DE102021108466A1 - Systeme und verfahren zur abgasrückführung mit einer vorkammer - Google Patents

Systeme und verfahren zur abgasrückführung mit einer vorkammer Download PDF

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Abstract

Die Offenbarung stellt Systeme und Verfahren zur Abgasrückführung mit einer Vorkammer bereit. Es werden Verfahren und Systeme zum Betreiben eines Zylinders eines Motors, der ein Vorkammersystem beinhaltet, bereitgestellt. In einem Beispiel beinhaltet ein Verfahren Strömen von Gasen aus einer Vorkammer zu einem Zylinder eines Motors, bevor dem Zylinder während eines Verbrennungszyklus Kraftstoff zugeführt wird; Einstellen einer Zusammensetzung der Gase durch Einstellen von mindestens einer von einer Lufteinspritzmenge in die Vorkammer und einer Kraftstoffeinspritzmenge in die Vorkammer; und Zünden eines Luft-Kraftstoff-Gemischs in dem Zylinder über ein Vorkammerzündungsereignis, wobei das Luft-Kraftstoff-Gemisch im Zylinder das Gas aus der Vorkammer beinhaltet. Auf diese Weise können Verbrennungseigenschaften im Zylinder eingestellt werden, um eine Leistung und/oder einen Wirkungsgrad des Zylinders zu erhöhen.

Description

  • Gebiet der Technik
  • Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen Verfahren und Systeme für Motoren, der Vorkammersysteme aufweisen.
  • Allgemeiner Stand der Technik
  • Eine Brennkraftmaschine verbrennt ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in Zylindern, um Drehmoment zu erzeugen, das verwendet werden kann, um ein Fahrzeug anzutreiben. In einigen derartigen Motoren wird eine Zündquelle verwendet, um das Luft-Kraftstoff-Gemisch in jedem Zylinder während eines Verdichtungstakts zu zünden. Zum Beispiel beinhaltet in herkömmlichen Fremdzündungsmotoren jeder Zylinder eine Zündkerze zum direkten Zünden des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Zylinder. In anderen Beispielen kann das Luft-Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder durch Strahlen von heißem Gas und Flammen aus einer Vorverbrennungskammer, die in dieser Schrift als „Vorkammer“ bezeichnet wird, gezündet werden. Die Vorkammer kann eine Kammer mit Wänden sein, die sich im Totraum des Zylinders befindet, und kann eine Zündkerze, eine O2- oder Lufteinspritzvorrichtung und eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung beinhalten. Während des Motorbetriebs wird ein erstes Luft-Kraftstoff-Gemisch in die Vorkammer eingeleitet und wird ein zweites Luft-Kraftstoff-Gemisch in den Zylinder eingeleitet. Wenn eine Zündung angefordert wird, wird die Zündkerze in der Vorkammer betätigt, wodurch das erste Luft-Kraftstoff-Gemisch gezündet wird. Während das erste Luft-Kraftstoff-Gemisch verbrennt, können Flammen- und Heißgasstrahlen aus der Vorkammer austreten und über ein oder mehrere Löcher in den Vorkammerwänden in den Zylinder eintreten. Diese Strahlen zünden das zweite Luft-Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder, um Drehmoment zu erzeugen.
  • Die Vorkammerzündung kann in einigen Situationen Vorteile hinsichtlich Leistungsfähigkeit und Wirkungsgrad gegenüber einem Fremdzündungsmotor bieten. Zum Beispiel kann ein Zylinder mit Vorkammerzündung mit einem höheren (z. B. magereren) Luft-Kraftstoff-Verhältnis (LKV) betrieben werden als ein ähnlicher Zylinder eines Fremdzündungsmotors, was zu einem geringeren Kraftstoffverbrauch in dem Zylinder mit Vorkammerzündung führen kann. In anderen Beispielen kann ein Zylinder mit Vorkammerzündung aufgrund einer erhöhten Brenngeschwindigkeit in dem Zylinder mehr Leistung erzeugen als ein Zylinder, der durch eine Zündkerze gezündet wird, was eine Zeitdauer für das Auftreten von Klopfverbrennung verringern kann und dadurch ermöglicht, dass der Zündzeitpunkt weiter in Richtung des maximalen Bremsmoments (maximum brake torque - MBT) vorgeschoben wird.
  • Ferner können Gase, die aus der Vorkammer über das eine oder die mehreren Löcher in den Vorkammerwänden zum Zylinder strömen, das LKV des Zylinders beeinflussen. Zum Beispiel kann unverbrannte Luft oder O2 aus der aktiven Vorkammer in den Zylinder strömen, was zu einem höheren (z. B. magereren) LKV des Zylinders als erwartet führt. Als weiteres Beispiel kann Abgas aus der Vorkammer die Luft in dem Zylinder verdünnen. Als noch ein weiteres Beispiel kann das Abgas aus der Vorkammer kraftstoffreich sein, was zu einem niedrigeren (z. B. fetteren) LKV des Zylinders führen kann.
  • Kurzdarstellung
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben vorteilhafterweise erkannt, dass die Strömung von Gasen aus der Vorkammer zum Zylinder genutzt werden kann, um die interne Abgasrückführung (AGR) auf einer Zylinder-für-Zylinder-Basis schnell einzustellen. In einem Beispiel umfasst ein Verfahren Strömen von Gasen aus einer Vorkammer zu einem Zylinder eines Motors, bevor dem Zylinder während eines Verbrennungszyklus Kraftstoff zugeführt wird; Einstellen einer Zusammensetzung der Gase durch Einstellen von mindestens einer von einer Lufteinspritzmenge in die Vorkammer und einer Kraftstoffeinspritzmenge in die Vorkammer; und Zünden eines Luft-Kraftstoff-Gemischs in dem Zylinder über ein Vorkammerzündungsereignis, wobei das Luft-Kraftstoff-Gemisch im Zylinder das Gas aus der Vorkammer beinhaltet.
  • Als ein Beispiel kann die Vorkammer über eine Öffnung in einer Wand der Vorkammer fluidisch an den Zylinder gekoppelt sein. Zum Beispiel kann eine Vielzahl von Öffnungen die Vorkammer fluidisch mit dem Zylinder koppeln, sodass Gase als Reaktion auf eine Druckdifferenz zwischen der Vorkammer und dem Zylinder zwischen der Vorkammer und dem Zylinder strömen können. Insbesondere können Gase während eines Verbrennungszyklus aus der Vorkammer in den Zylinder strömen, wenn ein Druck in der Vorkammer einen Druck im Zylinder übersteigt. Ferner kann das Vorkammerverbrennungsereignis im Verbrennungszyklus früher stattfinden als das Vorkammerzündungsereignis, wobei der Verbrennungszyklus mit einem Ansaugtakt des Zylinders beginnt. Zum Beispiel kann der Verbrennungszyklus mit dem Ansaugtakt des Zylinders beginnen und kann ferner einen Verdichtungstakt des Zylinders, einen Arbeitstakt des Zylinders und einen Ausstoßtakt des Zylinders beinhalten. Zum Beispiel kann das Einstellen der Zusammensetzung der Gase, die aus der Vorkammer in den Zylinder strömen, Bestimmen einer gewünschten Zusammensetzung der Gase auf Grundlage von mindestens einem von einer Temperatur des Motors, einer Motorlast, einer angeforderten Menge an Drehmoment und eine Menge an externer Abgasrückführung (AGR), die dem Motor bereitgestellt wird, beinhalten. Zum Beispiel kann eine Steuerung des Motors die gewünschte Zusammensetzung der Gase bestimmen, indem sie gewünschte Verbrennungseigenschaften für die Motorbetriebsbedingungen bestimmt. In einigen Beispielen beinhaltet das Einstellen der Zusammensetzung der Gase durch Einstellen von mindestens einer von der Lufteinspritzmenge in die Vorkammer und der Kraftstoffeinspritzmenge in die Vorkammer ferner Bestimmen eines gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für ein Vorkammerverbrennungsereignis auf Grundlage der gewünschten Zusammensetzung der Gase, und das Verfahren umfasst ferner: Bestimmen der Lufteinspritzmenge und der Kraftstoffeinspritzmenge auf Grundlage des gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für das Vorkammerverbrennungsereignis; und Betätigen einer an die Vorkammer gekoppelten Zündkerze nach dem Einspritzen der bestimmten Lufteinspritzmenge in die Vorkammer und dem Einspritzen der bestimmten Kraftstoffeinspritzmenge in die Vorkammer und vor Kraftstoffzufuhr zum Zylinder. Somit kann die Zusammensetzung der Gase durch Ändern des gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für das Vorkammerverbrennungsereignis durch Einstellen einer Lufteinspritzmenge und einer Kraftstoffeinspritzmenge eingestellt werden.
  • Als ein Beispiel ist das gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Vorkammerverbrennungsereignis als Reaktion darauf, dass die Motorlast zwischen einer unteren Schwellenlast und einer oberen Schwellenlast liegt und die Temperatur des Motors über einer Schwellentemperatur liegt, stöchiometrisch, wobei das gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Vorkammerverbrennungsereignis als Reaktion darauf, dass die angeforderte Drehmomentmenge über einem Schwellenwert liegt, mager ist, und das gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis als Reaktion darauf, dass mindestens die Menge an externer AGR, die dem Motor bereitgestellt wird, über einer Schwellenmenge liegt und/oder die Temperatur des Motors unter der Schwellentemperatur liegt, fett ist. Somit können dem Zylinder eine fette Vorkammer-AGR, eine magere Vorkammer-AGR und eine stöchiometrische Vorkammer-AGR auf Grundlage von einer oder mehreren Betriebsbedingungen bereitgestellt werden. Zum Beispiel kann das Bereitstellen einer fetten Vorkammer-AGR die Zündfähigkeit im Zylinder erhöhen, eine stöchiometrische Vorkammer-AGR kann die Verdünnung im Zylinder erhöhen und eine magere Vorkammer-AGR kann eine Luftladung im Zylinder erhöhen. Ferner ist in einigen Beispielen die gewünschte Zusammensetzung als Reaktion darauf, dass die angeforderte Drehmomentmenge über einem Schwellenwert liegt, unverbrannte Luft, und Einstellen der Zusammensetzung der Gase durch Einstellen von mindestens einer von der Lufteinspritzmenge in die Vorkammer und der Kraftstoffeinspritzmenge in die Vorkammer beinhaltet Einstellen der Kraftstoffeinspritzmenge auf null. Als weiteres Beispiel beinhaltet das Strömen des Gases aus der Vorkammer zum Zylinder Durchführen einer Spüllufteinspritzung in die Vorkammer. Das Durchführen einer Spüllufteinspritzung kann Verbrennungsgase aus der Vorkammer in den Zylinder spülen und kann eine Sauerstoffmenge in der Vorkammer und im Zylinder erhöhen. Zum Beispiel beinhaltet das Zünden des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Zylinder über das Vorkammerzündungsereignis nach Durchführen der Spüllufteinspritzung Folgendes: Bereitstellen einer Zündlufteinspritzmenge an die Vorkammer und einer Zündkraftstoffeinspritzmenge an die Vorkammer; Kraftstoffzufuhr zum Zylinder; und Betätigen einer Zündkerze, die an die Vorkammer gekoppelt ist. Folglich kann der Wirkungsgrad des Zylinders erhöht werden.
  • Auf diese Weise kann eine Vorkammer-AGR einem Zylinder eines Motors bereitgestellt werden, wobei eine Zusammensetzung der Vorkammer-AGR auf Grundlage von gewünschten Verbrennungseigenschaften des Zylinders und einer Zylinderkraftstoffmenge eingestellt wird, was eine Verbrennungsstabilität und eine Verbrennungsrate des Zylinders erhöhen kann. In einigen Beispielen kann eine Vorkammer-AGR in Kombination mit externer AGR bereitgestellt werden, um die gewünschten Verbrennungseigenschaften des Zylinders zu erzielen. Ferner kann die Steuerung durch Kompensieren der Kraftstoffeinspritzmenge für die Menge und Zusammensetzung von Vorkammergasen in dem Zylinder verhindern, dass der Zylinder bei einem nicht stöchiometrischen LKV arbeitet, was eine Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs erhöhen und Fahrzeugemissionen verringern kann.
  • Es versteht sich, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung genauer beschrieben sind. Sie ist nicht dazu gedacht, wichtige oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu nennen, dessen Umfang einzig durch die Patentansprüche im Anschluss an die detaillierte Beschreibung definiert ist. Des Weiteren ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die vorstehend oder in einem beliebigen Teil dieser Offenbarung angeführte Nachteile beseitigen.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Zylinders mit einem Vorkammersystem in einem Motor eines Fahrzeugsystems.
    • 2 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Betreiben einer Vorkammer eines Zylinders.
    • 3 zeigt ein beispielhaftes Diagramm von relativen Mengen an Sauerstoff, Wasserstoff und unverbrannten Kohlenwasserstoffen in Abgas aus einer Vorkammer auf Grundlage eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer Vorkammerverbrennung.
    • 4 zeigt ein beispielhaftes Zeitdiagramm zum Betreiben einer Vorkammer, um einem Zylinder eine Vorkammer-AGR und Zündung bereitzustellen.
    • 5 zeigt eine prophetische beispielhafte Zeitachse des Betreibens eines Zylinders, um eine Vorkammer-AGR auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen bereitzustellen.
    • 6 zeigt ein beispielhaftes Diagramm eines Drucks in einem Zylinder relativ zur Position eines Kolbens.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren für einen Motor mit einem aktiven Vorkammersystem. Jeder Zylinder des Motors kann eine Zylinderkonfiguration aufweisen, wie etwa die in 1, einschließlich einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung, einer Zündkerze und einer Luft- und/oder O2-Einspritzvorrichtung in der Vorkammer. Die Vorkammer kann betrieben werden, um gemäß dem Verfahren aus 2 dem Zylinder Gase, wie etwa eine Vorkammerabgasrückführung (AGR), und/oder eine Zündquelle bereitzustellen. 3 zeigt ein beispielhaftes Diagramm einer relativen Zusammensetzung der Vorkammer-AGR bei verschiedenen Verbrennungsluft-Kraftstoff-Verhältnissen. Ferner können Vorkammerabgas und Luft während des Verdichtungstakts des Zylinders in den Zylinder eintreten, selbst wenn kein zusätzliches Vorkammer-AGR-Ereignis durchgeführt wird. 6 zeigt daher ein beispielhaftes Diagramm einer charakteristischen Beziehung zwischen dem Druck im Zylinder und einer Kolbenposition innerhalb des Zylinders, die durch die Steuerung verwendet werden kann, um Vorkammer-Einspritzdrücke zu bestimmen sowie den Gasstrom aus der Vorkammer in den Zylinder zu schätzen. 4 zeigt ein beispielhaftes Zeitdiagramm zum Betreiben einer Vorkammer, um einem Zylinder eine Vorkammer-AGR und eine Zündquelle bereitzustellen, und 5 zeigt eine prophetische beispielhafte Zeitachse zum Betreiben eines Zylinders, um eine Vorkammer-AGR auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen bereitzustellen.
  • Unter Bezugnahme auf die Figuren zeigt 1 eine Teilansicht eines einzelnen Zylinders 130 einer Brennkraftmaschine 10, die in einem Fahrzeug 5 beinhaltet sein kann. Die Brennkraftmaschine 10 kann ein Mehrzylindermotor sein. Der Zylinder (z. B. die Brennkammer) 130 beinhaltet eine Kühlmittelhülse 114 und Zylinderwände 132 mit einem Kolben 136, der darin positioniert und mit einer Kurbelwelle 140 verbunden ist. Die Brennkammer 130 ist mit einem Ansaugkrümmer 44 über ein Einlassventil 4 und eine Einlassöffnung 22 und mit einem Abgaskrümmer 48 über ein Auslassventil 8 und eine Auslassöffnung 86 kommunizierend gezeigt. Eine Drossel 62, die eine Drosselklappe 64 beinhaltet, kann in einem Ansaugkanal stromaufwärts des Ansaugkrümmers 44 zum Variieren einer Strömungsrate und/oder eines Drucks von Ansaugluft bereitgestellt sein, die den Motorzylindern bereitgestellt wird.
  • Ein Abgaskanal 135 kann zusätzlich zu dem Zylinder 130 Abgase von anderen Zylindern des Motors 10 aufnehmen. Ein Abgassensor 128 ist stromaufwärts einer Emissionssteuervorrichtung 178 an den Abgaskanal 135 gekoppelt gezeigt. Der Abgassensor 128 kann aus verschiedenen geeigneten Sensoren zum Bereitstellen einer Angabe eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (LKV) des Abgases ausgewählt sein, wie etwa einer linearen Lambdasonde oder UEGO-Sonde (universal oder wide-range exhaust gas oxygen - UEGO), einer binären Lambdasonde oder EGO-Sonde (nicht gezeigt), einer HEGO-Sonde (beheizten EGO-Sonde), einem NOx-, HC- oder CO-Sensor. Bei der Emissionssteuervorrichtung 178 kann es sich um einen Dreiwegekatalysator, eine NOx-Falle, verschiedene andere Emissionssteuervorrichtungen oder Kombinationen davon handeln.
  • Eine externe Abgasrückführung (AGR) kann dem Motor über ein Hochdruck-AGR-System 83 bereitgestellt werden, wodurch Abgas aus einer Zone mit höherem Druck im Abgaskanal 135 zu einer Zone mit niedrigerem Druck im Ansaugkrümmer 44, stromabwärts der Drossel 62, über einen AGR-Kanal 81 abgegeben wird. Eine AGR-Menge, die dem Ansaugkrümmer 44 bereitgestellt wird, kann durch die Steuerung 12 über ein AGR-Ventil 80 variiert werden. Die Steuerung 12 kann zum Beispiel dazu konfiguriert sein, eine Position des AGR-Ventils 80 zu betätigen und einzustellen, um die Abgasmenge, die durch den AGR-Kanal 81 strömt, einzustellen. Das AGR-Ventil 80 kann zwischen einer vollständig geschlossenen Position, in welcher der Abgasstrom durch den AGR-Kanal 81 blockiert wird, und einer vollständig offenen Position, in welcher der Abgasstrom durch den AGR-Kanal zugelassen wird, eingestellt werden. Als ein Beispiel kann das AGR-Ventil 80 zwischen der vollständig geschlossenen Position und der vollständig offenen Position kontinuierlich variierbar sein. Somit kann die Steuerung einen Öffnungsgrad des AGR-Ventils 80 vergrößern, um eine AGR-Menge, die dem Ansaugkrümmer 44 bereitgestellt wird, zu erhöhen, und den Öffnungsgrad des AGR-Ventils 80 verkleinern, um die AGR-Menge, die dem Ansaugkrümmer 44 bereitgestellt wird, zu verringern. Als ein Beispiel kann das AGR-Ventil 80 ein elektronisch aktiviertes Magnetventil sein. In anderen Beispielen kann das AGR-Ventil 80 durch einen eingebauten Schrittmotor positioniert werden, der von der Steuerung 12 betätigt werden kann, um die Position des AGR-Ventils 80 über einen Bereich von diskreten Schritten (z. B. 52 Schritte) einzustellen, oder das AGR-Ventil 80 kann eine andere Art von Strömungsregelventil sein. Ferner kann die AGR gekühlt werden, indem sie durch den AGR-Kühler 85 innerhalb des AGR-Kanals 81 geführt wird. Der AGR-Kühler 85 kann Wärme von den AGR-Gasen zum Beispiel an Motorkühlmittel abführen.
