Motor ist, der die Wechselsteuerung gemäß der vorliegenden Offenbarung nicht aufweist;
3D eine Graphik des mittleren effektiven Drucks (IMEP) über einem Motorereignis für einen Motor ist, der die Wechselsteuerung gemäß der vorliegenden Offenbarung nicht aufweist;
4A eine Graphik des Kraftstoffs über einem Motorereignis für einen Motor ist, der die Wechselsteuerung gemäß der vorliegenden Offenbarung aufweist;
4B eine Graphik des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses über einem Motorereignis für einen Motor ist, der die Wechselsteuerung gemäß der vorliegenden Offenbarung aufweist;
4C eine Graphik des IMEP über einem Motorereignis für einen Motor ist, der die Wechselsteuerung gemäß der vorliegenden Offenbarung aufweist; und
5 eine Graphik eines Verfahrens zum Steuern eines Motors gemäß der vorliegenden Offenbarung ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck Modul auf einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC), einen elektronischen Schaltkreis, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, fest zugeordnet oder als Gruppe) und einen Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, einen Schaltkreis der Schaltungslogik und/ oder andere geeignete Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
Das Motorsteuersystem gemäß der vorliegenden Offenbarung betreibt den Benzinmotor in dem SI-Modus und dem HCCI-Modus. Der HCCI-Modus verringert den Kraftstoffverbrauch, ist aber nur über einen begrenzten Bereich von Motordrehmomenten und -drehzahlen verfügbar. Lediglich beispielhaft kann das Motorsteuersystem den Motor bei niedrigen bis mittleren Lasten und niedrigen bis mittleren Motordrehzahlen in dem HCCI-Modus betreiben. Das Motorsteuersystem kann den Motor bei anderen Lasten und Motordrehzahlen in dem SI-Modus betreiben. Die HCCI-Betriebszonen können durch Betriebskennfelder in Kalibriertabellen definiert werden.
Der Motor kann ein Benzinmotor mit Direkteinspritzung sein und kann während der Wechsel selektiv in einem geschichteten Betriebsmodus betrieben werden. Um in dem geschichteten Betriebsmodus zu arbeiten, spritzen die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen einen Teil des insgesamt erforderlichen Kraftstoffs unmittelbar vor dem Zündungsereignis ein. Dieser Ansatz liefert eine stöchiometrische Ladung in der Nähe der Zündkerze, die bewirkt, auch wenn die Gesamtumgebung mager sein könnte, dass das Luft-Kraftstoffgemisch leicht zündet und schnell und glatt brennt.
Wechsel zwischen dem SI-Modus und dem HCCI-Modus sollten dem Fahrer nahtlos erscheinen, Motoremissionen minimieren und Kraftstoff-Verbrauchsverluste minimieren.
Die vorliegende Offenbarung beschreibt Steuersysteme und -verfahren für ein Wechseln zwischen den HCCI-Betriebsmodi. Lediglich beispielhaft beschreibt die vorliegende Offenbarung HCCI-Moduswechsel, die ein geschichtetes Laden und einen Zeitpunkt von Kraftstoffeinspritzungen relativ zu einem Zündungszeitpunkt verwenden.
Nun auf 1A Bezug nehmend, ist ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsystems 100 dargestellt. Das Motorsystem 100 weist einen Motor 102 auf, der ein Luft/Kraftstoffgemisch verbrennt, um ein Antriebsdrehmoment für ein Fahrzeug basierend auf einem Fahrereingabemodul 104 zu erzeugen. Der Motor kann ein Motor mit direkter Zündung sein. Luft wird durch ein Drosselventil 112 in einen Einlasskrümmer 110 gesaugt. Ein Motorsteuermodul (ECM) 114 befiehlt einem Drosselaktuatormodul 116, das Öffnen des Drosselventils 112 zu regeln, um die Luftmenge zu steuern, die in den Einlasskrümmer 110 gesaugt wird.
