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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Verfahren zur
Steuerung bzw. Regelung eines Verbrennungsmotors und bezieht sich
insbesondere auf ein Mischmodusbetriebsverfahren, welches aufweist,
einen Zeitpunkt für
ein Verbrennungsereignis mit homogener Ladung und einen Zeitpunkt eines
herkömmlichen
Einspritzereignisses in einem Motorzyklus zu steuern.
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Hintergrund
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Die
komplizierte Ausführung
von Verbrennungsmotoren und Motorbetriebschemata entwickelt sich
weiter fort, und Innovationen bei der Konstruktion und beim Betrieb
zeigen sich in regelmäßiger Weise.
Eine Antriebskraft hinter vielen Konstruktionsveränderungen
in den letzten Jahren sind immer strengere Motoremissionsanforderungen
gewesen. Ein allgemeiner Ansatz zur Verbesserung der Emissionsqualität bezieht
sich auf die Behandlung von Verbrennungsprodukten stromabwärts des
Motors. Anders gesagt, Abgase, die vom Motor erzeugt werden, werden über eine
Vielzahl von chemischen und/oder physikalischen Prozessen in einem
Versuch behandelt, um erwünschte
Bestandteile zu entfernen, zu verändern oder zu verringern. Andere
Motorentwickler haben sich mehr auf den Verbrennungsprozess selbst
konzentriert. Es hat sich gezeigt, dass eine Manipulation der Brennstoffeinspritzmenge,
der Einspritzfrequenz, der Einspritzzeitsteuerung und auch der Art
des Brennstoffsprühmusters
verschiedene Effekte auf Motoremissionen haben. Von speziellem Interesse
für Ingenieure
sind immer strenger werdende rechtliche Standards, welche sich auf
Emissionsgrenzen bei verschiedenen Stickstoff-Sauerstoff-Verbindungen
beziehen, die insgesamt als „NOx" bekannt sind.
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Es
ist entdeckt worden, dass die Verbesserung der Vermischung von Luft
und Brennstoff vor der Zündung
in einem Verbrennungsmotor dabei helfen kann, die NOx-Niveaus im
Motorabgas zu verringern. Ein Ansatz insbesondere ist in der Technik
als „HCCI" (HCCI = homogeneous
charge compression ignition = homogene kompressionsgezündete Ladung)
bekannt. In der Technik der kompressions- bzw. verdichtungsgezündeten Motoren
wird dieser Ansatz weithin als „HCCI" bezeichnet. In einem Betriebszustand
mit homogener Ladung kann Brennstoff in einen Zylinder eines kompressionsgezündeten Motors vor
dem Punkt während
eines Motorzyklus eingespritzt werden, bei dem die Bedingungen im
Zylinder eine Selbstzündung
auslösen
werden. Dies weicht von einem herkömmlicheren Ansatz ab, wobei Brennstoff
in erster Linie während
eines Motorzyklus auf oder nahe einem Punkt eingespritzt wird, bei
dem eine Selbstzündung
auftreten kann. Anders gesagt, eher als dass Brennstoff mehr oder
weniger kontinuierlich verbrennt, wenn er die Brennstoffeinspritzvorrichtungsspitze
verlässt,
kann im HCCI-Betriebszustand
der Brennstoff vor den Selbstzündungsbedingungen
eingespritzt werden, sodass der Brennstoff und die Luft vergleichsweise
mehr Zeit haben, sich zu vermischen, wenn der Kolben im Zylinder
nach oben läuft.
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Der
Betrieb mit homogener Ladung bzw. Füllung tendiert dazu, relativ
empfindlich auf verschiedene Betriebsbedingungen außerhalb
und innerhalb des Motors zu sein. Die Umgebungstemperatur und der
Umgebungsdruck, genauso wie die Zeitsteuerung der Selbstzündungsbedingungen
im Motorzyklus können
beispielsweise die Fähigkeit
eines Motors beeinflussen, erfolgreich in einem Betriebszustand mit
homogener Ladung zu arbeiten. Insbesondere tendieren die Verbrennungsphasen
bei HCCI dazu, ansprechend auf variierende Betriebsbedingungen zu
variieren.