  • Unter einigen Bedingungen kann das AGR-System dazu verwendet werden, eine Temperatur des Luft-Kraftstoff-Gemischs innerhalb der Brennkammer zu regeln. Ferner kann eine AGR erwünscht sein, um eine gewünschte Motorverdünnung zu erzielen, wodurch die Kraftstoffeffizienz und die Emissionsqualität, wie etwa die Emission von Stickstoffoxiden, erhöht werden. Als ein Beispiel kann AGR bei niedrigen bis mittleren Motorlasten angefordert werden. Dementsprechend kann es wünschenswert sein, den AGR-Massenstrom zu messen oder zu schätzen. AGR-Sensoren können im Inneren des AGR-Kanals 81 angeordnet sein und können zum Beispiel eine Angabe von einem oder mehreren von einem Massenstrom, einem Drucks und einer Temperatur des Abgases bereitstellen. Zusätzlich kann AGR erwünscht sein, nachdem die Emissionssteuervorrichtung 178 ihre Anspringtemperatur erreicht hat. Eine angeforderte Menge an AGR kann auf Motorbetriebsbedingungen basieren, einschließlich Motorlast (wie über einen Pedalpositionssensor 134 geschätzt) Motordrehzahl (wie über einen Kurbelwellenbeschleunigungssensor) geschätzt, Motortemperatur (wie über einen Motorkühlmitteltemperatursensor geschätzt) usw. Die Steuerung 12 kann sich zum Beispiel auf eine Lookup-Tabelle mit Motordrehzahl und -last als Eingabe und einer gewünschte Menge an AGR, die der eingegebenen Motordrehzahl/-last entspricht, als Ausgabe beziehen. In einem weiteren Beispiel kann die Steuerung 12 die gewünschte Menge an AGR (z. B. die gewünschte AGR-Strömungsrate) durch Logikregeln bestimmen, die Parameter wie Motorlast, Motordrehzahl, Motortemperatur usw. direkt berücksichtigen. In noch anderen Beispielen kann die Steuerung 12 sich auf ein Modell stützen, das eine Änderung der Motorlast mit einer Änderung einer Verdünnungsanforderung korreliert und ferner die Änderung der Verdünnungsanforderung mit einer Änderung der angeforderten Menge an AGR korreliert. Wenn sich zum Beispiel die Motorlast von einer niedrigen Last auf eine mittlere Last erhöht, kann sich die angeforderte Menge an AGR erhöhen, und wenn sich die Motorlast dann von einer mittleren Last auf eine hohe Last erhöht, kann sich die angeforderte Menge an AGR verringern. Die Steuerung 12 kann ferner die angeforderte Menge an AGR unter Berücksichtigung einer besten Kraftstoffeffizienzverteilung für eine gewünschte Verdünnungsrate bestimmen. Nach dem Bestimmen der angeforderten Menge an AGR kann sich die Steuerung 12 auf eine Lookup-Tabelle beziehen, die die angeforderten Menge an AGR als Eingabe und ein Signal, das einem Öffnungsgrad entspricht, der an dem AGR-Ventil angewendet (z. B. an den Schrittmotor oder eine andere Ventilbetätigungsvorrichtung gesendet) werden soll, als Ausgabe aufweist.
  • In der dargestellten Ansicht befinden sich das Einlassventil 4 und das Auslassventil 8 in einem oberen Bereich der Brennkammer 130. Das Einlassventil 4 und das Auslassventil 8 können durch eine Steuerung 12 unter Verwendung jeweiliger Nockenbetätigungssysteme, die einen oder mehrere Nocken beinhalten, gesteuert werden. Die Nockenbetätigungssysteme können eines oder mehrere von Systemen zur Zylinderabschaltung (variable displacement engine - VDE), Nockenprofilverstellung (cam profile switching - CPS), variablen Nockensteuerzeit (variable cam timing - VCT), variablen Ventilsteuerzeit (variable valve timing - VVT) und/oder zum variablen Ventilhub (variable valve lift - VVL) nutzen, um den Ventilbetrieb zu variieren. Im dargestellten Beispiel wird das Einlassventil 4 durch einen Einlassnocken 151 gesteuert und wird das Auslassventil 8 durch einen Auslassnocken 153 gesteuert. Der Einlassnocken 151 kann über einen Einlassventilsteuerzeitaktor 101 betätigt werden und der Auslassnocken 153 kann über einen Auslassventilsteuerzeitaktor 103 gemäß dem Satz von Einlass- bzw. Auslassventilsteuerzeiten betätigt werden. In einigen Beispielen können die Einlassventile und Auslassventile über den Einlassventilzeitsteuerungsaktor 101 bzw. Auslassventilzeitsteuerungsaktor 103 abgeschaltet werden. Die Stellung des Einlassnockens 151 und Auslassnockens 153 kann durch Nockenwellenpositionssensoren 155 bzw. 157 bestimmt werden.
  • In einigen Beispielen können das Einlass- und/oder Auslassventil durch elektrische Ventilbetätigung gesteuert werden. Zum Beispiel kann der Zylinder 130 alternativ ein Einlassventil, das über elektrische Ventilbetätigung gesteuert wird, und ein Auslassventil, das über Nockenbetätigung gesteuert wird, einschließlich CPS- und/oder VCT-Systemen, beinhalten. In noch anderen Beispielen können die Einlass- und Auslassventile durch ein gemeinsames Ventilbetätigungselement oder ein gemeinsames Betätigungssystem oder ein Betätigungselement oder ein Betätigungssystem zur variablen Ventilsteuerzeit gesteuert werden. Die verschiedenen Ventilsteuersysteme können verwendet werden, um eine Zeitsteuerung, eine Öffnungsdauer und einen Hub des Einlassventils 4 und des Auslassventils 8 zu variieren.
  • Der Zylinder 130 kann ein Verdichtungsverhältnis aufweisen, was ein Verhältnis von dem Volumen des Kolbens 136 am unteren Totpunkt zu dem am oberen Totpunkt ist. Üblicherweise liegt das Verdichtungsverhältnis in einem Bereich von 9:1 bis 10:1. In einigen Beispielen, bei denen andere Kraftstoffe verwendet werden, kann das Verdichtungsverhältnis jedoch erhöht sein. Dies kann zum Beispiel vorkommen, wenn Kraftstoffe mit einer höheren Oktanzahl oder Kraftstoffe mit einer höheren latenten Verdampfungsenthalpie verwendet werden. Das Verdichtungsverhältnis kann außerdem erhöht sein, wenn Direkteinspritzung verwendet wird, da sich diese auf das Motorklopfen auswirkt.
  • Als ein nichteinschränkendes Beispiel ist der Zylinder 130 eine Zylinderkraftstoffeinspritzvorrichtung 66 beinhaltend gezeigt. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 ist direkt an die Brennkammer 130 gekoppelt gezeigt, um Kraftstoff proportional zu einer Impulsbreite eines Signals FPW1, das von der Steuerung 12 über einen elektronischen Treiber 168 empfangen wird, direkt in diese einzuspritzen. Auf diese Weise stellt die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 sogenannte Direkteinspritzung (im Folgenden auch als „DI“ (direct injection) bezeichnet) von Kraftstoff in den Zylinder 130 bereit. In einem anderen Beispiel kann es sich bei der Einspritzvorrichtung 66 um eine Ansaugkanaleinspritzvorrichtung handeln, die Kraftstoff stromaufwärts des Zylinders 130 in die Ansaugöffnung bereitstellt. Während 1 zeigt, dass Kraftstoff über eine einzelne Einspritzvorrichtung in den Zylinder eingespritzt wird, kann der Motor alternativ betrieben werden, indem Kraftstoff über mehrere Einspritzvorrichtungen eingespritzt wird, wie etwa eine Direkteinspritzvorrichtung und eine Saugrohreinspritzvorrichtung. Zum Beispiel können sowohl Saugrohr- als auch Direkteinspritzvorrichtungen in einer Konfiguration beinhaltet sein, die als Saugrohrkraftstoff und Direkteinspritzung (port fuel and direct injection - PFDI) bekannt ist. In einer derartigen Konfiguration kann die Steuerung 12 eine relative Einspritzmenge von jeder Einspritzvorrichtung variieren.
  • Kraftstoff kann aus einem Hochdruckkraftstoffsystem 180, das einen oder mehrere Kraftstofftanks, eine oder mehrere Kraftstoffpumpen und einen Kraftstoffverteiler beinhaltet, an die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 abgegeben werden. Alternativ kann Kraftstoff bei einem niedrigeren Druck von einer einstufigen Kraftstoffpumpe zugeführt werden. Ferner können die Kraftstofftanks, wenngleich dies nicht gezeigt ist, einen Druckmessumformer beinhalten, welcher der Steuerung 12 ein Signal bereitstellt. Kraftstofftanks in dem Kraftstoffsystem 180 können Kraftstoff mit unterschiedlichen Kraftstoffeigenschaften enthalten, wie etwa mit unterschiedlichen Kraftstoffzusammensetzungen. Die Unterschiede können Unterschiede in Bezug auf den Alkoholgehalt, die Oktanzahl, Verdampfungswärme, Kraftstoffgemische und/oder Kombinationen daraus usw. beinhalten. Ein Beispiel für Kraftstoffe mit unterschiedlicher Verdampfungswärme beinhaltet Benzin als erste Kraftstoffart mit niedrigerer Verdampfungswärme und Ethanol als zweite Kraftstoffart mit größerer Verdampfungswärme. In einem anderen Beispiel kann der Motor Benzin als eine erste Kraftstoffart und ein alkoholhaltiges Kraftstoffgemisch, wie etwa E85 (das ungefähr zu 85 % aus Ethanol und zu 15 % aus Benzin besteht) oder M85 (das ungefähr zu 85 % aus Methanol und zu 15 % aus Benzin besteht), als eine zweite Kraftstoffart verwenden. Andere mögliche Substanzen beinhalten Wasser, Methanol, ein Gemisch aus Ethanol und Wasser, ein Gemisch aus Wasser und Methanol, ein Gemisch aus Alkoholen usw. Auf diese Weise werden Luft und Kraftstoff an den Zylinder 130 abgegeben, der ein brennbares Luft-Kraftstoff-Gemisch erzeugen kann.
  • Kraftstoff kann während eines einzelnen Zyklus des Zylinders 130 durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 dem Zylinder zugeführt werden. Ferner kann die Verteilung und/oder die verhältnismäßige Menge von Kraftstoff, die von der Zylinderkraftstoffeinspritzvorrichtung 66 zugeführt wird, je nach Betriebsbedingungen variieren. Außerdem können bei einem einzelnen Verbrennungsereignis mehrere Einspritzungen des abgegebenen Kraftstoffs pro Zyklus durchgeführt werden. Die mehreren Einspritzungen können während des Verdichtungstakts, Ansaugtakts oder einer beliebigen geeigneten Kombination davon durchgeführt werden.
  • In dem in 1 gezeigten Beispiel beinhaltet jeder Zylinder 130 des Motors 10 eine Vorkammer 138 zum Einleiten der Verbrennung. Die Vorkammer 138 ist durch Vorkammerwände 139 definiert und beinhaltet eine Zündkerze 92, eine Lufteinspritzvorrichtung 94 und eine Vorkammerkraftstoffeinspritzvorrichtung 96. Die Lufteinspritzvorrichtung 94 ist direkt an die Vorkammer 138 zum Einspritzen von Luft und/oder Sauerstoff in die Vorkammer gekoppelt. In einigen Beispielen ist die Lufteinspritzvorrichtung 94 eine elektromagnetische (z. B. Solenoid-) Einspritzvorrichtung. Eines oder mehrere von Umgebungsluft, Sauerstoff und einem anderen brennbaren Gas können der Lufteinspritzvorrichtung 94 von einer Vorkammerluftquelle 190 zugeführt werden. In einigen Beispielen ist die Lufteinspritzvorrichtung 94 eine elektromagnetische (z. B. Solenoid-) Einspritzvorrichtung und kann Luft und/oder O2 im Verhältnis zu einer Pulsbreite einer Signal-APW (adaptiven Pulsbreite), die von der Steuerung 12 über die Vorkammerluftquelle 190 empfangen wird, einspritzen. Es ist zu beachten, dass sich der Begriff „Luft“ in Bezug auf die Vorkammerluftquelle 190 in dieser Schrift auf Umgebungsluft, Sauerstoff (z. B. O2), Wasserstoff (z. B. H2) oder ein Gemisch derartiger Gase beziehen kann. In einigen Beispielen versorgt die Vorkammerluftquelle 190 die Lufteinspritzvorrichtung 94 mit Umgebungsluft aus einem Luftansaugkanal des Motors, die vor der Einspritzung in einem druckbeaufschlagten Tank gespeichert werden kann. In anderen Beispielen versorgt die Vorkammerluftquelle 190 die Lufteinspritzvorrichtung 94 mit bordseitig erzeugtem O2, das vor der Einspritzung in einem druckbeaufschlagten Tank gespeichert werden kann. Zum Beispiel kann der druckbeaufschlagte Tank der Vorkammerluftquelle 190 durch eine zugehörige Pumpe auf einem gewünschten Druck gehalten werden. Eine Druckdifferenz zwischen dem druckbeaufschlagten Tank und der Vorkammer und eine offene Zeit der Lufteinspritzvorrichtung 94 (z. B. wie durch die Impulsbreite der Signal-APW bestimmt) kann beispielsweise die Luft- oder O2-Masse bestimmen, die der Vorkammer 138 zugeführt wird.
  • Die Vorkammerkraftstoffeinspritzvorrichtung 96 ist direkt an die Vorkammer 138 gekoppelt gezeigt, um Kraftstoff proportional zu einer Impulsbreite eines Signals FPW2, das von der Steuerung 12 über einen elektronischen Treiber 172 empfangen wird, direkt in diese einzuspritzen. Kraftstoff kann der Vorkammerkraftstoffeinspritzvorrichtung 96 durch das vorstehend beschriebene Hochdruckkraftstoffsystem 180 bereitgestellt werden. Alternativ kann der Vorkammerkraftstoffeinspritzvorrichtung 96 Kraftstoff aus einem dedizierten Vorkammerkraftstoffsystem bereitgestellt werden, das in dem Hochdruckkraftstoffsystem 180 beinhaltet sein oder von diesem eigenständig sein kann. Somit werden sowohl Luft als auch Kraftstoff in die Vorkammer 138 abgegeben, was ein Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis (LKV) erzeugen kann, das sich von einem LKV im Zylinder 130 unterscheiden kann. In einem Beispiel kann das LKV in der Vorkammer 138 fetter sein (z. B. einen höheren Kraftstoffanteil aufweisen) als das LKV im Zylinder 130. In einem weiteren Beispiel kann das LKV in der Vorkammer das gleiche sein wie das LKV in dem Zylinder sein. In noch einem weiteren Beispiel kann das LKV in der Vorkammer 138 magerer sein (z. B. einen höheren Luftanteil aufweisen) als das LKV im Zylinder 130.
  • Ferner können die Vorkammerwände 139 eine Vielzahl von Öffnungen beinhalten, wie etwa eine Öffnung 142, die in 1 gezeigt ist. Die Öffnung 142 stellt einen Durchlass zwischen der Vorkammer 138 und dem Zylinder 130 bereit, wodurch ein Innenraum der Vorkammer 138 mit einem Innenraum des Zylinders 130 fluidisch gekoppelt ist. Demnach können Gase während einiger Bedingungen zwischen dem Inneren der Vorkammer 138 und dem Inneren des Zylinders 130 strömen. Zum Beispiel können Gase (z. B. Luft, Kraftstoff und/oder verbleibende Verbrennungsgase) durch die Öffnung 142 mit einer Richtung und Geschwindigkeit auf Grundlage eines Druckunterschieds an der Öffnung 142 (z. B. zwischen dem Inneren der Vorkammer 138 und dem Inneren des Zylinders 130) strömen. Die Öffnung 142 (zusammen mit beliebigen anderen Öffnungen in den Vorkammerwänden 139) kann auch eine Zündflamme von der Vorkammer 138 zum Zylinder 130 bereitstellen, wie nachstehend ausgeführt wird.
  • Bei ausgewählten Betriebsmodi kann ein Zündsystem 88 als Reaktion auf ein Frühzündungssignal SA (Spark Advance) von der Steuerung 12 der Vorkammer 138 über die Zündkerze 92 einen Zündfunken bereitstellen. Eine Zeitsteuerung des Signals SA kann auf Grundlage der Motorbetriebsbedingungen und eines Fahrerdrehmomentbedarfs angepasst werden. Zum Beispiel kann eine Zündung bei einem Zeitpunkt mit maximalem Bremsmoment (maximum brake torque - MBT) bereitgestellt werden, um die Leistung und den Wirkungsgrad des Motors zu maximieren. Die Steuerung 12 kann Motorbetriebsbedingungen, die Motordrehzahl, Motorlast und LKV beinhalten, in eine Lookup-Tabelle eingeben, die den entsprechenden MBT-Zeitpunkt für die eingegebenen Motorbetriebsbedingungen ausgeben kann. In anderen Beispielen kann der Zündfunken vom MBT verzögert werden, um ein Auftreten von Klopfen zu verhindern. In noch anderen Beispielen kann der Zündfunken vom MBT verzögert werden, um das Motordrehmoment zu verringern, wie etwa aufgrund einer Senkung des vom Fahrer angeforderten Drehmoments oder eines Getriebegangschaltereignisses. Wenn die Zündkerze 92 der Vorkammer 138 den Zündfunken bereitstellt, kann das Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Vorkammer verbrennen, wobei der erhöhte Verbrennungsdruck Flammenstrahlen über die Vielzahl von Öffnungen in den Vorkammerwänden 139, welche die Öffnung 142 beinhaltet, in den Zylinder 130 sendet. Die Vielzahl von Öffnungen kann derartig angeordnet sein, dass die Flammenstrahlen gleichmäßig im Zylinder 130 verteilt sind. Die Flammenstrahlen können das Luft-Kraftstoff-Gemisch im Zylinder 130 entzünden, wodurch eine Verbrennung verursacht wird. Nach der Verbrennung kann ein Gemisch von Abgasen aus sowohl der Vorkammer 138 als auch dem Zylinder 130 über ein Öffnen des Auslassventils 48 aus dem Zylinder 130 ausgestoßen werden.
  • Der Motor 10 kann mindestens teilweise durch die Steuerung 12 und durch eine Eingabe von einem Fahrzeugführer 113 über ein Gaspedal 116 und einen Gaspedalpositionssensor 118 und über ein Bremspedal 117 und einen Bremspedalpositionssensor 119 gesteuert werden. Der Gaspedalpositionssensor 118 kann ein Pedalpositionssignal (pedal position - PP) an die Steuerung 12 senden, das einer Position des Gaspedals 116 entspricht, und der Bremspedalpositionssensor 119 kann ein Bremspedalpositionssignal (brake pedal position - BPP) an die Steuerung 12 senden, das einer Position des Bremspedals 117 entspricht. Die Steuerung 12 ist in 1 als ein Mikrocomputer gezeigt, der eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingangs-/Ausgangsports 104, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, das in diesem konkreten Beispiel als Festwertspeicher 106 gezeigt ist, Direktzugriffsspeicher 108, Keep-Alive-Speicher 110 und einen Datenbus beinhaltet. Der Festwertspeicher 106 des Speichermediums kann mit computerlesbare Daten programmiert sein, die Anweisungen darstellen, die durch den Mikroprozessor 102 ausgeführt werden können, um die in dieser Schrift beschriebenen Verfahren und Programme sowie andere Varianten durchzuführen, die vorweggenommen, jedoch nicht ausdrücklich aufgeführt werden.