Luft wird aus dem Einlasskrümmer 110 in Zylinder des Motors 102 gesaugt. Während der Motor 102 mehrere Zylinder aufweisen kann, ist zu Darstellungszwecken ein einzelner repräsentativer Zylinder 118 gezeigt. Lediglich beispielhaft kann der Motor 102 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 und/oder 12 Zylinder aufweisen.
Luft aus dem Einlasskrümmer 110 wird durch ein Einlassventil 122 in den Zylinder 118 gesaugt. Das ECM 114 steuert die durch ein Kraftstoffeinspritzungssystem 124 eingespritzte Kraftstoffmenge. Das Kraftstoffeinspritzungssystem 124 kann Kraftstoff an einem zentralen Ort in den Einlasskrümmer 110 einspritzen, oder es kann Kraftstoff an mehreren Orten in den Einlasskrümmer 110 einspritzen, wie z.B. in der Nähe des Einlassventils jedes der Zylinder. Alternativ kann das Kraftstoffeinspritzungssystem 124 Kraftstoff direkt in die Zylinder einspritzen.
Der eingespritzte Kraftstoff vermischt sich mit Luft und erzeugt ein Luft/Kraftstoffgemisch in dem Zylinder 118. Ein Kolben (nicht gezeigt) in dem Zylinder 118 komprimiert das Luft/Kraftstoffgemisch. Basierend auf einem Signal von dem ECM 114 aktiviert ein Zündfunken-Aktuatormodul 126 eine Zündkerze 128 in dem Zylinder 118, die das Luft/Kraftstoffgemisch zündet. Der Zeitpunkt des Zündfunkens kann relativ zu der Zeit spezifiziert werden, zu der sich der Kolben an seiner obersten Position befindet, bezeichnet als oberer Totpunkt (TDC).
Die Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemischs treibt den Kolben abwärts, wodurch eine rotierende Kurbelwelle (nicht gezeigt) angetrieben wird. Der Kolben beginnt dann, sich wieder aufwärts zu bewegen, und treibt die Nebenprodukte der Verbrennung durch ein Auslassventil 130 heraus. Die Nebenprodukte der Verbrennung werden mittels eines Abgassystems 134 aus dem Fahrzeug ausgestoßen.
Das Einlassventil 122 kann durch eine Einlassnockenwelle 140 gesteuert werden, während das Auslassventil 130 durch eine Auslassnockenwelle 142 gesteuert werden kann. Bei verschiedenen Implementierungen können mehrere Einlassnockenwellen mehrere Einlassventile pro Zylinder und/oder die Einlassventile mehrerer Reihen von Zylindern steuern. Auf ähnliche Weise können mehrere Auslassnockenwellen mehrere Auslassventile pro Zylinder und/oder die Auslassventile mehrerer Reihen von Zylindern steuern. Das Hubaktuatormodul 120 kann deren Auslass- und/oder Einlassventile zwischen hohem und niedrigem Hub umschalten.
Die Zeit, zu der das Einlassventil 122 geöffnet wird, kann durch einen Einlass-Nockenphasensteller 148 bezogen auf den Kolben-TDC variiert werden. Die Zeit, zu der das Auslassventil 130 geöffnet wird, kann durch einen Auslass-Nockenphasensteller 150 bezogen auf den Kolben-TDC variiert werden. Ein Phasensteller-Aktuatormodul 158 steuert den Einlass-Nockenphasensteller 148 und den Auslass-Nockenphasensteller 150 basierend auf Signalen von dem ECM 114. Zusätzlich kann das Hubaktuatormodul den Betrag des Hubs steuern, der hydraulisch oder unter Verwendung anderer Verfahren eingestellt werden kann.
Das Motorsystem 100 kann ein Abgasrückführungsventil (AGR-Ventil) 170 aufweisen, das Abgas selektiv zurück zu dem Einlasskrümmer 110 zurückleitet. Das Motorsystem 100 kann die Drehzahl der Kurbelwelle in Umdrehungen pro Minute (U/min) unter Verwendung eines RPM-Sensors 180 messen. Die Temperatur des Motorkühlmittels kann unter Verwendung eines Motorkühlmittel-Temperatursensors (ECT-Sensors) 182 gemessen werden. Der ECT-Sensor 182 kann in dem Motor 102 oder an anderen Orten angeordnet sein, an denen das Kühlmittel zirkuliert, wie z.B. einem Kühler (nicht gezeigt).