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Unter
gewissen Bedingungen kann es wünschenswert
sein, einen Motor in einem gemischten Betriebszustand mit homogener
Ladung und herkömmlichem
Betrieb zu betreiben, wobei sowohl HCCI-Brennstoffeinspritzungen
als auch herkömmliche Brennstoffeinspritzungen
während
des Betriebs eingesetzt werden. Einige Betriebsschemata verwenden
tatsächlich
beide Einspritzarten in dem gleichen Motorzyklus. Wenn mehrere Brennstoffeinspritzungen
im gleichen Motorzyklus geliefert werden, wird die Steuerung der
geeigneten Verbrennungsphasen der jeweiligen Ladungen sogar noch
schwieriger.
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Das
US-Patent 6,668,789 von
Marriott u. a. ist auf eine Art eines HCCI-Betriebschemas gerichtet, von dem gesagt
wird, dass es gewisse Probleme bezüglich der Verbrennungsereigniszeitsteuerung vermeidet.
Insbesondere setzt Marriott mehrere Einspritzungen während eines
Kolbenkompressionshubes ein, wobei die zweite eingespritzte Ladung
als Zündungsmittel
für die
erste eingespritzte Ladung dient. Während bei Marriott scheinbar
Vorteile bei gewissen Betriebsumgebungen erscheinen, gibt es immer
Raum zur Verbesserung.
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Die
vorliegende Offenbarung ist auf ein oder mehrere Probleme oder Nachteile
gerichtet, die oben dargelegt wurden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß einem
Aspekt sieht die vorliegende Offenbarung ein Verfahren für einen
gemischten Betriebszustand in einem Verbrennungsmotor vor. Das Verfahren
weist die Schritte auf, einen Zeitpunkt eines Verbrennungsereignisses
mit homogener Ladung in einem gegebenen Motorzyklus zu steuern und
einen Zeitpunkt für
ein Einspritzereignis mit herkömmlicher
Ladung im gegebenen Motorzyklus so zu steuern, dass es zumindest
eine vorbestimmte Zeit nach dem Verbrennungsereignis mit homogener
Ladung stattfindet.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt sieht die vorliegende Offenbarung einen Verbrennungsmotor
vor. Der Verbrennungsmotor weist ein Gehäuse mit mindestens einem Zylinder
auf, wobei eine Brennstoffeinspritzvorrichtung zumindest teilweise
darin angeordnet ist. Zumindest eine elektronische Steuervorrichtung
ist vorgesehen und ist in Steuerverbindung mit der Brennstoffeinspritzvorrichtung.
Die mindestens eine elektronische Steuervorrichtung weist ein computerlesbares
Medium mit einem darauf aufgezeichneten Verbrennungszeitsteueralgorithmus
auf, wobei der Steueralgorithmus Mittel zur Steuerung eines Zeitpunktes
eines Verbrennungsereignisses mit homogener Ladung in einem gegebenen
Motorzyklus aufweist, und Mittel zur Steuerung eines Zeitpunktes
eines Einspritzereignisses mit herkömmlicher Ladung in einem gegebenen
Motorzyklus, so dass dieser zumin dest eine vorbestimmte Zeit nach dem
Verbrennungsereignis mit homogener Ladung ist.
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Gemäß noch einem
weiteren Aspekt sieht die vorliegende Offenbarung eine Vorrichtung
mit einem computerlesbaren Medium mit einem ersten darauf aufgezeichneten
Steuerschleifenalgorithmus vor, welcher Mittel zur Steuerung eines
Zeitpunktes eines Verbrennungsereignisses mit homogener Ladung in
einem gegebenen Motorzyklus in einem Verbrennungsmotor aufweist,
und zwar zumindest teilweise basierend auf einem bestimmten Zeitpunkt
eines Verbrennungsereignisses mit homogener Ladung in einem vorhergehenden
Motorzyklus, und einem zweiten Schleifenalgorithmus zur Steuerung
eines herkömmlichen
Einspritzereignisses, zumindest teilweise basierend auf dem bestimmten
Zeitpunkt des Verbrennungsereignisses mit homogener Ladung in dem
vorhergehenden Motorzyklus und/oder eines bestimmten Zeitpunktes
des Verbrennungsereignisses mit homogener Ladung in dem gegebenen
Motorzyklus.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Seitenansicht eines Verbrennungsmotors gemäß der vorliegenden Offenbarung;
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2 ist
eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Teils des Verbrennungsmotors
der 1;
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3 ist
ein Flussdiagramm, welches ein Steuerverfahren gemäß der vorliegenden
Offenbarung veranschaulicht;
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4 ist
ein Flussdiagramm, welches einen weiteren Steuerprozess gemäß der vorliegenden
Offenbarung veranschaulicht.