  • Die Steuerung 12 kann zusätzlich zu den zuvor erörterten Signalen verschiedene Signale von an den Motor 10 gekoppelten Sensoren empfangen, einschließlich einer Messung des eingespeisten Luftmassenstroms (mass air flow - MAF) von einem Luftmassenstromsensor 123, eines Motorkühlmitteltemperatursignals (engine coolant temperature - ECT) von einem Temperatursensor 112, der an eine Kühlhülse 114 gekoppelt ist, eines Signals EGO von einem Abgassensor 128, der durch die Steuerung 12 verwendet werden kann, um das LKV des Abgases zu bestimmen, eines Abgastemperatursignals (exhaust gas temperature signal - EGT) von einem Temperatursensor 158, der an den Abgaskanal 135 gekoppelt ist, eines Profilzündungsaufnahmesignals (PIP-Signals) (profile ignition pickup - PIP) von einem Hall-Effekt-Sensor 120 (oder einer anderen Art), der an die Kurbelwelle 140 gekoppelt ist, einer Drosselposition (throttle position - TP) von einem Drosselpositionssensor, der an die Drossel 62 gekoppelt ist, und eines Absolutkrümmerdrucksignals (absolute manifold pressure - MAP) von einem MAP-Sensor 122, der an den Ansaugkrümmer 44 gekoppelt ist. Ein Motordrehzahlsignal, RPM, kann durch die Steuerung 12 anhand des Signals PIP erzeugt werden. Das Krümmerdrucksignal MAP von dem Krümmerdrucksensor kann verwendet werden, um eine Angabe von Vakuum oder Druck in dem Ansaugkrümmer bereitzustellen.
  • Auf Grundlage von Eingaben von einem oder mehreren der vorstehend genannten Sensoren kann die Steuerung 12 ein oder mehrere Aktoren einstellen, wie etwa die Zylinderkraftstoffeinspritzvorrichtung 66, die Drossel 62, die Zündkerze 92, die Vorkammerkraftstoffeinspritzvorrichtung 96, die Vorkammerlufteinspritzvorrichtung 94, die Einlass-/Auslassventile und -nocken usw. Die Steuerung kann Eingangsdaten von den verschiedenen Sensoren empfangen, die Eingangsdaten verarbeiten und die Aktoren als Reaktion auf die verarbeiteten Eingangsdaten auf Grundlage einer Anweisung oder eines Codes, die bzw. der darin programmiert ist und einer oder mehreren Routinen entspricht, auslösen, wofür unter Bezugnahme auf 2 ein Beispiel beschrieben ist.
  • In einigen Beispielen kann das Fahrzeug 5 ein Hybridfahrzeug mit mehreren Drehmomentquellen sein, die einem oder mehreren Fahrzeugrädern 160 zur Verfügung stehen. In anderen Beispielen handelt es sich bei dem Fahrzeug 5 um ein herkömmliches Fahrzeug nur mit einem Motor. In dem in 1 gezeigten Beispiel beinhaltet das Fahrzeug den Motor 10 und eine elektrische Maschine 161. Die elektrische Maschine 161 kann ein Elektromotor oder ein Motorgenerator sein und kann somit in dieser Schrift auch als elektrischer Motor bezeichnet werden. Die elektrische Maschine 161 nimmt elektrische Leistung aus einer Traktionsbatterie 170 auf, um den Fahrzeugrädern 160 Drehmoment bereitzustellen. Die elektrische Maschine 161 kann auch als Generator betrieben werden, um zum Beispiel während eines Bremsbetriebs elektrische Leistung zum Aufladen der Batterie 170 bereitzustellen.
  • Die Kurbelwelle 140 des Motors 10 und die elektrische Maschine 161 sind über ein Getriebe 167 mit den Fahrzeugrädern 160 verbunden, wenn eine oder mehrere Kupplungen 166 eingekuppelt sind. In dem abgebildeten Beispiel ist eine erste Kupplung 166 zwischen der Kurbelwelle 140 und der elektrischen Maschine 161 bereitgestellt und eine zweite Kupplung 166 ist zwischen der elektrischen Maschine 161 und dem Getriebe 167 bereitgestellt. Die Steuerung 12 kann ein Signal an einen Aktor jeder Kupplung 166 senden, um die Kupplung einzukuppeln oder auszukuppeln, um so die Kurbelwelle 140 mit bzw. von der elektrischen Maschine 161 und den damit verbundenen Komponenten zu verbinden oder zu trennen und/oder um die elektrische Maschine 161 mit bzw. von dem Getriebe 167 und den damit verbundenen Komponenten zu verbinden oder zu trennen. Das Getriebe 167 kann ein Schaltgetriebe, ein Planetengetriebe oder eine andere Getriebeart sein. Der Antriebsstrang kann auf unterschiedliche Weisen konfiguriert sein, die als Parallel-, Serien- oder Serien-Parallel-Hybridfahrzeug beinhalten.
  • Wie vorstehend beschrieben, zeigt 1 lediglich einen Zylinder eines Mehrzylindermotors. Demnach kann jeder Zylinder gleichermaßen einen eigenen Satz von Einlass-/Auslassventilen, (eine) Kraftstoffeinspritzvorrichtung(en), eine Zündkerze usw. beinhalten. Es versteht sich, dass der Motor 10 eine beliebige geeignete Anzahl von Zylindern, einschließlich 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 oder mehr Zylinder, beinhalten kann. Ferner kann jeder dieser Zylinder einige oder alle der verschiedenen Komponenten beinhalten, die in 1 unter Bezugnahme auf den Zylinder 130 beschrieben und abgebildet sind.
  • Wie vorstehend ausgeführt, kann das Hochdruck-AGR-System 83 selektiv Abgase (z. B. externe AGR) in den Ansaugkrümmer 44 des Zylinders 130 einführen. Das Einführen einer externen AGR, wie etwa der durch das Hochdruck-AGR-System 83 bereitgestellten externen AGR, kann die Verbrennungseigenschaften eines oder mehrerer Verbrennungsereignisse im Zylinder 130 einstellen. Zum Beispiel kann das Erhöhen einer Menge an externer AGR ein Luft-Kraftstoff-Gemisch im Zylinder verdünnen, was eine Spitzentemperatur im Zylinder reduzieren kann. Als weiteres Beispiel kann das Einführen einer externen AGR eine Effizienz eines Motorsystems relativ zu Motorsystemen, die keine externe AGR beinhalten, erhöhen. Jedoch können externe AGR-Systeme nach einer Anforderung für externe AGR im Zylinder eine Verzögerung erfahren. Ferner kann das Einstellen einer Zusammensetzung der externen AGR andere Aspekte der Motorleistung beeinflussen, wie etwa das LKV und Emissionen des Zylinders.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben vorteilhafterweise erkannt, dass AGR über eine aktive Vorkammer bereitgestellt werden kann, die in jeden Zylinder integriert ist, wie etwa die Vorkammer 138 aus 1. Zum Beispiel kann ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Vorkammer nach Schließen des Einlassventils verbrannt werden und Abgase von diesem Vorkammerverbrennungsereignis können vor Verbrennung in den Zylinder strömen, wodurch eine Vorkammer-AGR bereitgestellt wird. Das Bereitstellen der Vorkammer-AGR kann die Verbrennungseigenschaften des Zylinders ändern, wie zum Beispiel eine Verbrennungsrate, Zündfähigkeit, Luftladungsmenge und Verdünnung des Luft-Kraftstoff-Gemischs. Als ein Beispiel kann die Vorkammer-AGR nichtreaktives Verbrennungsabgas, unverbrannten Sauerstoff (O2), Wasserstoffgas (H2) und unverbrannte Kohlenwasserstoffe (z. B. unverbrannten Kraftstoff) beinhalten.
  • Das Bereitstellen der Vorkammer-AGR kann mehrere Leistungssteigerungen gegenüber der externen AGR bereitstellen, die durch ein externes AGR-System, wie etwa das Hochdruck-AGR-System 83 aus 1, bereitgestellt wird. Als ein Beispiel kann eine Menge und Zusammensetzung der bereitgestellten Vorkammer-AGR bei jedem Verbrennungszyklus eingestellt werden, wodurch eine Verzögerung nach einer Anforderung von AGR reduziert wird. Um zum Beispiel eine Menge an H2 und eine Menge an unverbranntem Kraftstoff in der Vorkammer-AGR zu erhöhen, kann die Vorkammer fett betrieben werden (z. B. mit einem LKV von weniger als der Stöchiometrie). Als weiteres Beispiel kann, um eine Luftladung des Zylinders zu erhöhen, die Vorkammer mager betrieben werden (z. B. mit einem LKV größer als Stöchiometrie), um eine O2-Menge in der Vorkammer-AGR zu erhöhen. Darüber hinaus kann die Vorkammer-AGR für jeden Zylinder im Motor unterschiedlich eingestellt werden. In einigen Beispielen kann die Vorkammer-AGR in Kombination mit externer AGR (und/oder interner AGR, die über variable Nockenanpassungseinstellungen erzeugt wird) verwendet werden, um gewünschte Verbrennungseigenschaften in jedem Zylinder zu erzielen. Als ein Beispiel kann Vorkammer-AGR verwendet werden, um eine Verteilung von externer AGR über die Zylinder des Motors auszugleichen, da einige Zylinder aufgrund ihrer relativen Nähe zu einem AGR-Einlass einen höheren Anteil an externer AGR aufnehmen können als andere Zylinder. Somit können unterschiedliche Zylinder mit einer unterschiedlichen Menge an Vorkammer-AGR betrieben werden, um im Wesentlichen die gleiche Menge an Gesamt-AGR für jeden Zylinder bereitzustellen, wie zum Beispiel über einen Kurbelwellenbeschleunigungsausgleich zwischen Zylindern bestimmt. Als weiteres Beispiel kann, wenn die Vorkammer-AGR in Kombination mit externer AGR verwendet wird, die Vorkammer-AGR ohne wesentliche Verzögerung als Reaktion auf eine Änderung der Motorbetriebsbedingungen, wie etwa eine Änderung der Motorlast, reduziert werden, was ermöglicht, dass eine bereitgestellte AGR-Gesamtmenge schnell reduziert werden kann, obwohl die externe AGR langsamer reduziert werden kann.
  • Ferner können in aktiven Vorkammerzündsystemen, wie etwa der in 1 gezeigten Zylinderkonfiguration, Vorkammergase vor der Zylinderverbrennung in den entsprechenden Zylinder eintreten, was das LKV im Zylinder ändern kann. Vorkammergase können Luft, die in die Vorkammer eingespritzt wird, und aus der Vorkammer gespülte Restgase (z. B. Abgase aus einer vorhergehenden Verbrennung) beinhalten. Zum Beispiel kann ein Bruchteil der in die Vorkammer eingespritzten Luft vor der Zylinderverbrennung in den entsprechenden Zylinder strömen. Als ein weiteres Beispiel können die Vorkammerrestgase vor der Zylinderverbrennung in den Zylinder strömen. Als noch ein weiteres Beispiel führt das Bereitstellen einer Vorkammer-AGR, wie vorstehend ausgeführt, Vorkammergase ein, die das LKV im Zylinder verändern können. Die Zugabe derartiger Vorkammergase in den Zylinder kann dazu führen, dass der Zylinder mit einem anderen LKV als dem befohlenen LKV betrieben wird. Wenn zum Beispiel Vorkammerluft (z. B. in die Vorkammer eingespritzte Luft) vor der Zylinderverbrennung in den Zylinder eintritt, kann das LKV des Zylinders magerer sein (z. B. ein höheres Verhältnis von Luft zu Kraftstoff aufweisen) als befohlen. Als ein weiteres Beispiel kann, wenn kraftstoffreiche Restgase vor der Zylinderverbrennung in den Zylinder gespült werden, das Gesamt-LKV des Zylinders fetter sein (z. B. ein geringeres Verhältnis von Luft zu Kraftstoff aufweisen) als befohlen. Derartige LKV-Abweichungen (z. B. nicht befohlener magerer Betrieb und/oder nicht befohlener fetter Betrieb) können zum Beispiel Fahrzeugemissionen erhöhen. Verfahren zum Kompensieren der Zugabe von Vorkammergasen in den Zylinder kompensieren, einschließlich der Zugabe von Vorkammer-AGR, sind erwünscht, um Kraftstoffzufuhrfehler in dem Zylinder zu reduzieren.
  • Daher zeigt 2 ein beispielhaftes Verfahren zum Betreiben eines Motors mit einem aktiven Vorkammersystem, das verwendet werden kann, um bedarfsgerechte AGR zu erzeugen und/oder Zündung bereitzustellen, während ein gewünschtes LKV in einem Zylinder aufrechterhalten wird. Das Verfahren 200 wird in Bezug auf den Motor 10 und die Zylinderkonfiguration, die in 1 gezeigt sind, beschrieben, obwohl das Verfahren 200 in anderen Systemen angewendet werden kann, die eine Vorkammer mit einer Zündkerze, einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung und einer Luft-/O2-Einspritzvorrichtung beinhalten. Ferner wird das Verfahren 200 für ein Paar aus Vorkammer und Zylinder beschrieben, obwohl es sich versteht, dass das Verfahren 200 für jeden Zylinder des Motors gleichzeitig und/oder aufeinanderfolgend ausgeführt werden kann. Zum Beispiel kann eine Zusammensetzung von Gasen aus der Vorkammer, die als AGR bereitgestellt wird, von Zylinder zu Zylinder und/oder Verbrennungszyklus zu Verbrennungszyklus variieren. Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens 200 und der übrigen in dieser Schrift beinhalteten Verfahren können durch eine Steuerung (wie etwa die Steuerung 12 aus 1) auf Grundlage von auf einem Speicher der Steuerung gespeicherten Anweisungen und in Verbindung mit Signalen ausgeführt werden, die von Sensoren des Motorsystems, wie etwa den vorstehend unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Sensoren, empfangen werden. Die Steuerung kann Aktoren des Motorsystems einsetzen, einschließlich einer Vorkammerkraftstoffeinspritzvorrichtung (z. B. die Vorkammereinspritzvorrichtung 96 aus 1), einer Vorkammerzündkerze (z. B. die Vorkammerzündkerze 92 aus 1) und einer Vorkammerlufteinspritzvorrichtung (z. B. die in 1 gezeigte Vorkammerlufteinspritzvorrichtung 94) und eine Zylinderkraftstoffeinspritzvorrichtung (z. B. Zylinderkraftstoffeinspritzvorrichtung 66 aus 1), um den Motorbetrieb gemäß den nachstehend beschriebenen Verfahren einzustellen.
  • Bei 202 beinhaltet das Verfahren 200 Schätzen und/oder Messen von Betriebsbedingungen. Die Betriebsbedingungen können zum Beispiel Fahrzeuggeschwindigkeit, Motordrehzahl, Motorlast, eine Motortemperatur, ein Abgas-LKV, eine Gaspedalstellung, eine Bremspedalstellung, ein Ansaugluftstrom, eine Stellung einer Drossel (z. B. Drosselstellung) und eine Position eines AGR-Ventils (z. B. AGR-Ventil 80 aus 1) beinhalten. Die Betriebsbedingungen können durch einen oder mehrere Sensoren gemessen werden, die kommunikativ an die Steuerung gekoppelt sind, oder können auf Grundlage verfügbarer Daten abgeleitet werden. Zum Beispiel kann die Gaspedalposition durch einen Beschleunigungsstellungssensor gemessen werden, wie etwa den Gaspedalpositionssensor 118 aus 1, und die Bremspedalposition kann durch einen Bremspedalpositionssensor gemessen werden, wie etwa den Bremspedalpositionssensor 119 aus 1. Zusammen können die Gaspedalposition und die Bremspedalposition eine angeforderte Menge an Motordrehmoment angeben. Als ein weiteres Beispiel kann das Abgas-LKV auf Grundlage eines Sauerstoffpegels bestimmt werden, der durch eine Lambdasonde detektiert wird, wie etwa der Abgassensor 128 aus 1. Gleichermaßen kann die Drosselposition unter Verwendung eines an das Drosselventil gekoppelten Drosselpositionssensors gemessen werden. Ferner kann eine Menge oder Strömungsrate der bereitgestellten externen AGR zumindest in einigen Beispielen auf Grundlage der Position des AGR-Ventils bestimmt werden. Als noch ein weiteres Beispiel kann der Ansaugluftstrom auf Grundlage einer Messung von einem Luftmassenstromsensor (MAF-Sensor), wie etwa dem in 1 gezeigten MAF-Sensor 123, bestimmt werden. Als weiteres Beispiel kann die Steuerung eine Ausgabe von einem Drosselpositionssensor (TP-Sensor) verwenden, um eine Position des Drosselventils zu bestimmen.
  • Das Schätzen und/oder Messen von Betriebsbedingungen beinhaltet ferner Schätzen des Zylinderdrucks, was einen Spitzendruck des Zylinders beinhaltet. Zum Beispiel kann die Steuerung eine charakteristische Beziehung zwischen einem Zylinderdruck und einer Kolbenposition schätzen und/oder bestimmen. Unter kurzer Bezugnahme auf 6 ist ein beispielhafter Verlauf 600 einer charakteristischen Beziehung zwischen einem Druck eines Zylinders und einer Kolbenposition des Zylinders während eines Ansaugtakts, eines Verdichtungstakts und eines Arbeitstakts des Zylinders gezeigt. Im Verlauf 600 zeigt die vertikale Achse den Zylinderdruck. Die horizontale Achse zeigt die Kolbenposition relativ zum oberen Totpunkt (OT) und unteren Totpunkt (UT) während des Verdichtungstakts und des Arbeitstakts des Zylinders.
  • Der Verlauf 600 beinhaltet eine nichtlineare Kurve 602, die die Beziehung zwischen dem Zylinderdruck und der Kolbenposition veranschaulicht. Eine Steuerung, wie etwa die Steuerung 12 der 1, kann den Zylinderdruck, einschließlich eines Spitzendrucks des Zylinders, zum Beispiel auf Grundlage des Idealen Gasgesetzes schätzen, das eine Beziehung zwischen Volumen, Druck und Temperatur für einen geschlossenen Behälter eines Gases angibt. Insbesondere besagt das Ideale Gasgesetz, dass ein Druck des Gases und ein Volumen des Gases umgekehrt proportional sind. Wenn sich zum Beispiel die Kolbenposition bei UT befindet, ist das Zylindervolumen groß und somit ist der Zylinderdruck niedrig. Als ein weiteres Beispiel ist das Zylindervolumen gering, wenn sich die Kolbenposition der OT (gezeigt durch eine gestrichelte Linie 616) nähert, und somit ist der Zylinderdruck höher. Der Spitzendruck des Zylinders (z. B. Pp) kann erreicht sein, wenn das Zylindervolumen bei OT am geringsten ist. Im hierin verwendeten Sinne ist der Spitzendruck des Zylinders als der maximale Luftdruck in dem Zylinder auf Grundlage des Zylindervolumens definiert und ist durch eine gestrichelte Linie 604 gezeigt. Obwohl der Zylinderdruck während der Verbrennung weiter ansteigen kann, sind die Verbrennungsdrücke durch die Kurve 602 nicht dargestellt. Ferner kann der Spitzendruck des Zylinders gemäß den Motorbetriebsbedingungen variieren. Als ein Beispiel kann der Spitzendruck des Zylinders bei Betriebsbedingungen mit niedriger Last relativ zu dem Spitzendruck des Zylinders bei Betriebsbedingungen mit hoher Last niedriger sein. Das heißt, wenn der Motor mit einer offeneren Drossel arbeitet, tritt mehr Luft in den Motor ein, was zu einem höheren Spitzendruck des Zylinders während des Verdichtungstakts vor der Zündung und Verbrennung führt.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 2 kann die Steuerung somit auf Grundlage der charakteristischen Beziehung zwischen Kolbenposition und Zylinderdruck den Druck in dem Zylinder während eines gesamten Verbrennungszyklus schätzen. Insbesondere wird eine Luftladung (z. B. eine Luftmasse im Zylinder, die während eines Ansaugtakts eingespeist wird), die auf Grundlage des Ansaugkrümmerdrucks (z. B. MAP) bestimmt werden kann, zusammen mit einem Volumen des Zylinders benutzt, um den Zylinderdruck zu bestimmen (z. B. über das Ideale Gasgesetz). Zum Beispiel kann das Volumen des Zylinders während eines gesamten Verbrennungszyklus auf Grundlage von Kolbenposition, Kurbelposition, Hub, Bohrung und Pleuelstangenlänge geschätzt werden. Als ein Beispiel kann die Steuerung die aktuellen Betriebsbedingungen, wie etwa Motordrehzahl, Motortemperatur und Ansaugkrümmerdruck, in ein(e) oder mehrere Lookup-Tabellen, Funktionen oder Kennfelder eingeben, die den geschätzten Zylinderdruck relativ zur Kolbenposition ausgeben können. Ferner kann die Steuerung den Spitzendruck des Zylinders durch Eingeben der aktuellen Betriebsbedingungen, wie etwa Motordrehzahl, Motortemperatur und Ansaugkrümmerdruck, in ein(e) oder mehrere Lookup-Tabellen, Funktionen oder Kennfelder schätzen. In einigen Beispielen kann die Steuerung den geschätzten Zylinderdruck, einschließlich des Spitzendrucks des Zylinders, in Echtzeit oder in vorbestimmten Intervallen aktiv berechnen, während die Steuerung in anderen Beispielen auf vorbestimmte Schätzungen zugreifen kann, die in Lookup-Tabellen und/oder Kennfeldern im Steuerungsspeicher gemäß den Motorbetriebsbedingungen gespeichert sind.