Der Druck in dem Einlasskrümmer 110 kann unter Verwendung eines Krümmerabsolutdrucksensors (MAP-Sensors) 184 gemessen werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann ein Motorvakuum gemessen werden, wobei das Motorvakuum die Differenz zwischen dem Umgebungsluftdruck und dem Druck in dem Einlasskrümmer 110 ist. Die Luftmasse, die in den Einlasskrümmer 110 strömt, kann unter Verwendung eines Luftmassenstromsensors (MAF-Sensors) 186 gemessen werden.
Das ECM 114 kann eine gemessene Luft pro Zylinder (APC) basierend auf dem MAF-Signal berechnen, das von dem MAF-Sensor 186 erzeugt wird. Das ECM 114 kann eine gewünschte APC basierend auf Motorbetriebsbedingungen, einer Betreibereingabe oder anderen Parametern schätzen.
Das Drosselaktuatormodul 116 kann die Position des Drosselventils 112 unter Verwendung eines oder mehrerer Drosselpositionssensoren (TPS) 190 überwachen. Die Umgebungstemperatur der Luft, die in das Motorsystem 100 gesaugt wird, kann unter Verwendung eines Einlassluft-Temperatursensors (IAT-Sensors) 192 gemessen werden. Das ECM 114 kann Signale von den Sensoren verwenden, um Steuerentscheidungen für das Motorsystem 100 zu treffen.
Um abstrakt auf die verschiedenen Steuermechanismen des Motors 102 Bezug zu nehmen, kann jedes System, das einen Motorparameter variiert, als ein Aktuator bezeichnet werden. Beispielsweise kann das Drosselaktuatormodul 116 die Klappenposition und damit die Öffnungsfläche des Drosselventils 112 ändern. Das Drosselaktuatormodul 116 kann daher als ein Aktuator bezeichnet werden, und die Öffnungsfläche der Drossel kann als eine Aktuatorposition bezeichnet werden.
Auf ähnliche Weise kann das Zündfunken-Aktuatormodul 126 als ein Aktuator bezeichnet werden, während die entsprechende Aktuatorposition ein Betrag einer Zündfunkenverstellung nach früh oder nach spät ist. Andere Aktuatoren umfassen das AGR-Ventil 170, das Phasensteller-Aktuatormodul 158, das Kraftstoffeinspritzungssystem 124 und das Hubaktuatormodul 120. Der Ausdruck Aktuatorposition bezogen auf diese Aktuatoren kann dem Krümmerabsolutdruck, der AGR-Ventilöffnung, den Einlass- und Auslass-Nockenphasenstellerwinkeln bzw. dem Luft/Kraftstoffverhältnis entsprechen.
Nun auf 1B Bezug nehmend, ist ein Funktionsblockdiagramm eines Ventilhub-Steuerkreises 250 gezeigt. Der Ventilhub-Steuerkreis 250 weist eine Einlass-/Auslassventilbaugruppe 252 auf, die mittels einer Ölpumpe 256 Öl aus einem Ölreservoir 254 empfängt. Das Öl wird vor dem Empfang durch die Ventilbaugruppe 252 durch einen Ölfilter 258 gefiltert. Das Steuermodul steuert einen Hubbetrieb der Einlass- und Auslassventile 260, 262 der Ventilbaugruppe 252.
Die Ventilbaugruppe 252 umfasst die Einlass- und Auslassventile 260, 262, die offene und geschlossene Zustände aufweisen und mittels einer oder mehrerer Nockenwellen 264 betätigt werden. Eine fest zugeordnete Einlassnockenwelle und eine fest zugeordnete Auslassnockenwelle können umfasst sein. Bei einer anderen Ausführungsform können die Einlass- und Auslassventile 260, 262 eine gemeinsame Nockenwelle teilen. Wenn sie sich in einem offenen Zustand befinden, können die Einlass- und Auslassventile 260, 262 in verschiedenen Hubzuständen arbeiten.