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Detaillierte Beschreibung
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Mit
Bezug auf 1 ist dort ein Motor 10 gemäß der vorliegenden
Offenbarung gezeigt. Der Motor 10 weist ein Motorgehäuse 12 und
mindestens einen Zylinder 20 auf, beispielsweise eine Vielzahl
von darin angeordneten Zylindern 20. Der Motor 10 kann weiter
einen Kolben 14 aufweisen, der zumindest teilweise innerhalb des
Zylinders 20 positioniert ist und darin in herkömmlicher
Weise hin und her bewegbar ist. Eine Kolbenstange bzw. Pleuelstange 16 kann den
Kolben 14 mit einer Kurbelwelle 18 in herkömmlicher
Weise verbinden. Eine Quelle für
unter Druck gesetzten Brennstoff oder eine Pumpe 40 kann
vorgesehen sein und mit mindestens einer Brennstoffeinspritzvorrichtung 50 gekoppelt
sein. Die mindestens eine Brennstoffeinspritzvorrichtung 50 kann
eine Mischmodus-Brennstoffeinspritzvorrichtung sein, die zumindest
teilweise in dem Zylinder 20 angeordnet ist, beispielsweise
eine Vielzahl von Mischmodus-Brennstoffeinspritzvorrichtungen 50,
die mit der Pumpe 40 über
Versorgungsdurchlässe 46 und
ein Common-Rail bzw. eine gemeinsame Druckleitung 42 verbunden
sind. Herkömmliche
Brennstoffeinspritzvorrichtungen mit nur einem verfügbaren Sprühmuster
können
auch verwendet werden. Während
in Betracht gezogen wird, dass der Motor 10 typischerweise
eine Vielzahl von Zylindern mit einer entsprechenden Brennstoffeinspritzvorrichtung
aufweisen wird, wird auf den Zylinder 20 und die Brennstoffeinspritzvorrichtung 50 hier
zur Vereinfachung der Beschreibung als ein einzelner Zylinder bzw.
als eine einzelne Brennstoffeinspritzvorrichtung Bezug genommen.
Das Motorgehäuse 12 kann
mit einem Abgassystem 44 und mit einem (nicht gezeigten)
Turbolader gekoppelt sein. Es wird in Betracht gezogen, dass der
Motor 10 ein kompressionsgezündeter Common-Rail-Dieselmotor
sein kann. Es sei jedoch bemerkt, dass andere Motorkonstruktionen
und andere Motorbrennstoffsysteme, wie beispielsweise ein Motor
mit einer oder mehreren Unit-Pump-Einspritzvorrichtungen bzw. Pumpe-Düse-Einspritzvorrichtungen
anstelle einer Common-Rail verwendet werden könnten.
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Der
Motor 10 kann weiter eine elektronische Steuervorrichtung 30 aufweisen,
die betreibbar ist, um gewisse Motorbetriebsparameter zu steuern und/oder
zu überwachen.