  • Bei 204 beinhaltet das Verfahren 200 Bestimmen, ob eine Vorkammer-AGR angefordert wird. Da die Zusammensetzung der Vorkammer-AGR eingestellt werden kann, wie nachstehend ausführlicher ausgeführt ist, kann die Vorkammer-AGR über einen größeren Bereich von Betriebsbedingungen als die externe AGR angefordert werden, um eine Vielfalt von Verbrennungseigenschaften oder -wirkungen zu erzielen. Ferner kann die Vorkammer-AGR zusätzlich zu oder als eine Alternative zu externer AGR angefordert werden. Die Vorkammer-AGR-Zusammensetzung kann im Allgemeinen als inert, fett oder mager klassifiziert werden, und die unterschiedlichen Zusammensetzungen können während bestimmter Betriebsbedingungen angefordert werden, um unterschiedliche Wirkungen auf die Zylinderverbrennung zu erzeugen.
  • Als ein Beispiel kann eine inerte Vorkammer-AGR erwünscht sein, um eine Motorverdünnung zu erhöhen, wodurch eine Kraftstoffeffizienz und eine Emissionsqualität erhöht werden. Im ersten Beispiel kann die inerte Vorkammer-AGR bei niedrigen bis mittleren Motorlasten angefordert werden und die Vorkammer kann in einem ersten AGR-Modus betrieben werden. Zum Beispiel kann die inerte Vorkammer-AGR im Wesentlichen inerte (z. B. nicht reaktive) Gase beinhalten, die durch stöchiometrische Verbrennung in der Vorkammer erzeugt werden. Somit kann im ersten Beispiel die inerte Vorkammer-AGR als Reaktion darauf angefordert werden, dass die Motorlast innerhalb eines Schwellenbereichs liegt, der durch eine erste, niedrigere Schwellenlast und eine zweite, höhere Schwellenlast definiert ist. Die erste Schwellenlast bezieht sich auf eine Nicht-Null-Motorlast, unter der die Verdünnung die Verbrennungsstabilität verringern kann, und die zweite Schwellenlast bezieht sich auf eine andere Nicht-Null-Motorlast, über der die Verdünnung eine Leistungsausgabe des Motors verringern kann. Zusätzlich kann die inerte Vorkammer-AGR erwünscht sein, nachdem ein Abgaskatalysator (z. B. die Emissionssteuervorrichtung 178 aus 1) seine Anspringtemperatur erreicht hat, da die inerte Vorkammer-AGR Verbrennungstemperaturen senken kann. Daher kann in einigen Beispielen die inerte Vorkammer-AGR als Reaktion darauf angefordert werden, dass die Motorlast innerhalb des Schwellenbereichs liegt, während der Motor warm ist (z. B. befindet sich der Katalysator über seiner Anspringtemperatur).
  • Als zweites Beispiel kann eine fette Vorkammer-AGR angefordert werden, um die Verbrennung zu unterstützen. Im zweiten Beispiel kann die fette Vorkammer-AGR durch fette Verbrennung in der Vorkammer erzeugt werden und kann eine relativ große Konzentration von Wasserstoffgas (z. B. H2) beinhalten, das bei Vorhandensein von Sauerstoff gut verbrennt. Daher kann im zweiten Beispiel die fette Vorkammer-AGR als Reaktion auf Bedingungen einer verringerten Verbrennungsstabilität im Zylinder angefordert werden und kann die Vorkammer in einem zweiten AGR-Modus betrieben werden. Die Bedingungen einer verringerten Verbrennungsstabilität können Betreiben des Motors mit relativ hohen Verdünnungen beinhalten, wie etwa, wenn relativ hohe Mengen an externer AGR bereitgestellt werden. Zum Beispiel kann fette Vorkammer-AGR mit einer relativ großen Konzentration von H2 angefordert werden, wenn eine Menge an externer AGR eine Schwellenmenge an externer AGR überschreitet. Die Schwellenmenge an externer AGR kann eine vorbestimmte Menge an externer AGR ungleich null sein, über der ein Auftreten von Fehlzündung erhöht werden kann. Zusätzlich oder alternativ dazu können die Bedingungen einer verringerten Verbrennungsstabilität beinhalten, dass die Motortemperatur unter einer Schwellenmotortemperatur liegt. Die Schwellenmotortemperatur kann ein positiver Temperaturwert ungleich null sein, der zum Beispiel Motorkaltstarts von Motorwarmstarts unterscheidet.
  • Als drittes Beispiel kann eine magere Vorkammer-AGR angefordert werden, um eine Luftladung des Zylinders darüber zu erhöhen, was über ein Einlassventil eingespeist wird. Im dritten Beispiel kann die zusätzliche Luftladung, die durch die magere Vorkammer-AGR bereitgestellt wird, eine Leistungsausgabe des Zylinders erhöhen, indem eine entsprechende Erhöhung der Kraftstoffzufuhr ermöglicht wird. Somit kann im dritten Beispiel die magere Vorkammer-AGR als Reaktion darauf angefordert werden, dass die angeforderte Menge an Motordrehmoment (oder Motorleistung) ein Schwellendrehmoment (oder eine Schwellenleistung) übersteigt, und die Vorkammer kann in einem dritten AGR-Modus betrieben werden. Das Schwellenwertdrehmoment (oder die Schwellenleistung) bezieht sich auf einen Wert eines positiven Drehmoments (oder einer Leistung) ungleich null, über dem die Ansaugtakteinspeisung allein nicht in der Lage ist, eine ausreichend große Luftladung bereitzustellen, um den Bedarf zu decken.
  • Eine oder alle der vorstehenden Bedingungen aus einem beliebigen des ersten bis dritten Beispiels können vorliegen, damit die Vorkammer-AGR angefordert wird. Somit beinhaltet das Anfordern der Vorkammer-AGR Anfordern einer beliebigen von der inerten Vorkammer-AGR (z. B. Anfordern, die Vorkammer im ersten AGR-Modus zu betreiben), der fetten Vorkammer-AGR (z. B. Anfordern, die Vorkammer im zweiten AGR-Modus zu betreiben) oder der mageren Vorkammer-AGR (z. B. Anfordern, die Vorkammer im dritten AGR-Modus zu betreiben). Somit kann die Vorkammer auf Grundlage der Art der angeforderten AGR in drei verschiedenen AGR-Modi betrieben werden, wie nachstehend ausgeführt wird.
  • Wenn keine Vorkammer-AGR angefordert wird, geht das Verfahren 200 zu 206 über und beinhaltet den Nichtbetrieb der Vorkammer. Das heißt, die Vorkammer wird nicht betrieben, um dem Zylinder AGR bereitzustellen, obwohl es sich versteht, dass Vorkammergase immer noch passiv strömen können und/oder aktiv zum Zylinder gespült werden können. Zum Beispiel kann die Vorkammer betrieben werden, um dem Zylinder eine Zündung bereitzustellen, was dazu führen kann, dass Vorkammerverbrennungsgase in den Zylinder entweichen, selbst wenn die Vorkammer nicht speziell betrieben wird, um Vorkammer-AGR bereitzustellen. Das Betreiben der Vorkammer, um dem Zylinder eine Zündung bereitzustellen, wird nachstehend ab 214 näher erläutert.
  • Wenn stattdessen bei 204 eine Vorkammer-AGR angefordert wird, geht das Verfahren 200 zu 208 über und beinhaltet Bestimmen einer gewünschten Zusammensetzung der Vorkammer-AGR. Die Zusammensetzung der Vorkammer-AGR kann variierende Anteile von verbranntem Abgas (das ein Gemisch aus Kohlenmonoxid, Wasserdampf, Stickoxiden und Wasserstoffgas beinhalten kann), unverbrannter Luft und/oder unverbranntem Kraftstoff beinhalten. Als ein Beispiel kann, wenn die Vorkammer-AGR zum Erhöhen der Verdünnung angefordert wird (z. B. durch Betreiben der Vorkammer in dem in Bezug auf 204 beschriebenen ersten AGR-Modus), die gewünschte Zusammensetzung der Vorkammer-AGR im Wesentlichen keine unverbrannte Luft und unverbrannter Kraftstoff beinhalten. Als anderes Beispiel kann, wenn die Vorkammer-AGR zur Unterstützung der Verbrennung angefordert wird (z. B. durch Betreiben der Vorkammer in dem in Bezug auf 204 beschriebenen zweiten AGR-Modus), die gewünschte Zusammensetzung der Vorkammer-AGR einen relativ hohen Anteil von Wasserstoffgas beinhalten. Als weiteres Beispiel kann, wenn die Vorkammer-AGR zum Erhöhen der Luftladung des Zylinders angefordert wird (z. B. durch Betreiben der Vorkammer in dem in Bezug auf 204 beschriebenen dritten AGR-Modus), die gewünschte Zusammensetzung der Vorkammer-AGR im Wesentlichen einen relativ hohen Anteil unverbrannter Luft beinhalten, wie etwa im wesentlichen sämtlich unverbrannte Luft.
  • Als ein Beispiel kann die Steuerung eine oder mehrere Betriebsbedingungen, wie etwa die Motordrehzahl, die Motorlast, die angeforderte Menge an Drehmoment, die Motortemperatur und die bereitgestellte Menge an externer AGR in eine oder mehrere Lookup-Tabellen oder Kennfelder eingeben, die die gewünschte Zusammensetzung der Vorkammer-AGR für die Eingabebedingungen ausgeben können. Als anderes Beispiel kann die Steuerung die gewünschte Zusammensetzung der Vorkammer-AGR unter Verwendung von Logikregeln bestimmen, die von der Motordrehzahl, der Motorlast, der angeforderten Menge an Drehmoment, der Motortemperatur und der bereitgestellten Menge an externer AGR abhängig sind. Zum Beispiel kann die Steuerung sowohl eine externe AGR als auch eine Vorkammer-AGR anweisen, um eine gewünschte Menge an Verdünnung im Zylinder zu erreichen. Dies kann schnelle Änderungen der Verdünnung ermöglichen, da die Vorkammer-AGR ohne Verzögerung über die Verbrennungszyklen reduziert (z. B. gestoppt) oder erhöht werden kann. Daher kann die externe AGR einen ersten Anteil (z. B. ersten Prozentsatz) der gewünschten Verdünnungsmenge umfassen und die Vorkammer-AGR kann einen zweiten Anteil (z. B. zweiten Prozentsatz) der gewünschten Verdünnungsmenge umfassen. In einigen Beispielen ist der erste Anteil größer als der zweite Anteil, während in anderen Beispielen der zweite Anteil größer oder gleich dem ersten Anteil ist. Ferner kann die Steuerung in einigen Beispielen den ersten Anteil und den zweiten Anteil in Abhängigkeit von den Motorbetriebsbedingungen, wie etwa der Motorlast und der Motortemperatur, bestimmen, während in anderen Beispielen der erste Anteil und der zweite Anteil feste Werte sind, die über alle Betriebsbedingungen hinweg angewendet werden, bei denen eine externe AGR angefordert wird. Ob variabel oder fest, der zweite Anteil kann kalibriert werden, um ein Auftreten von Fehlzündung während schneller Lastabnahmen (z. B. Pedalfregabeereignisse) zu reduzieren. Zum Beispiel kann als Reaktion auf das Pedalfreigabeereignis die Vorkammer-AGR (z. B. der zweite Anteil einer bereitgestellten Gesamtmenge an AGR) sofort abgeschaltet werden, während die Reduktion der externen AGR (z. B. des ersten Anteils der bereitgestellten Gesamtmenge an AGR) mit einer gewissen Verzögerung aufgrund eines Ansaugkrümmervolumens auftreten kann.
  • In einigen Beispielen kann die Steuerung ferner ein gewünschtes Zylinder-LKV berücksichtigen. Wie nachstehend bei 220 ausgeführt, wird, um den Zylinder mit dem gewünschten Zylinder-LKV zu betreiben, entweder die gewünschte Zusammensetzung der Vorkammer-AGR proaktiv eingestellt, um das gewünschte Zylinder-LKV ohne zusätzliche Einstellungen der Zylinderkraftstoffzufuhr zu erzeugen, oder die Zylinderkraftstoffzufuhr wird eingestellt, um das gewünschte Zylinder-LKV zu erzeugen, indem die Zusammensetzung der Vorkammergase berücksichtigt wird. Zum Beispiel wird während des Betriebs in einem ersten LKV-Kompensationsmodus die Vorkammer-AGR proaktiv eingestellt, sodass keine Zylinder-LKV- und Kraftstoffzufuhrstörungen erzeugt werden. Im Gegensatz dazu kann bei Betrieb in einem zweiten LKV-Kompensationsmodus die Zylinderkraftstoffzufuhr auf Grundlage der Menge und der Zusammensetzung der Vorkammergase im Zylinder eingestellt werden. Der erste LKV-Kompensationsmodus kann bei Betrieb im ersten Vorkammer-AGR-Modus ausgewählt werden, und der zweite LKV-Kompensationsmodus kann bei Betrieb im zweiten oder dritten Vorkammer-AGR-Modus ausgewählt werden, zumindest in einigen Beispielen.
  • In einigen Beispielen kann die Steuerung die gewünschte Zusammensetzung der Vorkammer-AGR mit einem Vorkammer-LKV zum Erzeugen einer Vorkammer-AGR mit der gewünschten Zusammensetzung (z. B. einem Vorkammer-LKV zum Erzeugen von AGR) assoziieren. Zum Beispiel kann die Steuerung eine Lookup-Tabelle oder ein Kennfeld speichern, die bzw. das die Zusammensetzung der Vorkammer-AGR mit dem Vorkammer-LKV in Beziehung setzt, wie etwa in 3 gezeigt. Unter kurzer Bezugnahme auf 3 zeigt ein Diagramm 300 eine beispielhafte Beziehung zwischen einem Vorkammer-LKV und einer Zusammensetzung der Vorkammer-AGR. Eine relative Menge an H2 ist in Verlauf 302 gezeigt, eine relative Menge an unverbrannten Kohlenwasserstoffen ist in Verlauf 304 gezeigt und eine relative Menge an O2 ist in Verlauf 306 gezeigt. Ferner ist die Stöchiometrie durch die gestrichelte Linie 308 gezeigt. Für alle der vorstehenden Ausführungen zeigt die vertikale Achse eine relative Gasmenge in der Vorkammer-AGR, wobei die Menge auf der vertikalen Achse von unten nach oben zunimmt. Die horizontale Achse zeigt das Vorkammer-LKV, wobei der Vorkammer-LKV-Wert entlang der horizontalen Achse von links nach rechts zunimmt. Das Vorkammer-LKV ist ebenfalls relativ zur Stöchiometrie gezeigt (gestrichelte Linie 308). Magere Vorkammer-LKV befinden sich rechts von der Stöchiometrie (gestrichelte Linie 308), während fette Vorkammer-LKV links von der Stöchiometrie liegen (gestrichelte Linie 308).
  • Wie in Diagramm 300 gezeigt, ist eine relative Menge an H2 bei extrem fetten Vorkammer-LKV hoch (Verlauf 302) (z. B. deutlich geringer als die Stöchiometrie). Ferner nimmt die relative Menge an H2 ab, wenn sich das relative Vorkammer-LKV auf Stöchiometrie erhöht, und es ist fast kein H2 im stöchiometrischen Abgasgemisch vorhanden (Verlauf 302). Wie in Verlauf 302 gezeigt, bleibt die relative Menge von H2 bei allen Vorkammer-LKV, die größer als die Stöchiometrie sind (z. B. mager im Vergleich zur Stöchiometrie), nahe null.
  • Ähnlich wie die relative Menge an H2, die in Verlauf 302 gezeigt ist, ist die relative Menge unverbrannter Kohlenwasserstoffe (Verlauf 304) bei extrem fetten Vorkammer-LKV hoch (z. B. deutlich geringer als die Stöchiometrie). Die relative Menge an unverbrannten Kohlenwasserstoffen nimmt ab, wenn das relative Vorkammer-LKV in Richtung Stöchiometrie zunimmt, und ist bei Stöchiometrie ungefähr null (Verlauf 304). Zum Beispiel wird per Definition im Wesentlichen der gesamte Kraftstoff verbraucht, wenn die Vorkammer bei Stöchiometrie betrieben wird, was im Wesentlichen zu keinen unverbrannten Kohlenwasserstoffen führt. Die relative Menge an unverbrannten Kohlenwasserstoffen bleibt nahe null, wenn das relative Vorkammer-LKV über die Stöchiometrie ansteigt. Bei extrem mageren LKVs nimmt die relative Menge an unverbrannten Kohlenwasserstoffen jedoch aufgrund unvollständiger Verbrennung schnell zu (Verlauf 304). Ferner nimmt bei extrem mageren LKV die Wahrscheinlichkeit einer Zylinderfehlzündung zu.
  • Im Gegensatz zu der relativen Menge an H2 (Verlauf 302) und der relativen Menge an Kohlenwasserstoffen (Verlauf 304) kann die relative Menge an O2 für alle Vorkammer-LKV, die relativ zur Stöchiometrie fett sind, ungefähr null sein, wie in Verlauf 306 gezeigt. Jedoch kann die Menge an O2 bei Vorkammer-LKVs, die relativ zur Stöchiometrie mager sind, in Bezug auf das relative Vorkammer-LKV linear zunehmen (Verlauf 306).
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 2 kann die Steuerung in einigen Beispielen das Vorkammer-LKV zum Erzeugen von AGR (z. B. das Vorkammer-LKV zum Erzeugen von Vorkammer-AGR mit der gewünschten Zusammensetzung) unter Verwendung der Lookup-Tabelle oder des Kennfelds, die bzw. das das Vorkammer-LKV mit der Vorkammer-AGR-Zusammensetzung in Beziehung setzt, bestimmen, wie etwa die beispielhafte Beziehung, die in 3 gezeigt ist. Zum Beispiel kann die Steuerung die gewünschte Zusammensetzung der Vorkammer-AGR in eine oder mehrere Lookup-Tabellen, Diagramme oder Funktionen eingeben, die das Vorkammer-LKV zum Erzeugen von AGR mit der gewünschten Zusammensetzung ausgeben können. Das Vorkammer-LKV zum Erzeugen von AGR ist das LKV für ein Vorkammerverbrennungsereignis, das konkret verwendet wird, um die Vorkammer-AGR zu erzeugen (gegenüber einem Vorkammer-LKV zum Bereitstellen von Zündung, wie nachstehend bei 218 ausgeführt ist).