Die Ventilbaugruppe 252 weist auch Einstelleinrichtungen 270 für den Ventilhubzustand auf. Die Einstelleinrichtungen 270 für den Hubzustand können Öldruck-Steuerventile 272 und Ventilhub-Steuerventile aufweisen, wie zum Beispiel Solenoide 274. Andere Einstelleinrichtungen 276 für den Hubzustand, wie beispielsweise Hubstifte, Hebel, Kipphebel, Federn, Verriegelungsmechanismen, Stößel und dergleichen, können umfasst sein.
Der Ventilhub-Steuerkreis 250 kann einen Öltemperatursensor 280 und/oder einen Öldrucksensor 282 umfassen. Das Steuermodul gibt ein Signal an die Öldruck-Steuerventile 272 basierend auf Temperatur- und Drucksignalen aus, die von den Temperatur- und Drucksensoren 280, 282 empfangen werden.
Nun auf 1C Bezug nehmend, kann das Motorsteuermodul 114 ein MAP-Steuermodul 290 mit einem MAP-Steuermodus (MM) umfassen. Der MM kann auf einen SI- und einen HCCI-Modus gesetzt werden. Das Motorsteuermodul 114 umfasst ein Kraftstofflieferungsmodul 292 mit einem Kraftstofflieferungsmodus (FM). Das Kraftstofflieferungsmodul 292 kann den FM zwischen einem SI- und verschiedenen HCCI-Modi umschalten. Das Kraftstofflieferungsmodul 292 kann die Art, den Zeitpunkt und/oder die Menge der Kraftstofflieferung ermitteln.
Das Motorsteuermodul 114 umfasst ein Verbrennungssteuermodul 294 mit einem Verbrennungsmodus (CM). Das Verbrennungsmodul 294 kann den CM zwischen einem SI-, einem HCCI- und einem Vor-HCCI-Modus umschalten und ein SI-Steuermodul 294(a) und ein HCCI-Steuermodul 294(b) umfassen.
Das Motorsteuermodul 114 umfasst ein Zündfunkenlieferungsmodul 296 mit einem Zündfunkenlieferungsmodus (SM). Das Zündfunkenlieferungsmodul 296 kann den SM zwischen einem SI-Modus, einem SI-Modus mit Verstellung nach spät, einem geschichteten Modus und einem HCCI-Modus umschalten. Das Zündfunkenlieferungsmodul 296 kann den Zeitpunkt und die Dauer des Zündfunkens ermitteln.
Das Motorsteuermodul 114 umfasst ein Kraftstoff-Berechnungsmodul 297 mit einem Kraftstoff-Berechnungsmodus (FC). Das Kraftstoff-Berechnungsmodul 297 kann den FC zwischen einem luftgeführten und einem kraftstoffgeführten Modus umschalten. In dem luftgeführten Modus wird der Kraftstoff basierend auf der Luft gesteuert. In dem kraftstoffgeführten Modus wird die Luft basierend auf dem gemessenen oder gelieferten Kraftstoff gesteuert.
Das Motorsteuermodul 114 umfasst ein Phasensteller-Steuermodul 298 mit einem Phasensteller-Steuermodus (PM). Das Phasensteller-Steuermodul 298 kann den PM zwischen einem SI- und einem HCCI-Modus umschalten. Das Phasensteller-Steuermodul 298 kann eine Nockenphasenlage ermitteln.
Das Motorsteuermodul 144 umfasst ein Hubsteuermodul 299 mit einem Hubsteuermodus (LM). Das Hubsteuermodul 299 kann den LM zwischen einem Modus mit hohem und einem Modus mit niedrigem Ventilhub umschalten.