Die elektronische Steuervorrichtung 30 kann über eine
Verbindungsleitung 37 mit einem Drucksensor 36 in
Verbindung stehen, der einem Strömungsmitteldruck
des Zylinders 20 ausgesetzt ist, der beispielsweise seitlich
zumindest teilweise darin angeordnet ist. Der Zylinderdrucksensor 36 kann
beispielsweise einen piezoelektrischen Sensor aufweisen, der im
Zylinder 20 angeordnet ist. Piezoelektrische Sensoren können eine
oder mehrere piezoelektrische Membranen aufweisen, die eine spezielle
Spannung oder eine Veränderung
der Spannung erzeugen, und zwar wenn sie ein gewisses Ausmaß einer
Auslenkung oder Veränderungsrate
der Auslenkung aufgrund der Zylinderdrücke erfahren. Der Motor 10 kann
eine Vielzahl von Drucksensoren aufweisen, wobei einer in jedem
der Zylinder 20 angeordnet ist, jedoch könnte ein
einziger Drucksensor verwendet werden, der nur mit einem Zylinder
assoziiert ist, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Ein Motortemperatursensor 34 kann auch zumindest teilweise
in dem Zylinder 20 positioniert sein und mit der elektronischen
Steuervorrichtung 30 über
eine weitere Verbindungsleitung 35 verbunden sein. Ein
Abgassensor, wie beispielsweise ein Motorabgastemperatursensor oder
NOx-Sensor 48 kann
mit dem Abgas- bzw. Auslasssystem 44 gekoppelt sein und
in Verbindung mit der elektronischen Steuervorrichtung 30 über noch eine
weitere Verbindungsleitung 49 sein. Ein Detonationssensor 32 kann
ebenfalls vorgesehen sein, der beispielsweise in dem benachbarten
Gehäuse 12 positioniert
ist. Der Sensor 32 kann in Verbindung mit der elektronischen
Steuervorrichtung 30 über
noch eine weitere Verbindungsleitung 33 sein, um zu gestatten,
dass die elektronische Steuervorrichtung 30 einen Zeitpunkt
oder einen ungefähren
Zeitpunkt der Zündung
einer Brennstoffladung im Zylinder 20 bestimmt. Ein Motordrehzahlsensor 38 kann
auch mit dem Motor 10 gekoppelt sein und in Verbindung
mit der elektronischen Steuervorrichtung 30 über eine weitere
Verbindungsleitung 39 sein.
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Ebenfalls
mit Bezug auf
2 kann die elektronische Steuervorrichtung
30 auch
in steuernder Verbindung mit der Brennstoffeinspritzvorrichtung
50 über noch
eine weitere Kommunikations- bzw. Verbindungsleitung
51 sein.
Die Brennstoffeinspritzvorrichtung
50 kann eine Mischmodus-Brennstoffeinspritzvorrichtung
sein, die zumindest teilweise in dem Zylinder
20 angeordnet
ist und zumindest zwei verfügbare
Sprühmuster
hat, wie hier beschrieben. Eine Vielzahl von geeigneten Mischmodus-Brennstoffeinspritzvorrichtungen
ist in der Technik bekannt. Eine beispielhafte geeignete Mischmodus-Brennstoffeinspritzvorrichtung
ist aus dem
US-Patent 6,725,838 von
Shafer u. a. bekannt. Die Einspritzvorrichtung
50 kann
eine Brennstoffeinspritzvorrichtung mit zwei konzentrischen Rückschlagelementen
sein, die ein erstes äußeres Rückschlagelement
52 und
ein zweites inneres Rückschlagelement
62 aufweist.
In einem Ausführungsbeispiel
kann das äußere Rückschlagelement
52 als
ein Rückschlagelement
für homogene Ladung
oder HCCI- Rückschlagelement
angesehen werden, während
das innere Rückschlagelement
62 als
ein herkömmliches
Rückschlagelement
angesehen werden kann, und zwar aufgrund ihrer jeweiligen Sprühmuster,
wie hier beschrieben. Es sei bemerkt, dass die Ausdrücke „inneres" und „äußeres" nicht derart verstanden
werden, dass sie das HCCI-Rückschlagelement
oder das herkömmliche
Rückschlagelement
auf eine spezielle Position einschränken. Alternative Ausführungsbeispiele
werden in Betracht gezogen, wobei das äußere Rückschlagelement das „herkömmliche
Rückschlagelement" ist, und wobei das
innere Rückschlagelement
das HCCI-Rückschlagelement
ist.
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Das äußere Rückschlagelement 52 kann
ein erstes Ventilglied 54 aufweisen, welches betreibbar ist,
um einen ersten Satz von Einspritzzumessöffnungen 58 durch
eine Bewegung von einem ersten Sitz 56 weg bzw. gegen diesen
Sitz zu öffnen
oder zu schließen.
Das innere Rückschlagelement 62 kann wiederum
ein zweites Ventilglied 64 aufweisen, welches betreibbar
ist, um einen zweiten Satz von Einspritzzumessöffnungen 68 durch
eine Bewegung von einem zweiten Sitz 66 weg bzw. gegen
diesen zu öffnen
oder zu schließen.