  • In einigen Beispielen kann die Steuerung das Vorkammer-LKV zum Erzeugen von AGR auf Grundlage der gewünschten Zusammensetzung der Vorkammer-AGR aktiv berechnen, während die Steuerung in anderen Beispielen auf vorbestimmte Schätzungen zugreifen kann, die in Lookup-Tabellen und/oder Kennfelder im Steuerungsspeicher gemäß den Motorbetriebsbedingungen gespeichert sind. Als ein Beispiel kann, wenn die gewünschte Zusammensetzung der Vorkammer-AGR im Wesentlichen keine unverbrannte Luft und unverbrannten Kraftstoff beinhaltet, das Vorkammer-LKV zum Erzeugen von AGR stöchiometrisch sein. Als anderes Beispiel, wenn die gewünschte Zusammensetzung der Vorkammer-AGR einen relativ hohen Anteil an Wasserstoffgas beinhaltet, kann das Vorkammer-LKV zum Erzeugen von AGR relativ zur Stöchiometrie fett sein. Als weiteres Beispiel, wenn die gewünschte Zusammensetzung der Vorkammer-AGR einen relativ hohen Anteil an Wasserstoffgas beinhaltet, kann das Vorkammer-LKV zum Erzeugen von AGR relativ zur Stöchiometrie fett sein. In noch anderen Beispielen kann die gewünschte Vorkammer-AGR-Zusammensetzung jedoch keine Verbrennungsprodukte beinhalten (z. B. kann sie nur Luft oder nur unverbrannten Kraftstoff beinhalten) und somit kann die Steuerung das Vorkammer-LKV zum Erzeugen von AGR nicht bestimmen.
  • Bei 210 beinhaltet das Verfahren 200 Durchführen von Vorkammereinspritzungen auf Grundlage der gewünschten Vorkammer-AGR-Zusammensetzung. In einigen Beispielen können sowohl Kraftstoff als auch Luft auf Grundlage der gewünschten Zusammensetzung der Vorkammer-AGR in die Vorkammer eingespritzt werden. Zum Beispiel können Luft und Kraftstoff auf Grundlage des Vorkammer-LKV zum Erzeugen von AGR eingespritzt werden, wie bei 208 bestimmt. In einigen Beispielen kann die eingespritzte Luft Umgebungsluft aus einem Ansaugkrümmer des Motors sein, während in anderen Beispielen die Vorkammerlufteinspritzvorrichtung fahrzeugintern erzeugtes O2 oder ein anderes brennbares Gas, wie etwa H2, bereitstellen kann. Beispielsweise kann die Steuerung eine Luftmenge und eine Kraftstoffmenge bestimmen, indem die Motorbetriebsbedingungen, einschließlich der Kolbenposition und des Vorkammer-LKV zur Erzeugung der AGR, in eine oder mehrere Lookup-Tabellen, Algorithmen oder Kennfelder eingegeben werden, die die gewünschte Luftmenge und die gewünschte Kraftstoffmenge ausgeben kann. Nach dem Bestimmen der Luftmenge kann die Steuerung die Luftmenge durch Einstellen der Impulsbreite eines an die Vorkammerlufteinspritzvorrichtung gesendeten Betätigungssignals einspritzen. Ferner kann die Steuerung die Kraftstoffmenge durch Einstellen der Impulsbreite eines an die Vorkammerkraftstoffeinspritzvorrichtung gesendeten Betätigungssignals, wie etwa das in 1 gezeigte FPW2, einspritzen. Der eingespritzte Kraftstoff kann sich mit der eingespritzten Luft vermischen, um ein Luft-Kraftstoff-Gemisch zu bilden, welches das Vorkammer-LKV zum Erzeugen von AGR aufweist. Auf diese Weise kann die Steuerung Vorkammereinspritzungen auf Grundlage der gewünschten Vorkammer-AGR-Zusammensetzung durchführen.
  • In anderen Beispielen kann nur Luft auf Grundlage der gewünschten Zusammensetzung der Vorkammer-AGR in die Vorkammer eingespritzt werden. Wenn zum Beispiel die gewünschte Zusammensetzung der Vorkammer-AGR im Wesentlichen vollständig unverbrannte Luft ist, ist die gewünschte Kraftstoffmenge null, und die Steuerung kann die gewünschte Luftmenge in die Vorkammer einspritzen, ohne Kraftstoff in die Vorkammer einzuspritzen.
  • Bei 212 beinhaltet das Verfahren 200 optional Betätigen der Vorkammerzündkerze nach Schließen des Einlassventils, wodurch das AGR-Vorkammerverbrennungsereignis erzeugt wird. Die Zündkerze kann nach Schließen des Einlassventils betätigt werden, wenn sowohl Luft als auch Kraftstoff bei 210 in die Vorkammer eingespritzt werden, um beispielsweise das Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Vorkammer zu verbrennen. Beispielsweise kann die Steuerung ein Steuersignal (z. B. das Signal SA) erzeugen, das an ein Zündsystem (z. B. das Zündsystem 88 aus 1) gesendet wird, um die Vorkammerzündkerze als Reaktion auf Schließen des Einlassventils zu betätigen. Das Erzeugen des Funken in der Vorkammer kann bewirken, dass das Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Vorkammer verbrennt. In einigen Beispielen, wie etwa wenn nur Luft bei 210 in die Vorkammer eingespritzt wird, kann die Zündkerze bei 212 nicht betätigt werden und das AGR-Vorkammerverbrennungsereignis kann nicht auftreten.
  • Bei 214 beinhaltet das Verfahren 200 das Bestimmen eines gewünschten Vorkammer-LKV zur Zündung. Das gewünschte Vorkammer-LKV zur Zündung kann als ein Beispiel durch die Steuerung auf Grundlage des LKV des Zylinders derart bestimmt werden, dass die Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemischs in der Vorkammer ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder zündet, während Emissionen minimiert werden. Zum Beispiel kann die Steuerung das LKV des Zylinders und die aktuellen Motorbetriebsbedingungen, wie etwa Motortemperatur und Kraftstoffzusammensetzung, in ein(e) oder mehrere Lookup-Tabellen, Funktionen und Kennfelder eingeben, die das gewünschte Vorkammer-LKV ausgeben können, um eine Verbrennung zu erreichen. Als ein Beispiel kann das gewünschte Vorkammer-LKV zur Zündung Stöchiometrie sein. Als anderes Beispiel kann das gewünschte Vorkammer-LKV zur Zündung relativ zu Stöchiometrie während einer Motorkaltstartbedingung fett sein, was zum Beispiel die Verbrennungsstabilität in der Kaltstartbedingung erhöhen kann. Als noch ein anderes Beispiel kann das gewünschte Vorkammer-LKV zur Zündung fetter als die Stöchiometrie sein, wenn Kraftstoffe mit höheren Verdampfungstemperaturen, wie etwa E85, verwendet werden, um verdampften Kraftstoff, der an der Verbrennung teilnimmt, und nicht verdampften Kraftstoff, der nicht an der Verbrennung teilnimmt, zu berücksichtigen, um eine im Wesentlichen stöchiometrische Verbrennung mit dem verdampften Kraftstoff zu erreichen. Als noch ein weiteres Beispiel kann das gewünschte Vorkammer-LKV zur Zündung von der Stöchiometrie ausgehend eingestellt werden, wenn ein Betriebs-LKV des Zylinders von der Stöchiometrie ausgehend derart eingestellt wird, dass, wenn die Verbrennungsgase aus dem Zylinder und der Vorkammer kombiniert werden, die kombinierten Gase ein LKV aufweisen, das ungefähr gleich Stöchiometrie ist. Das gewünschte Vorkammer-LKV zur Zündung kann sich von dem Vorkammer-LKV zum Erzeugen von AGR (falls zutreffend) unterscheiden, um gewünschte Zündungseigenschaften bereitzustellen.
  • Bei 216 beinhaltet das Verfahren 200 Einspritzen von Luft und/oder O2 in die Vorkammer während des Verdichtungstakts mit einem Druck, der größer als oder gleich dem Spitzendruck des Zylinders während des Verdichtungstakts ist. Ferner kann die Luft für jedes Einspritzereignis ein oder mehrere Male mit dem Druck eingespritzt werden, der höher als der Spitzendruck des Zylinders ist. Zum Beispiel kann eine erste Lufteinspritzung eine Spüleinspritzung sein, die Vorkammerabgase herausdrückt, die aus einem vorhergehenden Verbrennungsereignis in der Vorkammer verbleiben können, und kann eine zweite Lufteinspritzung für ein aktuelles Verbrennungsereignis bereitgestellt werden. Das vorherige Verbrennungsereignis kann von einem vorherigen Verbrennungszyklus (wie etwa, wenn das vorherige Verbrennungsereignis der Zündung dient) oder von einem gleichen Verbrennungszyklus (wie etwa, wenn das vorherige Verbrennungsereignis dem Erzeugen einer Vorkammer-AGR dient) stammen. Unter erneuter Bezugnahme auf 6 kann die Steuerung die Lufteinspritzungen während des Ansaugtakts und/oder des Verdichtungstakts auf Grundlage des Zylinderdrucks durchführen. Zum Beispiel kann die Steuerung die erste Lufteinspritzung während des Ansaugtakts des Zylinders und die zweite Lufteinspritzung während des Verdichtungstakts des Zylinders durchführen. Als weiteres Beispiel kann die Steuerung sowohl die erste Lufteinspritzung als auch die zweite Lufteinspritzung während des Verdichtungstakts des Zylinders durchführen. Als ein nicht einschränkendes Beispiel beinhaltet der Verlauf 600 einen ersten Spülbereich 606 zwischen einer Kolbenposition 610 und einer Kolbenposition 612 und einen zweiten Spülbereich 607 zwischen einer Kolbenposition 618 und einer Kolbenposition 620. Zum Beispiel kann die Steuerung die Spüleinspritzung während mindestens eines von dem ersten Spülbereich 607, der während des Ansaugtakts auftritt, und dem zweiten Spülbereich 606, der während des Verdichtungstakts auftritt, durchführen. In einigen Beispielen kann die Steuerung die erste Einspritzung (z. B. die Spüleinspritzung) zwischen dem ersten Spülbereich 607 und dem zweiten Spülbereich 606 aufteilen. Im zweiten Spülbereich 606 kann die Steuerung eine Lufteinspritzung in der Vorkammer befehlen, während der Druck im Zylinder an der Kolbenposition 610 niedrig ist, was das Spülen der Vorkammergase aus einem vorherigen Verbrennungszyklus und/oder einer Vorkammer-AGR-Verbrennung in den Zylinder fördern kann. Als weiteres nicht einschränkendes Beispiel kann die Steuerung eine Lufteinspritzung in die Vorkammer befehlen, nachdem sich das Auslassventil an der Kolbenposition 618 während des ersten Spülbereichs 607 geschlossen hat, wodurch Vorkammergase aus einem vorherigen Verbrennungszyklus in den Zylinder gespült werden können. Als weiteres nicht einschränkendes Beispiel beinhaltet der Verlauf 600 einen Einspritzbereich 608 zwischen der Kolbenposition 612 und einer Kolbenposition 614. In dem Einspritzbereich 608 kann Luft in die Vorkammer eingespritzt werden, um vor der Vorkammerverbrennung Luft in die Vorkammer einzuführen.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 216 in 2 kann der Druck der Luft, die während jeder von der ersten Lufteinspritzung und der zweiten Lufteinspritzung in die Vorkammer eingespritzt wird, durch Eingeben von Motorbetriebsbedingungen (z. B. Motorlast und Motortemperatur) und des Spitzendrucks des Zylinders in ein(e) oder mehrere Lookup-Tabellen, Kennfelder oder Funktionen bestimmt werden, die einen Luftdruck ausgeben können, der größer als oder gleich dem Spitzenzylinderdruck für die Eingabebedingungen ist. Ferner wird die Luft in die Vorkammer eingespritzt, indem die Lufteinspritzvorrichtung zum Beispiel während des Verdichtungstakts betätigt wird. Zum Beispiel kann die Steuerung für jede von der ersten Lufteinspritzung und der zweiten Lufteinspritzung eine Impulsbreite eines an die Lufteinspritzvorrichtung gesendeten Betätigungssignals einstellen, um eine bestimmte Luftmenge (z. B. Umgebungsluft, O2, oder dergleichen) in die Vorkammer mit dem bestimmten Luftdruck einzuspritzen Das Einspritzen der ersten Lufteinspritzung mit dem Druck auf oder über dem Spitzendruck des Zylinders kann zum Beispiel das Spülen der Vorkammergase (z. B. Vorkammer-AGR oder Abgase aus einem vorherigen Zündungsereignis) in den Zylinder fördern. Als weiteres Beispiel kann das Einspritzen der zweiten Lufteinspritzung auf oder über dem Spitzendruck des Zylinders das Mischen von Luft und Kraftstoff in der Vorkammer erhöhen, was die Zündfähigkeit eines ersten Luft-Kraftstoff-Gemisches (z. B. des Luft-Kraftstoff-Gemisches in dem Vorkammer) erhöhen kann. Jedoch kann bei einigen Betriebsbedingungen, wie etwa einer Kraftstoffabschaltungsbedingung, eine einzelne Lufteinspritzung durchgeführt werden, um eine Menge an Sauerstoff, die aus der Vorkammer entweicht, zu verringern.
  • Bei 218 beinhaltet das Verfahren 200 Einspritzen von Kraftstoff in die Vorkammer mit einem Druck, der größer als der oder gleich dem Spitzendruck des Zylinders während des Verdichtungstakts ist. Ferner kann die Vorkammerkraftstoffeinspritzung während des Einspritzbereichs 608, der vorstehend bei 6 eingeführt wurde, durchgeführt werden. Vorkammerkraftstoff, der bei 218 eingespritzt wird, kann sich zum Beispiel während der zweiten Lufteinspritzung mit bei 216 eingespritzter Vorkammerluft vermischen und das Vorkammer-Luft-Kraftstoff-Gemisch zur Zündung erzeugen. Zum Beispiel wird eine gewünschte Kraftstoffmenge durch Betätigen der Kraftstoffeinspritzvorrichtung während des Verdichtungstakts in die Vorkammer eingespritzt. Die gewünschte Kraftstoffmenge kann gemäß dem gewünschten Vorkammer-LKV zur Zündung bestimmt werden. Der Druck des in die Vorkammer eingespritzten Kraftstoffs kann auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen durch Bezugnahme auf ein(e) oder mehrere Lookup-Tabellen, Kennfelder oder Funktionen bestimmt werden und kann ferner kalibriert werden, um die Verbrennungsstabilität zu fördern. Zum Beispiel kann die Steuerung eine Impulsbreite eines an die Kraftstoffeinspritzvorrichtung gesendeten Betätigungssignals einstellen, um die gewünschte Kraftstoffmenge mit dem bestimmten Kraftstoffdruck in die Vorkammer einzuspritzen. Das Einspritzen des Kraftstoffs über dem Spitzendruck des Zylinders kann zum Beispiel die Strömung in die Vorkammer fördern. Als weiteres Beispiel kann das Einspritzen des Kraftstoffs über dem Spitzendruck des Zylinders das Mischen von Luft und Kraftstoff in der Vorkammer erhöhen, was die Zündfähigkeit eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Vorkammer erhöhen kann. Durch Einspritzen von Luft in die Vorkammer bei 216 und Einspritzen von Kraftstoff in die Vorkammer bei 216 kann die Vorkammer mit einem Luft-Kraftstoff-Gemisch zur Zündung gefüllt werden.
  • Bei 220 beinhaltet das Verfahren 200 Bestimmen, ob der erste LKV-Kompensationsmodus ausgewählt ist. Wie vorstehend erwähnt, beinhaltet der erste LKV-Kompensationsmodus proaktives Einstellen von Vorkammergasen, einschließlich Vorkammer-AGR und/oder Abgasen aus der Vorkammerzündung, um ein gewünschtes LKV im Zylinder zu erzeugen. Im Gegensatz dazu wird in einem zweiten LKV-Kompensationsmodus die Zylinderkraftstoffzufuhr eingestellt, um die Menge und Zusammensetzung der Vorkammergase im Zylinder zu kompensieren. Der erste LKV-Kompensationsmodus kann bei Betrieb im ersten Vorkammer-AGR-Modus und/oder während stöchiometrische Gase aus der Vorkammer in den Zylinder gespült werden, ausgewählt werden. Der zweite LKV-Kompensationsmodus kann bei Betrieb im zweiten oder dritten Vorkammer-AGR-Modus und/oder während nicht-stöchiometrische (z. B. fette oder magere) Gase aus der Vorkammer in den Zylinder gespült werden, ausgewählt werden.
  • Als ein Beispiel kann die Steuerung auf Grundlage der gewünschten Zusammensetzung der Vorkammer-AGR und/oder des gewünschten Vorkammer-LKV zur Zündung bestimmen, ob der erste LKV-Kompensationsmodus ausgewählt ist oder nicht. Zum Beispiel kann die Steuerung bestimmen, dass der erste LKV-Kompensationsmodus ausgewählt ist, als Reaktion darauf, dass die gewünschte Zusammensetzung der Vorkammer-AGR (wenn enthalten) und der gewünschten Vorkammer-LKV zur Zündung zusammen stöchiometrisches Vorkammergas im Zylinder erzeugen. Als weiteres Beispiel kann die Steuerung bestimmen, dass der erste LKV-Kompensationsmodus nicht ausgewählt ist (z. B. ist der zweite LKV-Kompensationsmodus ausgewählt), als Reaktion darauf, dass die gewünschte Zusammensetzung der Vorkammer-AGR (wenn enthalten) und das gewünschte Vorkammer-LKV zur Zündung zusammen nichtstöchiometrisches Vorkammergas im Zylinder erzeugen.
  • Wenn die Steuerung bei 220 bestimmt, dass der erste LKV-Kompensationsmodus nicht ausgewählt ist, geht das Verfahren 200 zu 222 über und beinhaltet Bestimmen einer Menge und Zusammensetzung von Vorkammergasen in dem Zylinder. Die Vorkammergase im Zylinder können ein Gemisch aus sowohl der Vorkammer-AGR als auch den gespülten Vorkammergasen aus dem vorherigen Verbrennungszyklus beinhalten, und die Zusammensetzung kann ein Gemisch aus inertem Abgas, unverbranntem Kraftstoff und unverbrannter Luft beinhalten. Insofern kann das Bestimmen der Mengen der Vorkammergase in dem Zylinder Bestimmen einer Menge und einer Zusammensetzung eines (inerten) Abgases, das aus der Vorkammer gespült wird (oder eines Anteils des Abgases in einer Gesamtmenge der Vorkammergase), einer Menge unverbrannten Kraftstoffs, der aus der Vorkammer gespült wird (oder eines Anteils des unverbrannten Kraftstoffs in der Gesamtmenge der Vorkammergase) und einer Luftmenge, die aus der Vorkammer gespült wird (oder eines Anteils von Luft an der Gesamtmenge der Vorkammergase) beinhalten. Als ein Beispiel kann die Menge an Abgasen, die aus der Vorkammer gespült wird, auf Grundlage des Vorkammer-LKV zum Erzeugen von AGR und einem Volumen von aus der Vorkammer gespülten Abgasen, das gleich einem Volumen der Vorkammer in der Vorkammer sein kann, bestimmt werden. Somit kann in einigen Beispielen die Menge an Abgasen, die aus der Vorkammer gespült wird, auf Grundlage einer bekannten Beziehung zwischen dem Zylinderdruck, einer Geometrie der Vorkammer und einer Geometrie der Vorkammeröffnungen unter Bezugnahme auf ein(e) oder mehrere Lookup-Tabellen, Kennfelder oder Funktionen bestimmt werden. Zum Beispiel kann die Steuerung den Zylinderdruck auf Grundlage einer Kolbenposition während der Vorkammerabgasspülung (z. B. bei 216) schätzen und kann die Menge an Abgas durch Eingeben des geschätzten Zylinderdrucks in ein(e) oder mehrere Lookup-Tabellen, Kennfelder oder Funktionen bestimmen. Als weiteres Beispiel kann die Zusammensetzung der Vorkammergase im Zylinder auf Grundlage der bekannten Beziehung zwischen dem Vorkammer-LKV und der Zusammensetzung der Vorkammer-AGR bestimmt werden, wie vorstehend in 3 erläutert. Zum Beispiel kann die Steuerung das Vorkammer-LKV für AGR in eine oder mehrere Lookup-Tabellen, Kennfelder oder Funktionen eingeben, die die Zusammensetzung der Vorkammergase in dem Zylinder ausgeben können.