Nun auf 1 D Bezug nehmend, ist das HCCI-Modussteuermodul 294(b) in weiterem Detail dargestellt. Das HCCI-Modussteuermodul 294(b) steuert verschiedene Modi innerhalb des HCCI-Steuerbereichs. Das HCCI-Modussteuermodul kann ein Steuermodul 310 für einen HCCI-Mischmodus, ein Modul 312 für eine magere HCCI und ein Steuermodul 314 für eine stöchiometrische HCCI umfassen. Das Steuermodul 310 für den HCCI-Mischmodus wird verwendet, um den HCCI-Mischmodus zu steuern, der unter einer Betriebsbedingung mit niedriger Last verwendet wird. Die Betriebsbedingung mit niedriger Last erfordert eine wesentliche Kraftstoffreformierung, der eine frühe Einspritzung während eines Wiederverdichtungszyklus entspricht. In dem Mischmodus werden die Auslassventile früh geschlossen, und Kraftstoffeinspritzungen werden in die geschlossenen Zylinder geliefert, um die Wärme zu erhöhen, die in dem Zylinder enthalten ist. Die Energie aus dem Kraftstoff wird umgewandelt, um die Temperatur in dem Zylinder zu erhöhen. Das Modul 312 für die magere HCCI steuert die Kraftstoffeinspritzungen in die Zylinder in dem HCCI-Modus. In dem HCCI-Modus wird der Kraftstoff mit einer einzelnen oder mit mehrfachen Einspritzungen eingespritzt, um eine spontane Verbrennung oder eine durch einen Zündfunken unterstützte Verbrennung zu liefern.
Das Steuermodul 314 für die stöchiometrische HCCI steuert das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf dem stöchiometrischen Niveau. Eine stöchiometrische HCCI-Steuerung wird bei höheren Lasten als denjenigen des mageren HCCI-Modus und der HCCI-Mischmodussteuerung verwendet.
Ein Wechselsteuermodul 316 steht mit dem Steuermodul für den HCCI-Mischmodus, dem Modul für die magere HCCI und dem Steuermodul für die stöchiometrische HCCI in Verbindung. Das Wechselsteuermodul 316 steuert einen Wechsel zwischen dem Mischmodus und anderen Modi. Das Kraftstofflieferungsmodul 292 kann eine geschichtete Kraftstoffeinspritzung vor einem Haupt-Zündfunkenereignis erzeugen, um eine Verbrennung um die Zündkerze herum auszulösen. Dies verhindert Fehlzündungen aufgrund einer plötzlichen Änderung in Aktuatoreinstellungen, welche die Ladung in dem Zylinder beeinflussen, und aufgrund des verringerten Betrags der Kraftstoffreformierung, der in dem mageren HCCI-Modus im Vergleich zu dem HCCI-Mischmodus verwendet wird.
Nun auf 2 Bezug nehmend, ist eine Graphik verschiedener HCCI-Modi dargestellt. Ein Zündfunken-Einspritzungsmodus 410 verwendet die Ventile bei hohem Hub. Ein HCCI-Modus verwendet die Ventile bei niedrigem Hub.
Die HCCI-Betriebszone 420 weist einen HCCI-Mischmodusbereich 422, einen mageren oder stöchiometrischen HCCI-Bereich 426 und einen Überlappungsbereich 424 auf. Der Überlappungsbereich 424 wird aktiviert, wenn ein Wechsel aus dem HCCI-Mischmodus 422 in einen mageren oder stöchiometrischen HCCI-Modus 426 befohlen wird. Der Überlappungsbereich 424 entspricht einer geschichteten Kraftstoffeinspritzung vor einem Haupt-Zündfunkenereignis. In dem Überlappungsbereich 424 wird der Kraftstoff näher an dem Zündfunkenereignis eingespritzt. Dies ermöglicht, dass eine geschichtete Kraftstoffladung auftritt.
Die Parameter für jeden der HCCI-Modusbereiche können in Abhängigkeit von verschiedenen Bedingungen und Motorausbildungen schwanken.