  • Bei 224 beinhaltet das Verfahren 200 Bestimmen der Zylinderkraftstoffzufuhr auf Grundlage der Menge und Zusammensetzung von Vorkammergasen im Zylinder und einem gewünschten Zylinder-LKV. Insbesondere kann das Bestimmen der Zylinderkraftstoffzufuhr ein Bestimmen einer Kraftstoffmenge zur Einspritzung im Zylinder beinhalten, um den Zylinder mit einem gewünschten LKV zu betreiben. Das gewünschte LKV für den Zylinder kann zum Beispiel stöchiometrisch sein. In anderen Beispielen kann das gewünschte LKV für den Zylinder niedriger (z. B. fetter) oder höher (z. B. magerer) als stöchiometrisch sein. Die Steuerung kann die Kraftstoffmenge zur Einspritzung in dem Zylinder auf Grundlage des gewünschten LKV, der Mengen an Vorkammergasen in dem Zylinder und einer Luftmenge, die während des Ansaugtaktes in den Zylinder eingespeist wird, bestimmen. Zum Beispiel kann die Kraftstoffmenge zur Einspritzung in dem Zylinder gleich der in den Zylinder eingespeisten Luftmasse, addiert zu der Luftmenge, die aus der Vorkammer gespült wird, abzüglich der Abgasmenge, die aus der Vorkammer gespült wird, abzüglich der Menge an unverbranntem Kraftstoff, die aus der Vorkammer gespült wird, sein. In einem Beispiel, wenn die Steuerung bestimmt, dass sich zusätzliche unverbrannte Luft in dem Zylinder befindet (z. B. aus der Vorkammer gespült), kann sie die Zylinderkraftstoffzufuhrmenge erhöhen, um die Stöchiometrie im Zylinder beizubehalten. In einem weiteren Beispiel, wenn die Steuerung bestimmt, dass sich kraftstoffreiche Vorkammergase im Zylinder befinden, kann sie die Zylinderkraftstoffzufuhrmenge verringern, um die Stöchiometrie in dem Zylinder beizubehalten. Auch wenn Luft und Kraftstoff während des Einspritzbereichs 608 der 6 in die Vorkammer entweichen können, kann eine derartige Leckage zum Beispiel als stöchiometrisch angesehen werden und wird bei der Zylinderkraftstoffeinstellung möglicherweise nicht kompensiert. Die Steuerung kann die während des Ansaugtakts eingespeiste Luftmenge auf Grundlage einer Ausgabe von einem oder mehreren von dem MAP-Sensor, dem Drosselpositionssensor und dem MAF-Sensor, kombiniert mit einer Einlassventilöffnungszeit, unter Bezugnahme auf ein(e) oder mehrere Lookup-Tabellen, Kennfelder oder Funktionen bestimmen. Ferner kann in Zylinderkonfigurationen mit externer AGR, wie etwa der Zylinderkonfiguration aus 1, die Steuerung die bestimmte Zylinderkraftstoffzufuhr auf Grundlage einer Menge an AGR, die in den Zylinder strömt, und eines LKV der AGR durch Bezugnahme auf ein(e) oder mehrere Lookup-Tabellen, Diagramme oder Funktionen einstellen.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 220 geht das Verfahren 200, wenn die Steuerung bestimmt, dass der erste LKV-Kompensationsmodus ausgewählt ist, zu 226 über und beinhaltet Bestimmen der Zylinderkraftstoffzufuhr auf Grundlage des gewünschten Zylinder-LKV. Zum Beispiel kann die Steuerung das gewünschte Zylinder-LKV, die in den Zylinder eingeleitete Luftmenge und andere Motorbetriebsbedingungen in ein(e) oder mehrere Lookup-Tabellen, Kennfelder oder Funktionen eingeben, die die Kraftstoffmenge ausgeben können, die den Zylinder einzuspritzen ist. Das gewünschte Zylinder-LKV kann auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen, einschließlich Motorlast, Motortemperatur und Abgastemperatur, bestimmt werden. Zum Beispiel kann das gewünschte Zylinder-LKV etwa stöchiometrisch sein. Als weiteres Beispiel kann das gewünschte Zylinder-LKV relativ zur Stöchiometrie mager sein, um zum Beispiel eine Temperatur des Abgases zu erhöhen.
  • Bei 228 beinhaltet das Verfahren 200 Einspritzen von Zylinderkraftstoff in den Zylinder. Die Steuerung kann Zylinderkraftstoff auf Grundlage der bei 224 oder 226 bestimmten Zylinderkraftstoffmenge einspritzen. Zum Beispiel kann die Steuerung die Zylinderkraftstoffmenge durch Einstellen der Impulsbreite eines an die Zylinderkraftstoffeinspritzvorrichtung gesendeten Betätigungssignals, wie etwa das in 1 gezeigte FPW1, einspritzen. Der eingespritzte Kraftstoff kann sich mit den im Zylinder vorhandenen Gasen mischen, einschließlich der Vorkammergase und der während des Ansaugtakts eingespeisten Luft, um ein Luft-Kraftstoff-Gemisch zu bilden. Somit kann der Zylinder vor Verbrennung im Zylinder ein Gemisch aus eingespeister Luft, eingespritztem Kraftstoff und Vorkammergasen (z. B. der Vorkammer-AGR und/oder gespülten Gasen aus einem vorherigen Verbrennungszyklus) beinhalten. In einigen Beispielen kann der Zylinder ferner externe AGR beinhalten, die durch ein externes AGR-System bereitgestellt wird.
  • Bei 230 beinhaltet das Verfahren 200 Bestimmen eines gewünschten Zündzeitpunkts zum Bereitstellen von Zündung und Betätigen der Vorkammerzündkerze mit dem gewünschten Zündzeitpunkt, um Zylinderkraftstoff zu zünden. Das Bestimmen des gewünschten Vorkammerzündzeitpunkts kann Bestimmen beinhalten, wann das Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Vorkammer im Verhältnis zu einer Position eines Kolbens des Zylinders entzündet werden soll. Obwohl ein Zünden einer Zylinderzündkerze die Verbrennung in einem Zylinder eines herkömmlichen Fremdzündungsmotors induziert, induziert die Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemischs in der Vorkammer in einem Motor mit Vorkammerzündung eine Verbrennung im Zylinder. Somit kann, genau wie der Zylinderzündzeitpunkt im herkömmlichen Fremdzündungsmotor relativ zum Zündzeitpunkt für das maximale Bremsdrehmoment (MBT) auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen eingestellt werden kann, der Zeitpunkt des Vorkammerzündungsereignisses relativ zum MBT auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen verschoben werden, um einen gewünschten Zylinderzündzeitpunkt zu erzielen. Zum Beispiel kann der Vorkammerzündzeitpunkt relativ zum MBT-Zeitpunkt verzögert werden, um eine Abgastemperatur zu erhöhen, während der Vorkammerzündzeitpunkt näher zum MBT-Zeitpunkt vorverlegt werden kann, um eine Drehmomentausgabe des Zylinders zu erhöhen. Als ein anderes Beispiel kann, wenn der Motor grenzwertbegrenzt ist und nicht dazu in der Lage ist, zum MBT-Zeitpunkt betrieben zu werden, die Motorklopfsteuerung den Vorkammerzündzeitpunkt vorverlegen oder verzögern, um den Motor an dem Grenzbereich zu betreiben. In einem Beispiel kann die Steuerung eine oder mehrere Motorbetriebsbedingungen (z. B. Motordrehzahl, Motorlast, Abgastemperatur, Grenzklopfgrenze und Zylinder-LKV) in eine oder mehrere Lookup-Tabellen, Funktionen oder Kennfelder eingeben, um den Zündzeitpunkt zu bestimmen. Als weiteres Beispiel kann die Steuerung eine logische Bestimmung (z. B. hinsichtlich des Vorkammerzündzeitpunkts) auf Grundlage von Logikregeln vornehmen, die von der einen oder den mehreren Motorbetriebsbedingungen abhängen. Zudem kann die Steuerung ein Steuersignal erzeugen, das an das Zündsystem gesendet wird, um die Vorkammerzündkerze jedes Zylinders zum gewünschten Zündzeitpunkt zu betätigen. Das Erzeugen des Zündfunkens in der Vorkammer kann bewirken, dass das Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Vorkammer verbrennt, wodurch Heißgas- und Flammenstrahlen über eine Vielzahl von Löchern in den Vorkammerwänden in den Zylinder gesendet werden. Wenn der Zylinder außerdem ein brennbares Luft-Kraftstoff-Gemisch beinhaltet, zünden die Heißgas- und Flammenstrahlen das Luft-Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder. Nach 224 kann das Verfahren 200 enden. Zum Beispiel kann das Verfahren 200 während jedes Verbrennungszyklus wiederholt werden, um die Zylinderverbrennung über Vorkammer-AGR aktiv zu regeln.
  • Auf diese Weise können Verbrennungseigenschaften eines Zylinders eingestellt werden, indem vorteilhafterweise eine aktive Vorkammer verwendet wird, um eine Vorkammer-AGR bereitzustellen, wodurch die Verbrennungseigenschaften des Zylinders eingestellt werden. Ferner kann in einigen Beispielen die Zylinderkraftstoffzufuhr auf Grundlage der Zusammensetzung der Vorkammergase in dem Zylinder kompensiert werden, wohingegen in anderen Beispielen die Zusammensetzung der Vorkammergase proaktiv eingestellt werden kann, anstatt die Zylinderkraftstoffzufuhr einzustellen. In einigen Beispielen kann das Verfahren 200 während des Motornennbetriebs durchgehend laufen, um durchgehend eine Zylinderzündquelle bereitzustellen, wenn dies erforderlich ist. Das Verfahren 200 stellt die Vorteile einer aktiven Vorkammerzündung bereit und nutzt die aktive Vorkammer, um ein ansprechendes und einstellbares internes AGR-System bereitzustellen. Das Bereitstellen der Vorkammer-AGR kann das Steuern von Zylinderverbrennungseigenschaften ermöglichen, wie zum Beispiel Zündfähigkeit, Verbrennungsrate und Effizienz. Zum Beispiel kann das Bereitstellen einer Vorkammer-AGR für den Zylinder vor der Zylinderverbrennung Bereitstellen von zusätzlichem H2 beinhalten, was eine Zündfähigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Zylinder erhöhen kann. Somit kann durch Bereitstellen der Vorkammer-AGR über ein dediziertes Vorkammerverbrennungsereignis eine Leistung und Effizienz des Zylinders über einen Bereich von Betriebsbedingungen hinaus zusätzlich zu den Leistungsvorteilen, die durch die Vorkammerzündung geboten werden, erhöht werden.
  • Nun ist unter Bezugnahme auf 4 ein beispielhaftes Zeitdiagramm 400 des Betreibens eines Zylinders mit Vorkammer-AGR gezeigt. Der Zylinder kann zum Beispiel der Zylinder 130 des Motors 10 in 1 sein und kann ein Vorkammerzündsystem (z. B. Vorkammer 138 der 1) beinhalten. Das Zeitdiagramm 400 zeigt einen Ansaugtakt und einen Verdichtungstakt eines Verbrennungszyklus, wobei sich der Verbrennungszyklus (z. B. ein Zylinderzyklus) auf vier Takte (Ansaug-, Verdichtungs-, Arbeits- und Ausstoßtakt) eines Motorzyklus innerhalb eines Zylinders bezieht. Eine Kolbenposition in Bezug auf den oberen Totpunkt (OT), den unteren Totpunkt (UT) und die zwei Takte des Verbrennungszyklus (Ansaugtakt und Verdichtungstakt) ist in Verlauf 402 gezeigt. Ferner ist in Verlauf 404 ein Vorkammerkraftstoffeinspritzsignal gezeigt, ist in Verlauf 406 ein Vorkammerlufteinspritzsignal gezeigt, ist in Verlauf 408 ein Einlassventilhub gezeigt, ist in Verlauf 410 ein Auslassventilhub gezeigt, ist in Verlauf 412 ein Zylinderkraftstoffeinspritzsignal gezeigt und ist in Verlauf 414 ein Zündfunkenbetätigungssignal gezeigt. Für alle der vorstehenden Ausführungen stellt die waagerechte Achse die Motorstellung dar (z. B. in Kurbelwinkelgraden), wobei die Kurbelwinkelgrade (crank angle degree - CAD) von links nach rechts zunehmen. Die vertikale Achse stellt jeden bezeichneten Parameter dar. Für Verlauf 402 zeigt die vertikale Achse die Kolbenposition in Bezug auf den OT. Für jeden der Verläufe 404, 406, 412 und 414 gibt eine Zunahme der Größe des Parameters über null eine Betätigung der entsprechenden Einspritzvorrichtung oder Zündkerze an. Für die Verläufe 408 und 410 erhöht sich der Hub des entsprechenden Ventils von null nach oben auf der vertikale Achse. Ferner ist der Takt des Verbrennungszyklus oben im Zeitdiagramm 400 angegeben. Der Ansaugtakt entspricht einem Intervall von 0 CAD bis 180 CAD und der Verdichtungstakt entspricht einem Intervall von 180 CAD bis 360 CAD.
  • Zu Beginn des Ansaugtakts (z. B. bei 0 CAD) öffnet sich das Einlassventil (gestrichelter Verlauf 408), wodurch über einen Ansaugkrümmer und einen oder mehrere Ansaugkanäle Luft in den Zylinder eingeführt wird. Ferner kann sich eine Öffnungsdauer des Auslassventils mit einer Öffnungsdauer des Einlassventils überschneiden, sodass das Auslassventil bei 0 CAD offen ist (Verlauf 410). Unmittelbar nach Beginn des Ansaugtakts bei CAD1 schließt sich das Auslassventil (Verlauf 410), was zu einer positiven Ventilüberschneidung zwischen dem Einlassventil und dem Auslassventil führt. Unmittelbar nachdem sich das Auslassventil bei CAD1 schließt, wird Spülluft in die Vorkammer eingespritzt, um Verbrennungsgase aus dem vorherigen Verbrennungszyklus zu spülen. Zwischen 0 CAD und 180 CAD bewegt sich die Kolbenstellung zum Boden des Zylinders (Verlauf 402), um das Volumen innerhalb des Zylinders zu erhöhen. Unmittelbar vor dem Ende des Ansaugtakts bei CAD2 wird Kraftstoff wird über eine Vorkammerkraftstoffeinspritzvorrichtung (z. B. die Vorkammerkraftstoffeinspritzvorrichtung 96 aus 1) in die Vorkammer eingeführt (Verlauf 404) und Luft wird über eine Vorkammerlufteinspritzvorrichtung (z. B. die Lufteinspritzvorrichtung 94 aus 1) in die Vorkammer (Verlauf 406) eingeführt, was erstes Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Vorkammer bildet.
  • Als Nächstes schließt sich kurz nach dem Beginn des Verdichtungstakts bei CAD3 das Einlassventil (Verlauf 410), wodurch die Brennkammer gegenüber dem Ansaugkrümmer abgedichtet wird. In einem hierin als Zündung bezeichneten Prozess wird das erste Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Vorkammer über Betätigen einer Zündkerze (z. B. Zündkerze 92 aus 1) bei CAD3 (Verlauf 414) gezündet, was das erste Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Vorkammer verbrennt. Infolgedessen strahlen Flammen und heißes Gas in den Zylinder, während ein Teil des Abgases aus der Verbrennung in der Vorkammer verbleibt. Da dem Zylinder jedoch kein Kraftstoff zugeführt wird, strahlen die Flammen- und Heißgasstrahlen von dem Vorkammerverbrennungsereignis keine Zündung für den Zylinder aus und erzeugen kein Zylinderverbrennungsereignis. Ferner führt nach dem Verbrennen des Luft-Kraftstoff-Gemischs in der Vorkammer ein Lufteinspritzereignis bei CAD4 zusätzliche Spülluft in die Vorkammer ein (Verlauf 406). Das Einführen zusätzlicher Spülluft in die Vorkammer zwingt das Vorkammerabgas als Vorkammer-AGR in den Zylinder. Zum Beispiel kann ein Gemisch aus nicht reaktivem Verbrennungsabgas, wasserstoffreichem Abgas, unverbranntem Kraftstoff, unverbrannter Luft und Spülluft in den Zylinder strömen und die Verbrennungseigenschaften im Zylinder beeinflussen.
  • Während des Verdichtungstakts bewegt sich der Kolben in Richtung des Zylinderkopfes, um die Luft innerhalb des Zylinders zu verdichten (Verlauf 402). Bei CAD5 wird Kraftstoff wird über eine Vorkammerkraftstoffeinspritzvorrichtung in die Vorkammer eingeführt (Verlauf 404) und Luft wird über eine Vorkammerlufteinspritzvorrichtung in die Vorkammer (Verlauf 406) eingeführt, was zweites Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Vorkammer bildet. Ferner führt ein Zylinderkraftstoffeinspritzereignis bei CAD6 eine Menge an Zylinderkraftstoff in den Zylinder ein (Verlauf 412), sodass der eingespritzte Kraftstoff ein drittes Luft-Kraftstoff-Gemisch bildet, wobei Luft über den einen oder die mehreren Einlasskanäle und die Vorkammer-AGR in den Zylinder eingeführt wird
  • Unmittelbar vor dem OT des Verdichtungstakts bei CAD7 wird die Zündkerze betätigt (Verlauf 414), wodurch das zweite Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Vorkammer gezündet wird. Während der Vorkammerverbrennung entzünden Flammen- und Heißgasstrahlen das dritte Luft-Kraftstoff-Gemisch im Zylinder, wodurch eine Zündquelle für die Zylinderverbrennung bereitgestellt wird, die ein Drehmoment für den Motor erzeugt.
  • Auf diese Weise kann die Vorkammer-AGR durch ein erstes Vorkammerverbrennungsereignis in der Vorkammer bereitgestellt werden und die resultierenden Abgase können über eine Spüllufteinspritzung aus der Vorkammer in den Zylinder gespült werden. Wie im Verfahren aus 2 erörtert, kann die gewünschte Zusammensetzung der Vorkammer-AGR auf gewünschten Verbrennungseigenschaften des Zylinders basieren und über das Vorkammer-LKV während des ersten Verbrennungsereignisses (z. B. des ersten Vorkammer-LKV) gesteuert werden. Zum Beispiel kann die Zusammensetzung der Vorkammer-AGR durch Einstellen der in 4 gezeigten Signale eingestellt werden. Zum Beispiel kann das Vorkammer-LKV während des ersten Verbrennungsereignisses über Einstellen des Vorkammerlufteinspritzsignals (Verlauf 406) und des Vorkammerkraftstoffeinspritzsignals (Verlauf 404) gesteuert werden. In einem ersten Beispiel kann die Vorkammer-AGR verwendet werden, um die Verdünnung im Zylinder zu erhöhen, indem eine weitgehend inerte Vorkammer-AGR bereitgestellt wird, wie etwa durch Befehlen eines stöchiometrischen ersten Vorkammer-LKV während des ersten Verbrennungsereignisses. Zum Beispiel können die Menge an Vorkammerkraftstoff (Verlauf 404) und die Menge an Vorkammerluft (Verlauf 406), die bei CAD2 eingespritzt werden, auf Stöchiometrie eingestellt werden. In einem zweiten Beispiel kann Vorkammer-AGR verwendet werden, um die Zündfähigkeit zu erhöhen, indem eine Menge an H2 und unverbrannten Kohlenwasserstoffen in der Vorkammer-AGR erhöht wird, wie etwa durch Befehlen eines fetten ersten Vorkammer-LKV während des ersten Verbrennungsereignisses. Zum Beispiel können die Menge an Vorkammerkraftstoff (Verlauf 404) und die Menge an Vorkammerluft (Verlauf 406), die bei CAD2 eingespritzt wird, für ein fettes LKV eingestellt werden, wie etwa durch Erhöhen der relativen Menge an eingespritztem Kraftstoff und/oder durch Verringern der relativen eingespritzten Luftmenge. In einem dritten Beispiel kann die Vorkammer-AGR verwendet werden, um eine Luftladung des Zylinders durch Erhöhen der Sauerstoffmenge in der Vorkammer-AGR zu erhöhen. Um die Menge an O2 in der Vorkammer-AGR zu erhöhen, kann die Steuerung ein mageres erstes Vorkammer-LKV während des ersten Verbrennungsereignisses befehlen. Zum Beispiel kann die Steuerung die Menge an Vorkammerluft (Verlauf 406), die bei CAD2 eingespritzt wird, erhöhen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Steuerung die Menge an O2 in der Vorkammer-AGR erhöhen, indem O2 eingespritzt wird, während kein Kraftstoff eingespritzt wird und die Zündkerze nicht betätigt wird, um das erste Verbrennungsereignis in jedem Verbrennungszyklus bereitzustellen. Zum Beispiel kann die Steuerung bei CAD2 Vorkammerluft (Verlauf 406) einspritzen, aber bei CAD2 keinen Vorkammerkraftstoff (Verlauf 404) einspritzen und die Vorkammerzündkerze bei CAD3 nicht betätigen. Ferner kann die Vorkammer verwendet werden, um dem Zylinder eine Zündquelle bereitzustellen, die ein Luft-Kraftstoff-Gemisch im Zylinder entzündet und ein Drehmoment erzeugt.
  • Unter Bezugnahme auf 5 ist nun eine prophetische beispielhafte Zeitachse 500 zum Betreiben eines Zylinders mit einer Vorkammer gezeigt. Als Reaktion auf Motorbetriebsbedingungen kann die Vorkammer eine Vorkammer-AGR bereitstellen, um die Verbrennungseigenschaften des Zylinders einzustellen. Der Motor kann in 1 gezeigte Motor 10 sein und kann eine Steuerung (z. B. die Steuerung 12) beinhalten. Wie in 1 gezeigt, beinhaltet jeder Zylinder des Motors eine Zylinderkraftstoffeinspritzvorrichtung (z. B. Zylinderkraftstoffeinspritzvorrichtung 66) und eine Vorkammer (z. B. Vorkammer 138), die eine Vorkammerzündkerze (z. B. Zündkerze 92), eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung (z. B. eine Vorkammerkraftstoffeinspritzvorrichtung 96) und eine Vorkammerlufteinspritzvorrichtung (z. B. eine Vorkammerlufteinspritzvorrichtung 94) beinhaltet. Ein Vorkammer-AGR-Modus ist in Verlauf 502 gezeigt, ein Vorkammer-LKV zum Bereitstellen von AGR (z. B. ein erstes Vorkammer-LKV) ist in Verlauf 504 gezeigt, eine Zylinderkraftstoffmenge ist in Verlauf 506 gezeigt, eine Motorlast ist in Verlauf 508 gezeigt, eine Motortemperatur ist in Verlauf 510 gezeigt, eine Menge an externer AGR ist in Verlauf 512 gezeigt und ist angeforderte Menge an Drehmoment ist in Verlauf 514 gezeigt. Ferner ist eine Zylinderkraftstoffmenge für den Zylinderbetrieb ohne Vorkammer-AGR durch eine gestrichelte Linie 516 gezeigt. Somit ist die in Verlauf 506 gezeigte Zylinderkraftstoffmenge relativ zur Zylinderkraftstoffmenge ohne Vorkammer-AGR gezeigt (gestrichelte Linie 516), obwohl es sich versteht, dass sich ein Wert der Zylinderkraftstoffmenge ohne Vorkammer-AGR basierend auf Betriebsbedingungen ändern kann. Ferner ist eine erste, obere Motorlastschwelle durch die gestrichelte Linie 518 gezeigt, eine zweite, untere Motorlastschwelle ist durch die gestrichelte Linie 520 gezeigt, eine Motortemperaturschwelle ist durch die gestrichelte Linie 522 gezeigt, eine Schwellenposition des externen AGR-Ventils ist durch die gestrichelte Linie 524 gezeigt, und ein Schwellendrehmoment ist durch die gestrichelte Linie 526 gezeigt.
  • Für alles vorstehend Genannte stellt die horizontale Achse die Zeit dar, wobei die Zeit entlang der horizontalen Achse von links nach rechts zunimmt. Die vertikale Achse stellt jeden bezeichneten Parameter dar. Für jeden der Verläufe 506, 508 und 510 nimmt eine Größe des Parameters nach oben entlang der vertikalen Achse zu. Für den Verlauf 502 zeigt die vertikale Achse, ob der Motor ohne Vorkammer-AGR („0“), mit einem ersten Vorkammer-AGR-Modus („1“) und mit einem zweiten Vorkammer-AGR-Modus („2‟) oder mit einem dritten Vorkammer-AGR-Modus („3“) betrieben wird. Zum Beispiel beinhaltet das Betreiben im ersten Vorkammer-AGR-Modus Bereitstellen einer stöchiometrischen Vorkammer-AGR für den Zylinder, wie etwa in dem ersten Beispiel, das in Bezug auf 204 des Verfahrens 200 beschrieben ist. Das Betreiben im zweiten Vorkammer-AGR-Modus beinhaltet Bereitstellen einer fetten Vorkammer-AGR für den Zylinder, wie in dem zweiten Beispiel, das in Bezug auf 204 des Verfahrens 200 beschrieben ist. Das Betreiben im dritten Vorkammer-AGR-Modus beinhaltet Bereitstellen einer mageren Vorkammer-AGR für den Zylinder, wie in dem dritten Beispiel, das in Bezug auf 204 des Verfahrens 200 beschrieben ist, was beinhaltet, dass dem Zylinder im Wesentlichen die gesamte unverbrannte Luft bereitgestellt wird. Das Betreiben ohne Vorkammer-AGR beinhaltet, dass dem Zylinder keine Vorkammer-AGR bereitgestellt wird. Für den Verlauf 504 erhöht sich das erste Vorkammer-LKV relativ zur Stöchiometrie („S“) entlang der vertikalen Achse in Richtung einer stark mageren Mischung („L“) und verringert sich entlang der vertikalen Achse in Richtung einer sehr fetten Mischung („R“). Das stark magere Gemisch kann im Wesentlichen die gesamte unverbrannte Luft sein, während das hochfette Gemisch im Wesentlichen der gesamte unverbrannte Kraftstoff sein kann. Für Verlauf 512 zeigt die vertikale Achse eine Position des externen AGR-Ventils von einer vollständig geöffneten Position („offen“) in eine vollständig geschlossene Position („geschlossen“).
  • Zwischen Zeitpunkt t0 und Zeitpunkt t1 liegt die Motorlast (Verlauf 508) unter der zweiten, unteren Schwellenmotorlast (gestrichelte Linie 520). Die zweite, niedrigere Schwellenmotorlast stellt eine Last dar, unter der eine inerte AGR (sowohl Vorkammer als auch externe AGR) nicht zur Motorverdünnung bereitgestellt wird, da eine Fehlzündung auftreten kann. Ferner liegt die Motortemperatur (Verlauf 510) unter der Motorschwellentemperatur (gestrichelte Linie 522), was eine Kaltstartbedingung anzeigt. Um die Verbrennungsstabilität im Zylinder zu erhöhen, arbeitet der Motor im zweiten Vorkammer-AGR-Modus (Verlauf 502) und wird arbeitet somit mit einem fetten Vorkammer-LKV zum Erzeugen von AGR (Verlauf 504) betrieben. Infolgedessen strömt fette Vorkammer-AGR, die H2 beinhaltet, zu dem Zylinder, was die Zündfähigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemisches in dem Zylinder erhöht. Ferner wird, da zusätzlicher unverbrannter Kraftstoff über die fette Vorkammer-AGR an den Zylinder abgegeben wird, die Zylinderkraftstoffmenge auf eine niedrigere Kraftstoffmenge (Verlauf 506) relativ zu der Zylinderkraftstoffmenge ohne Vorkammer-AGR (gestrichelte Linie 516) eingestellt.
  • Zum Zeitpunkt t1 steigt die Motorlast (Verlauf 508) über die zweite, untere Schwellenmotorlast (gestrichelte Linie 520), während sie unter der ersten, oberen Schwellenmotorlast (gestrichelte Linie 518) bleibt. Die erste, obere Schwellenmotorlast entspricht einer Last, über der keine inerte AGR (sowohl Vorkammer als auch externe AGR) bereitgestellt wird, da die Motorverdünnung eine Leistungsausgabe des Motors verringern kann. Ferner steigt die Motortemperatur (Diagramm 510) über die Motortemperaturschwelle (gestrichelte Linie 522) an, was anzeigt, dass sich der Motor nicht länger in einem Kaltstartzustand befindet. Infolge dieser Betriebsbedingungen arbeitet der Zylinder im ersten Vorkammer-AGR-Modus, um die Zylinderverdünnung zu erhöhen, wie in Verfahren 200 aus 2 erläutert. Somit ist das erste Vorkammer-LKV stöchiometrisch (Verlauf 504) und die Vorkammer-AGR erhöht die Zylinderverdünnung, ohne die Zündfähigkeit eines Zylinder-Luft-Kraftstoff-Gemischs oder der Zylinderluftladung wesentlich zu beeinflussen. Da die Vorkammer-AGR bei Betrieb mit dem ersten Vorkammer-AGR-Modus keine unverbrannte Luft und/oder unverbrannten Kraftstoff beinhaltet, bleibt die Zylinderkraftstoffmenge (Verlauf 506) die gleiche wie die Zylinderkraftstoffmenge ohne Vorkammer-AGR (gestrichelt Linie 516).
  • Zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t2 beginnt die Position des externen AGR-Ventils (Verlauf 512), sich aufgrund einer Anforderung einer erhöhten Zylinderverdünnung von der vollständig geschlossenen Position in eine offenere Position zu erweitern. Zum Zeitpunkt t2 erweitert sich die Position des externen AGR-Ventils (Verlauf 512) über die Schwellenposition des externen AGR-Ventils (gestrichelte Linie 524). Die Schwellenposition für das externe AGR-Ventil entspricht einer AGR-Rate, die die Verbrennungsstabilität reduzieren kann. Infolge der Position des externen AGR-Ventils geht die Vorkammer zum Zeitpunkt t2 in den zweiten Vorkammer-AGR-Modus (Verlauf 502) über. Der zweite Vorkammer-AGR-Modus ist kalibriert, um die Zündfähigkeit im Zylinder zu erhöhen, um zum Beispiel die zusätzliche Zylinderverdünnung durch externe AGR zu kompensieren. Demnach nimmt das erste Vorkammer-LKV zum Zeitpunkt t2 auf ein fettes LKV relativ zur Stöchiometrie ab (Verlauf 504), um eine Menge an H2 und unverbranntem Kraftstoff in der Vorkammer-AGR zu erhöhen. Da dem Zylinder über die Vorkammer-AGR zusätzlicher unverbrannter Kraftstoff zugeführt wird, wird die Kraftstoffmenge des Zylinders auf eine niedrigere Kraftstoffmenge eingestellt (Diagramm 506).
  • Zwischen Zeitpunkt t2 und Zeitpunkt t3 nimmt die Motorlast (Verlauf 508) zu, um einen steigenden Drehmomentbedarf (Verlauf 514) zu erfüllen, bleibt jedoch unter der ersten, oberen Schwellenwertmotorlast (gestrichelte Linie 518). Aufgrund der steigenden Last beginnt die bereitgestellte AGR-Menge abzunehmen, wie durch das externe AGR-Ventil gezeigt, das auf eine weiter geschlossene Position eingestellt wird (Verlauf 512). Zum Zeitpunkt t3 verengt sich die Position des externen AGR-Ventils (Verlauf 512) über die Schwellenposition des externen AGR-Ventils (gestrichelte Linie 524). Als Reaktion darauf geht die Vorkammer in den ersten Vorkammer-AGR-Modus (Verlauf 502) zurück und arbeitet bei Stöchiometrie, um die Vorkammer-AGR zu erzeugen (Verlauf 504). Infolgedessen ist die Zylinderkraftstoffmenge (Verlauf 506) gleich der Zylinderkraftstoffmenge ohne Vorkammer-AGR (gestrichelte Linie 516).
  • Zum Zeitpunkt t4 steigt die Motorlast (Diagramm 508) über die erste, obere Motorlastschwelle (gestrichelte Linie 518) an, um den immer noch steigenden Drehmomentbedarf zu decken (Diagramm 514). Als Reaktion darauf, dass die Motorlast um die obere Schwellenmotorlast zunimmt, wird keine Vorkammer für AGR bereitgestellt (Verlauf 502) und die Zylinderkraftstoffmenge (Verlauf 506) bleibt gleich der Zylinderkraftstoffmenge ohne Vorkammer-AGR (gestrichelte Linie 516). Zum Beispiel kann nach Schließen eines Einlassventils ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Vorkammer nicht erzeugt und entzündet werden.
  • Zum Zeitpunkt t5 steigt das angeforderte Drehmoment (Verlauf 514) über das angeforderte Schwellendrehmoment (Verlauf 526). Infolgedessen arbeitet die Vorkammer im dritten Vorkammer-AGR-Modus (Verlauf 502). Somit arbeitet die Vorkammer mit einem mageren Vorkammer-LKV zum Erzeugen von AGR (Verlauf 504), und die Zylinderkraftstoffzufuhr wird eingestellt, um zusätzliche Luft in der Vorkammer-AGR zu kompensieren (Verlauf 506). Ferner ist das Vorkammer-LKV (Verlauf 504) sehr mager (z. B. im Wesentlichen die gesamte unverbrannte Luft). Insofern kann die Steuerung die Menge an O2 in der Vorkammer-AGR erhöhen, indem O2 eingespritzt wird, während kein Kraftstoff eingespritzt wird und die Zündkerze nicht betätigt wird, um das erste Verbrennungsereignis während jedes Verbrennungszyklus bereitzustellen. Somit beinhaltet die Vorkammer-AGR im Wesentlichen die gesamte unverbrannte Luft und strömt während jedes Verbrennungszyklus aus der Vorkammer in den Zylinder, wodurch die Zylinderluftladung erhöht wird. Die Zylinderkraftstoffmenge nimmt zum Zeitpunkt t5 zu, um die Zylinderstöchiometrie mit der erhöhten Zylinderluftladung beizubehalten (Verlauf 506). Nach dem Zeitpunkt t5 wird das erste Vorkammer-LKV als Reaktion auf Abnahmen der Motorlast und der Motortemperatur auf mehrere verschiedene magere Vorkammer-LKVs (Verlauf 504) eingestellt. Ferner wird die Zylinderkraftstoffmenge gemäß dem sich ändernden Vorkammer-LKV eingestellt (Verlauf 506).
  • Auf diese Weise kann ein Zylinder mit einem Vorkammersystem betrieben werden, um einem Zylinder eine interne AGR (z. B. eine Vorkammer-AGR) durch Verbrennen eines Luft-Kraftstoff-Gemisches bereitzustellen, und die Zylinderverbrennungseigenschaften können während eines Verbrennungszyklus eingestellt werden. Die Vorkammer-AGR kann ein Gemisch aus unverbrannter Luft, unverbranntem Kraftstoff und inertem Abgas beinhalten, wobei eine gewünschte Zusammensetzung der Vorkammer-AGR auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen (z. B. Einstellung der Motorlast, Motortemperatur und externer AGR) eingestellt wird, um eine gewünschte Wirkung auf die Verbrennung im Zylinder zu erzeugen. Ferner können die Vorkammergase (z. B. die Vorkammer-AGR und andere aus der Vorkammer gespülte Gase) proaktiv auf Grundlage eines gewünschten LKV im Zylinder eingestellt werden, oder die Zylinderkraftstoffzufuhr kann auf Grundlage der Vorkammergase eingestellt werden, um das gewünschte LKV in dem Zylinder beizubehalten. Durch Einstellen der Verbrennungseigenschaften des Zylinders über schnell wirkende Vorkammer-AGR kann eine Kraftstoffeffizienz und/oder eine Verbrennungsstabilität des Zylinders erhöht werden. Als weiteres Beispiel kann das Einstellen der Verbrennungseigenschaften des Zylinders über die Vorkammer-AGR eine Leistungsausgabe und eine Verbrennungsrate des Zylinders erhöhen. Insgesamt kann das Bereitstellen der Vorkammer-AGR über ein Vorkammerverbrennungsereignis die Kundenzufriedenheit und die Vorkammerzuverlässigkeit relativ zu Motorsystemen ohne Vorkammer-AGR erhöhen.
  • Der technische Effekt dessen, dass einem Zylinder AGR von einer Vorkammer bereitgestellt wird, besteht darin, dass die Gaszusammensetzung der AGR für jeden Verbrennungszyklus eingestellt werden kann, wodurch die Verbrennungseigenschaften in dem Zylinder, wie etwa Zündfähigkeit, Verbrennungsrate und Luftladung, eingestellt werden.
  • Als ein Beispiel umfasst ein Verfahren: Strömen von Gasen aus einer Vorkammer zu einem Zylinder eines Motors, bevor dem Zylinder während eines Verbrennungszyklus Kraftstoff zugeführt wird; Einstellen einer Zusammensetzung der Gase durch Einstellen von mindestens einer von einer Lufteinspritzmenge in die Vorkammer und einer Kraftstoffeinspritzmenge in die Vorkammer; und Zünden eines Luft-Kraftstoff-Gemischs in dem Zylinder über ein Vorkammerzündungsereignis, wobei das Luft-Kraftstoff-Gemisch im Zylinder das Gas aus der Vorkammer beinhaltet. In dem vorstehenden Beispiel, zusätzlich oder optional, ist die Vorkammer fluidisch über eine Öffnung in einer Wand der Vorkammer an den Zylinder gekoppelt. In einem oder beiden vorstehenden Beispielen, zusätzlich oder optional, beinhaltet das Einstellen der Zusammensetzung der Gase Bestimmen einer gewünschten Zusammensetzung der Gase auf Grundlage von mindestens einem von einer Temperatur des Motors, einer Motorlast, einer angeforderten Menge an Drehmoment und einer Menge an externer Abgasrückführung (AGR), die dem Motor bereitgestellt wird. In einem oder allen vorstehenden Beispielen, zusätzlich oder optional, beinhaltet das Einstellen der Zusammensetzung der Gase durch Einstellen von mindestens einer von der Lufteinspritzmenge in die Vorkammer und der Kraftstoffeinspritzmenge in die Vorkammer ferner Bestimmen eines gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für ein Vorkammerverbrennungsereignis auf Grundlage der gewünschten Zusammensetzung der Gase, und das Verfahren umfasst ferner: Bestimmen der Lufteinspritzmenge und der Kraftstoffeinspritzmenge auf Grundlage des gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für das Vorkammerverbrennungsereignis; und Betätigen einer an die Vorkammer gekoppelten Zündkerze nach dem Einspritzen der bestimmten Lufteinspritzmenge in die Vorkammer und dem Einspritzen der bestimmten Kraftstoffeinspritzmenge in die Vorkammer und vor Kraftstoffzufuhr zum Zylinder. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele, zusätzlich oder optional, findet das Vorkammerverbrennungsereignis früher im Verbrennungszyklus statt als das Vorkammerzündungsereignis, wobei der Verbrennungszyklus mit einem Ansaugtakt des Zylinders beginnt. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele, zusätzlich oder optional, ist das gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Vorkammerverbrennungsereignis als Reaktion darauf, dass die Motorlast zwischen einer unteren Schwellenlast und einer oberen Schwellenlast liegt und die Temperatur des Motors über einer Schwellentemperatur liegt, stöchiometrisch, wobei das gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Vorkammerverbrennungsereignis als Reaktion darauf, dass die angeforderte Drehmomentmenge größer als ein Schwellenwert ist, mager ist, und das gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis als Reaktion darauf, dass mindestens die Menge an externer AGR, die dem Motor bereitgestellt wird, über einer Schwellenmenge liegt und/oder die Temperatur des Motors unter der Schwellentemperatur liegt, fett ist. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele, zusätzlich oder optional, ist die gewünschte Zusammensetzung als Reaktion darauf, dass die angeforderte Drehmomentmenge über einem Schwellenwert liegt, unverbrannte Luft, und das Einstellen der Zusammensetzung der Gase durch Einstellen von mindestens einer der Lufteinspritzmenge in die Vorkammer und der Kraftstoffeinspritzmenge in die Vorkammer beinhaltet Einstellen der Kraftstoffeinspritzmenge auf null. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele, zusätzlich oder optional, beinhaltet das Strömen des Gases aus der Vorkammer zum Zylinder Durchführen einer Spüllufteinspritzung in die Vorkammer. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele, zusätzlich oder optional, beinhaltet das Zünden des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Zylinder über das Vorkammerzündungsereignis nach Durchführen der Spüllufteinspritzung Folgendes: Bereitstellen einer Zündlufteinspritzmenge an die Vorkammer und einer Zündkraftstoffeinspritzmenge an die Vorkammer; Kraftstoffzufuhr zum Zylinder; und Betätigen einer Zündkerze, die an die Vorkammer gekoppelt ist.