Nun auf 3A - 3D Bezug nehmend, stellt 3A eine Kraftstoffmenge dar, die bei einer herkömmlichen Steuerstrategie von einem Mischmodus mit niedrigen Kraftstoffzufuhrniveau bis zu einem HCCI-Modus mit einem höheren Kraftstoffzufuhrniveau eingespritzt wird. Wie in 3B zu sehen ist, werden der Einspritzungs- und der Zündzeitpunkt ebenso verändert. Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist in 3C für verschiedene Zylinder dargestellt. Wie man erkennen kann, schwankt das Luft/Kraftstoff-Verhältnis für die verschiedenen Zylinder stark, was einem unvorhersagbaren Betrieb entspricht, wie er in der Graphik des mittleren effektiven Drucks (IMEP) von 3D dargestellt ist. In 3D ist die Anzahl von Fehlzündungen über den Bereich von Motorereignissen wesentlich. Während eines Übergangs zwischen einer HCCI-Verbrennungsbedingung mit niedriger Last und einer HCCI-Verbrennungsbedingung mit hoher Last fehlzündet der Motor aufgrund einer schnellen Änderung in den Aktuatoreinstellungen und in dem Betrag der Kraftstoffreformierung.
Nun auf 4A - 4C Bezug nehmend, stellt 4A die eingespritzte Kraftstoffmenge bei einer Steuerstrategie mit Wechselsteuerung dar. Dieselben Bezugszeichen von 2 werden verwendet, um den HCCI-Mischmodus 422 und den mageren oder stöchiometrischen HCCI-Modus 426 darzustellen. Zu der Zeit 450 wird ein Befehl für einen Moduswechsel von dem HCCI-Mischmodus in die magere oder stöchiometrische HCCI ausgelöst. Nach dem Befehl wird ein kleiner Teil des Kraftstoffs gerade vor dem Funkenzündungsereignis eingespritzt, um zu einer Zeit 428, die durch das Wechselsteuermodul definiert wird, eine geschichtete Kraftstoffladung zu ermöglichen. Zu der Zeit 452 wird ein Befehl ausgelöst, dass die Steuerung zwischen dem HCCI-Modus 426 und dem HCCI-Mischmodus 422 wechselt.
Wie in 4B zu sehen ist, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zwischen den verschiedenen Zylindern gleichmäßig aufrechterhalten. In 4C stellt der IMEP das Fehlen von Fehlzündungen bei der Einheitlichkeit des Betriebs zwischen den verschiedenen Zylindern dar.
Nun auf 5 Bezug nehmend, ist die vorliegende Offenbarung auf Wechsel zwischen einem ersten HCCI-Modus und einem zweiten HCCI-Modus anwendbar. In dem folgenden Beispiel wird ein Wechsel zwischen dem HCCI-Mischmodus und einem mageren oder stöchiometrischen HCCI-Modus verwendet. Bei Schritt 510 arbeitet der Motor in dem HCCI-Mischmodus. Bei Schritt 512 wird ein erster Teil des Kraftstoffs zu einem ersten vorbestimmten Zeitpunkt vor dem Zündfunkenereignis in dem Mischmodus eingespritzt. Bei Schritt 514 nimmt die Last des Motors zu. Die Last kann aufgrund von Drehmomentanforderungen von dem Fahrzeugbetreiber zunehmen. Bei Schritt 516 wird ein Befehl durch die Steuerung erzeugt, den Betrieb in einen mageren oder stöchiometrischen HCCI-Modus zu wechseln. Bei Schritt 518 wird in einen geschichteten Modus eingetreten, wie er beispielsweise als 424 in 2 dargestellt ist. Der geschichtete Modus spritzt einen Teil des Kraftstoffs zu einem zweiten vorbestimmten und bezogen auf den ersten vorbestimmten Zeitpunkt späteren Zeitpunkt in den Zylinder ein.