  • Als weiteres Beispiel umfasst ein Verfahren Folgendes: während des Betriebs in einem ersten Modus, Einstellen einer Zusammensetzung von in einen Zylinder gespülten Vorkammergasen auf Grundlage eines gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Zylinders; und während des Betriebs in einem zweiten Modus, Einstellen einer Kraftstoffeinspritzmenge des Zylinders auf Grundlage der Zusammensetzung der in den Zylinder gespülten Vorkammergase und des gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Zylinders. In den vorstehenden Beispielen, zusätzlich oder optional, beinhalten die Vorkammergase eines oder mehrere von Vorkammerluft, Vorkammerkraftstoff und Vorkammerverbrennungsgasen von einem vorherigen Verbrennungsereignis in der Vorkammer; und die Zusammensetzung der Vorkammergase beinhaltet einen relativen Anteil von jedem von der Vorkammerluft, dem Vorkammerkraftstoff und den Vorkammerverbrennungsgasen aus dem vorherigen Verbrennungsereignis in der Vorkammer in den Vorkammergasen, die in den Zylinder gespült werden. In einem oder beiden der vorstehenden Beispiele, zusätzlich oder optional, beinhaltet das Einstellen während des Betriebs im ersten Modus der Zusammensetzung der in den Zylinder gespülten Vorkammergase auf Grundlage des gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Zylinders Einstellen des relativen Anteils, um im Wesentlichen nur die Vorkammer-Verbrennungsgase aus dem vorherigen Verbrennungsereignis in der Vorkammer zu beinhalten. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele, zusätzlich oder optional, beinhaltet das Einstellen während des Betriebs im ersten Modus der Zusammensetzung der in den Zylinder gespülten Vorkammergase auf Grundlage des gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Zylinders Einstellen mindestens eines von eine Lufteinspritzmenge und eine Kraftstoffeinspritzmenge in die Vorkammer für das vorherige Verbrennungsereignis in der Vorkammer auf Grundlage des gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Zylinders. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele, zusätzlich oder optional, beinhaltet das Einstellen von mindestens einer von der Lufteinspritzmenge und der Kraftstoffeinspritzmenge zu der Vorkammer für das vorherige Verbrennungsereignis in der Vorkammer auf Grundlage des gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Zylinders mindestens eines von Erhöhen der Lufteinspritzmenge, wenn das gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Zylinders zunimmt, Verringern der Kraftstoffeinspritzmenge, wenn das gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Zylinders zunimmt, Erhöhen der Kraftstoffeinspritzmenge, wenn das gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Zylinders abnimmt und Verringern der Lufteinspritzmenge, wenn das gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Zylinders abnimmt. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele, zusätzlich oder optional, beinhaltet das Einstellen während des Betriebs im zweiten Modus der Kraftstoffeinspritzmenge des Zylinders auf Grundlage der Zusammensetzung der in den Zylinder gespülten Vorkammergase und dem gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Zylinders Folgendes: Erhöhen der Kraftstoffzufuhr zum Zylinder, wenn die Menge der Vorkammerluft zunimmt; Verringern der Kraftstoffzufuhr zum Zylinder, wenn die Menge des Vorkammerkraftstoffs zunimmt; und Verringern der Kraftstoffzufuhr zum Zylinder, wenn eine Menge an Vorkammerabgas zunimmt.
  • Als noch ein weiteres Beispiel umfasst ein System: einen Motor, der einen Zylinder beinhaltet, wobei der Zylinder eine Vorkammer eines Vorkammerzündungssystems beinhaltet; und eine Steuerung, die ausführbare Anweisungen in nichttransitorischem Speicher speichert, die bei Ausführung die Steuerung zu Folgendem veranlassen: als Reaktion darauf, dass Bedingungen für eine Vorkammerabgasrückführung (AGR) erfüllt sind, Durchführen eines AGR-Verbrennungsereignisses in der Vorkammer vor Kraftstoffzufuhr zum Zylinder und eines Zündverbrennungsereignisses in der Vorkammer nach Kraftstoffzufuhr zum Zylinder während eines einzelnen Verbrennungszyklus; und als Reaktion darauf, dass die Bedingungen für die Vorkammer-AGR nicht erfüllt sind, Durchführen nur des Zündverbrennungsereignisses in der Vorkammer während des einzelnen Verbrennungszyklus. In dem vorstehenden Beispiel, zusätzlich oder optional, beinhalten die Bedingungen für die Vorkammer-AGR, dass Bedingungen zum Betrieb in einem von einem ersten Vorkammer-AGR-Modus, einem zweiten Vorkammer-AGR-Modus und einem dritten Vorkammer-AGR-Modus erfüllt sind. In einem oder beiden der vorstehenden Beispiele, zusätzlich oder optional, beinhalten die Bedingungen zum Betrieb im ersten Vorkammer-AGR-Modus Bedingungen zum Erhöhen einer Verdünnung des Motors, die Bedingungen zum Betrieb im zweiten Vorkammer-AGR-Modus beinhalten Bedingungen zum Erhöhen einer Verbrennungsstabilität des Zylinders, und die Bedingungen zum Betrieb im dritten Vorkammer-AGR-Modus beinhalten Bedingungen zum Erhöhen einer Leistungsausgabe des Zylinders. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele, zusätzlich oder optional, beinhaltet die Vorkammer eine Vorkammerlufteinspritzvorrichtung, eine Vorkammerkraftstoffeinspritzvorrichtung und eine daran gekoppelte Vorkammerzündkerze, um das AGR-Verbrennungsereignis in der Vorkammer vor Kraftstoffzufuhr zum Zylinder durchzuführen, beinhaltet die Steuerung ferner Anweisungen, die in nichttransitorischem Speicher gespeichert sind und bei Ausführung die Steuerung zu Folgendem veranlassen: Einspritzen einer Luftmenge über die Vorkammerlufteinspritzvorrichtung und Einspritzen einer Kraftstoffmenge über die Vorkammerkraftstoffeinspritzvorrichtung nahe einem Ende eines Ansaugtakts des Zylinders und vor Schließen eines Einlassventils des Zylinders, wobei die Luftmenge und die Kraftstoffmenge jeweils auf Grundlage eines gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Vorkammer-AGR bestimmt werden; und Betätigen der Vorkammerzündkerze als Reaktion darauf, dass sich das Einlassventil des Zylinders schließt. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele, zusätzlich oder optional, ist das gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Vorkammer-AGR bei Betrieb im ersten Vorkammer-AGR-Modus stöchiometrisch, ist das gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Vorkammer bei Betrieb im zweiten Vorkammer-AGR-Modus fett, und ist das gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Zylinders bei Betrieb im dritten Vorkammer-AGR-Modus mager.
  • In einer weiteren Darstellung umfasst ein Verfahren Folgendes: Bestimmen einer Menge an Gasen, die aus einer Vorkammer in einen Zylinder gespült wird, auf Grundlage einer Druckdifferenz zwischen der Vorkammer und dem Zylinder während des Spülens; und Einstellen der Kraftstoffzufuhr in den Zylinder auf Grundlage der Menge an Gasen, die aus der Vorkammer in den Zylinder gespült wird. In dem vorstehenden Beispiel umfasst das Verfahren zusätzlich oder optional ferner Bestimmen einer Zusammensetzung der Gase, die aus der Vorkammer in den Zylinder gespült werden, teilweise auf Grundlage von Parametern eines vorhergehenden Vorkammerverbrennungsereignisses, und beinhaltet das Spülen Betätigen einer Lufteinspritzvorrichtung der Vorkammer während eines Verdichtungstakts des Zylinders. In einem oder beiden der vorstehenden Beispiele beinhaltet die Zusammensetzung zusätzlich oder optional mindestens eines von Vorkammerluft, Vorkammerkraftstoff und Vorkammerabgas, und beinhaltet das Einstellen der Kraftstoffzufuhr in den Zylinder Folgendes: Erhöhen der Kraftstoffzufuhr in den Zylinder, wenn eine Menge an Vorkammerluft zunimmt; Verringern der Kraftstoffzufuhr in den Zylinder, wenn eine Menge an Vorkammerkraftstoff zunimmt; und Verringern der Kraftstoffzufuhr in den Zylinder, wenn eine Menge an Vorkammerabgas zunimmt. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele ist das vorherige Vorkammerverbrennungsereignis zusätzlich oder optional ein Vorkammer-AGR-Verbrennungsereignis zum Bereitstellen von interner AGR für den Zylinder während eines Verdichtungstakts des Zylinders. In einem oder allen der vorstehenden Beispiele ist das vorherige Vorkammerverbrennungsereignis zusätzlich oder optional ein Vorkammerzündungsverbrennungsereignis zum Bereitstellen einer Vorkammerzündung für den Zylinder während eines vorherigen Verbrennungszyklus. In einem oder allen der vorhergehenden Beispiele beinhalten die Parameter des vorhergehenden Vorkammerverbrennungsereignisses zusätzlich oder optional einen Vorkammerkraftstoffeinspritzdruck, eine Vorkammerkraftstoffeinspritzmenge, einen Vorkammerlufteinspritzdruck, eine Vorkammerlufteinspritzmenge und einen Vorkammerzündzeitpunkt. In einem oder allen der vorhergehenden Beispiele wird zusätzlich oder optional die Druckdifferenz zwischen der Vorkammer und dem Zylinder während der Spülung auf Grundlage eines Einspritzdrucks einer Lufteinspritzvorrichtung der Vorkammer und einer Kolbenposition des Zylinders bestimmt und ist der Einspritzdruck der Lufteinspritzvorrichtung mindestens über einem Spitzendruck des Zylinders.
  • Es ist zu beachten, dass die in dieser Schrift beinhalteten beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit unterschiedlichen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die in dieser Schrift offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in einem nicht transitorischem Speicher gespeichert und durch das Steuersystem einschließlich der Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und anderer Motorhardware ausgeführt werden. Die konkreten in dieser Schrift beschriebenen Routinen können eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien darstellen, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen. Demnach können verschiedene veranschaulichte Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen in der dargestellten Reihenfolge oder parallel durchgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwangsläufig erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der in dieser Schrift beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erreichen, sondern wird zur Erleichterung der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Eine(r) oder mehrere der veranschaulichten Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen können in Abhängigkeit der konkret verwendeten Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen grafisch Code darstellen, der auf nicht transitorischem Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Motorsteuersystem zu programmieren ist, wobei die beschriebenen Handlungen durch Ausführen der Anweisungen in einem System, das die verschiedenen Motorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung beinhaltet, ausgeführt werden.
  • Es versteht sich, dass die in dieser Schrift offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und dass diese konkreten Ausführungsformen nicht in einschränkendem Sinn aufzufassen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Zum Beispiel kann die vorstehende Technik auf V6-, 14-, I6-, V12-, 4-Zylinder-Boxer- und andere Motorarten angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuartigen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Auslegungen sowie andere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die in dieser Schrift offenbart sind.
  • Wie in dieser Schrift verwendet, ist der Ausdruck „etwa“ als plus oder minus fünf Prozent des jeweiligen Bereichs aufgefasst, es sei denn, es wird etwas anderes vorgegeben.
  • Die folgenden Patentansprüche heben bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen besonders hervor, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Derartige Patentansprüche sind so zu verstehen, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente einschließen und zwei oder mehr derartige Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Einreichung neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Derartige Ansprüche werden unabhängig davon, ob sie einen weiteren, engeren, gleichen oder unterschiedlichen Umfang im Vergleich zu den ursprünglichen Ansprüchen aufweisen, ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.

Claims (14)

  1. Verfahren, umfassend: Strömen von Gasen aus einer Vorkammer zu einem Zylinder eines Motors vor Kraftstoffzufuhr zu dem Zylinder während eines Verbrennungszyklus; Einstellen einer Zusammensetzung der Gase durch Einstellen von mindestens einer von einer Lufteinspritzmenge in die Vorkammer und einer Kraftstoffeinspritzmenge in die Vorkammer; und Zünden eines Luft-Kraftstoff-Gemischs in dem Zylinder über ein Vorkammerzündungsereignis, wobei das Luft-Kraftstoff-Gemisch im Zylinder das Gas aus der Vorkammer beinhaltet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Vorkammer über eine Öffnung in einer Wand der Vorkammer fluidisch an den Zylinder gekoppelt ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einstellen der Zusammensetzung der Gase Bestimmen einer gewünschten Zusammensetzung der Gase auf Grundlage von mindestens einem von einer Temperatur des Motors, einer Motorlast, einer angeforderten Menge an Drehmoment und einer Menge an externer Abgasrückführung (AGR), die dem Motor bereitgestellt wird, beinhaltet.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Einstellen der Zusammensetzung der Gase durch Einstellen von mindestens einer von der Lufteinspritzmenge in die Vorkammer und der Kraftstoffeinspritzmenge in die Vorkammer ferner Bestimmen eines gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für ein Vorkammerverbrennungsereignis auf Grundlage der gewünschten Zusammensetzung der Gase beinhaltet, und das Verfahren ferner Folgendes umfasst: Bestimmen der Lufteinspritzmenge und der Kraftstoffeinspritzmenge auf Grundlage des gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für das Vorkammerverbrennungsereignis; und Betätigen einer an die Vorkammer gekoppelten Zündkerze nach Einspritzen der bestimmten Lufteinspritzmenge in die Vorkammer und Einspritzen der bestimmten Kraftstoffeinspritzmenge in die Vorkammer und vor Kraftstoffzufuhr zum Zylinder.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Vorkammerverbrennungsereignis früher im Verbrennungszyklus stattfindet als das Vorkammerzündungsereignis, wobei der Verbrennungszyklus mit einem Ansaugtakt des Zylinders beginnt.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Vorkammerverbrennungsereignis als Reaktion darauf, dass die Motorlast zwischen einer unteren Schwellenlast und einer oberen Schwellenlast liegt und die Temperatur des Motors über einer Schwellentemperatur liegt, stöchiometrisch ist, wobei das gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis für das Vorkammerverbrennungsereignis als Reaktion darauf, dass die angeforderte Drehmomentmenge über einem Schwellenwert liegt, mager ist, und das gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis als Reaktion darauf, dass mindestens die Menge an externer AGR, die dem Motor bereitgestellt wird, über einer Schwellenmenge liegt und/oder die Temperatur des Motors unter der Schwellentemperatur liegt, fett ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die gewünschte Zusammensetzung als Reaktion darauf, dass die angeforderte Drehmomentmenge über einem Schwellenwert liegt, unverbrannte Luft ist, und das Einstellen der Zusammensetzung der Gase durch Einstellen von mindestens einer von der Lufteinspritzmenge in die Vorkammer und der Kraftstoffeinspritzmenge in die Vorkammer Einstellen der Kraftstoffeinspritzmenge auf null beinhaltet.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Strömen des Gases aus der Vorkammer zum Zylinder Durchführen einer Spüllufteinspritzung in die Vorkammer beinhaltet.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Zünden des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Zylinder über das Vorkammerzündungsereignis nach Durchführen der Spüllufteinspritzung Folgendes beinhaltet: Bereitstellen einer Zündlufteinspritzmenge an die Vorkammer und einer Zündkraftstoffeinspritzmenge an die Vorkammer; Kraftstoffzufuhr zum Zylinder; und Betätigen einer Zündkerze, die an die Vorkammer gekoppelt ist.
  10. System, umfassend: einen Motor, der einen Zylinder beinhaltet, wobei der Zylinder eine Vorkammer eines Vorkammerzündsystems beinhaltet; und eine Steuerung, die ausführbare Anweisungen in nichttransitorischem Speicher speichert, die bei Ausführung die Steuerung zu Folgendem veranlassen: als Reaktion darauf, dass Bedingungen für eine Vorkammerabgasrückführung (AGR) erfüllt sind, Durchführen eines AGR-Verbrennungsereignisses in der Vorkammer vor Kraftstoffzufuhr zum Zylinder und eines Zündverbrennungsereignisses in der Vorkammer nach Kraftstoffzufuhr zum Zylinder während eines einzelnen Verbrennungszyklus; und als Reaktion darauf, dass die Bedingungen für die Vorkammer-AGR nicht erfüllt sind, Durchführen nur des Zündverbrennungsereignisses in der Vorkammer während des einzelnen V erbrennungszy kl us.
  11. System nach Anspruch 10, wobei die Bedingungen für die Vorkammer-AGR beinhalten, dass Bedingungen zum Betrieb in einem von einem ersten Vorkammer-AGR-Modus, einem zweiten Vorkammer-AGR-Modus und einem dritten Vorkammer-AGR-Modus erfüllt sind.
  12. System nach Anspruch 11, wobei die Bedingungen zum Betrieb im ersten Vorkammer-AGR-Modus Bedingungen zum Erhöhen einer Verdünnung des Motors beinhalten, die Bedingungen zum Betrieb im zweiten Vorkammer-AGR-Modus Bedingungen zum Erhöhen einer Verbrennungsstabilität des Zylinders beinhalten, und die Bedingungen zum Betrieb im dritten Vorkammer-AGR-Modus Bedingungen zum Erhöhen einer Leistungsausgabe des Zylinders beinhalten.
  13. System nach Anspruch 11, wobei die Vorkammer eine Vorkammerlufteinspritzvorrichtung, eine Vorkammerkraftstoffeinspritzvorrichtung und eine daran gekoppelte Vorkammerzündkerze beinhaltet und die Steuerung zum Durchführen des AGR-Verbrennungsereignisses in der Vorkammer vor Kraftstoffzufuhr zum Zylinder weitere in nichttransitorischem Speicher gespeicherte Anweisungen beinhaltet, die bei Ausführung die Steuerung zu Folgendem veranlassen: Einspritzen einer Luftmenge über die Vorkammerlufteinspritzvorrichtung und Einspritzen einer Kraftstoffmenge über die Vorkammerkraftstoffeinspritzvorrichtung nahe einem Ende eines Ansaugtakts des Zylinders und bevor sich ein Einlassventil des Zylinders schließt, wobei die Luftmenge und die Kraftstoffmenge jeweils auf Grundlage eines gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Vorkammer-AGR bestimmt werden; und Betätigen der Vorkammerzündkerze als Reaktion darauf, dass sich das Einlassventil des Zylinders schließt.
  14. System nach Anspruch 13, wobei das gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Vorkammer-AGR bei Betrieb im ersten Vorkammer-AGR-Modus stöchiometrisch ist, das gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Vorkammer bei Betrieb im zweiten Vorkammer-AGR-Modus fett ist, und das gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Zylinders bei Betrieb im dritten Vorkammer-AGR-Modus mager ist.
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