Wenn der geschichtete Modus bei Schritt 522 nicht beendet wird, fährt Schritt 520 damit fort, den Kraftstoff zu der vorbestimmten Zeit vor dem Zündfunkenereignis in den Zylinder einzuspritzen, um den geschichteten Modus auszuführen. Der geschichtete Modus kann bei Schritt 522 nach einer vorbestimmten Zeit bezogen auf einen Befehl beendet werden, aus dem HCCI-Mischmodus in den mageren oder stöchiometrischen HCCI-Modus zu wechseln. Andere Bedingungen können ebenso überwacht werden, die den Nockenzeitpunkt umfassen. Wenn der Nockenzeitpunkt einen gewünschten Wert erreicht, kann der geschichtete Modus bei Schritt 522 beendet werden. In den geschichteten Modus kann während eines Übergangs von niedriger Last zu hoher Last aufgrund der Luftströmung eingetreten werden, die plötzlich zunimmt, wenn sich der Einspritzungszeitpunkt verschiebt und sich der Betrag der Kraftstoffreformierung drastisch ändert. Dies führt ohne eine Wechselsteuerung zu unmittelbaren Fehlzündungen, dass sich der Nockenzeitpunkt nicht schnell genug ändern kann, um die plötzliche Zunahme der Luftströmung zu kompensieren. Wenn ein HCCI-Moduswechsel aus dem HCCI-Mischmodus befohlen wird, wird daher ein kleiner Teil des Kraftstoffs später um das Zündfunkenzeitpunktereignis herum eingespritzt. Sobald der Nockenzeitpunkt einen gewünschten Wert erreicht oder ein vorbestimmter Zeitbetrag verstrichen ist, betreibt Schritt 524 den Motor in einem HCCI-Modus.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Motors (102), das umfasst, dass: eine Motorsteuerung aus einem ersten Modus mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Modus) und niedriger Motorlast in einen zweiten HCCI-Modus befohlen wird, wobei die Motorlast im zweiten HCCI-Modus größer als die niedrige Motorlast im ersten HCCI-Modus ist; in Ansprechen auf das Befehlen, dass die Motorsteuerung aus dem ersten HCCI-Modus in den zweiten HCCI-Modus wechselt, in einen Betrieb mit geschichteter Ladung und Zündfunkenereignis eingetreten wird, in welchem ein Teil des insgesamt erforderlichen Kraftstoffs unmittelbar vor dem Zündfunkenereignis eingespritzt wird; der Betrieb mit geschichteter Ladung und Zündfunkenereignis abgebrochen wird; und der Motor (102) in dem zweiten HCCI-Modus betrieben wird, nachdem der Betrieb mit geschichteter Ladung und Zündfunkenereignis abgebrochen wurde.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Befehlen der Motorsteuerung aus einem ersten Modus mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Modus) in einen zweiten HCCI-Modus umfasst, dass die Motorsteuerung in Ansprechen auf eine Zunahme der Motorlast aus dem ersten Modus mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Modus) in den zweiten HCCI-Modus befohlen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Abbrechen umfasst, dass der Betrieb mit geschichteter Ladung nach einer vorbestimmten Zeit abgebrochen wird.
Steuersystem für einen Motor (102), das umfasst: ein Wechselsteuermodul (316), das eine Motorsteuerung aus einem ersten Modus mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Modus) und niedriger Motorlast in einen zweiten HCCI-Modus befiehlt, wobei die Motorlast im zweiten HCCI-Modus größer als die niedrige Motorlast im ersten HCCI-Modus ist; und ein Kraftstofflieferungsmodul (292), das den Motor (102) in einem Betriebsmodus mit geschichteter Ladung und Zündfunkenereignis betreibt, nachdem ein Wechsel der Motorsteuerung aus dem ersten HCCI-Modus in den zweiten HCCI-Modus befohlen wurde, wobei in dem Betriebsmodus mit geschichteter Ladung und Zündfunkenereignis eine Einspritzung eines Teil des insgesamt erforderlichen Kraftstoffs unmittelbar vor dem Zündfunkenereignis erfolgt, wobei das Kraftstofflieferungsmodul (292) den Betrieb mit geschichteter Ladung und Zündfunkenereignis anschließend abbricht und den Motor (102) in dem zweiten HCCI-Modus betreibt.