Eine Steuerventilanordnung 70 kann mit der Brennstoffeinspritzvorrichtung 50 und
mit der elektronischen Steuervorrichtung 30 gekoppelt sein,
um das Öffnen
und Schließen
des äußeren Rückschlagelementes 52 und
des inneren Rückschlagelementes 62 zu
steuern, und somit den Zeitpunkt und die Dauer der Brennstoffeinspritzungen über jedes
jeweilige Rückschlagelement.
In einem in Betracht gezogenen Ausführungsbeispiel wird die elektronische
Steuervorrichtung 30 betreibbar sein, um selektiv das erste
Rückschlagelement 52 und/oder
das zweite Rückschlagelement 62 zu öffnen, um
Brennstoff durch den erwünschten
entsprechenden Satz (die entsprechenden Sätze) von Einspritzzumessöffnungen
einzuspritzen. Die elektronische Steuervorrichtung 30 kann
weiter betreibbar sein, um die jeweilige Einspritzung (die jeweiligen Einspritzungen)
zu einem gewählten
Zeitpunkt während
eines gegebenen Motorzyklus anzuweisen, wie hier beschrieben.
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Der
erste Satz von Einspritzzumessöffnungen 58 kann
eine Vielzahl von Einspritzzumessöffnungen aufweisen, die in
einem ersten durchschnittlichen Sprühwinkel α relativ zu einer Achse Z des
Zylinders 20 angeordnet sind. Ein zweiter Satz von Einspritzzumessöffnungen 68 kann
eine Vielzahl von Einspritzzumessöffnungen aufweisen, die anders
als der erste Satz 58 sind, die in einem zweiten durchschnittlichen
Sprühwinkel θ relativ
zur Achse Z angeordnet sind, der größer als der erste durchschnittliche Sprühwinkel α ist. Die
Einspritzzumessöffnungen 58 können somit
ein erstes Sprühmuster
der Brennstoffeinspritzvorrichtung 50 definieren, während die
Einspritzzumessöffnungen 68 ein
zweites anderes Sprühmuster
der Brennstoffeinspritzvorrichtung 50 definieren können. Der
Fachmann wird erkennen, dass alternative Mittel zum Vorsehen von
anderen Sprühmustern
eingesetzt werden könnten,
ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Anstatt
dass getrennte Sätze
von Einspritzzumessöffnungen unterschiedliche durchschnittliche Sprühwinkel
haben, könnten
beispielsweise Sätze
von Zumessöffnungen
verwendet werden, die unterschiedliche Größen oder unterschiedliche Anzahlen
haben, um mehr als ein verfügbares
Sprühmuster
der Brennstoffeinspritzvorrichtung 50 vorzusehen.
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Die
vorliegende Offenbarung sieht weiter ein Verfahren für einen
Mischmodusbetrieb des Verbrennungsmotors 10 vor. Das Verfahren
kann die Schritte aufweisen, einen Zeitpunkt eines Verbrennungsereignisses
mit homogener Ladung in einem gegebenen Motorzyklus zu steuern und
einen Zeitpunkt eines Verbrennungsereignisses mit herkömmlicher
Ladung in dem gegebenen Motorzyklus zu steuern, sodass er zumindest
eine vorbestimmte Zeit nach dem Verbrennungsereignis mit homogener
Ladung ist. Die Steuerung des Zeitpunktes des Einspritzereignisses
mit herkömmlicher
Ladung kann durch Steuerung eines Zeitpunktes einer Einspritzung
mit herkömmlicher
Brennstoffladung über
wohl bekannte Verfahren stattfinden.
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Die
Steuerung eines Zeitpunktes eines Verbrennungsereignisses mit homogener
Ladung kann weiter den Schritt aufweisen, eine homogene Brennstoffladung
in den Zylinder 20 vor der Entwicklung von Selbstzündungsbedingungen
während
des gegebenen Motorzyklus einzuspritzen. Die Steuerung des Zeitpunktes
des herkömmlichen
Einspritzereignisses wird wiederum typischerweise die Einspritzung
der herkömmlichen
Brennstoffladung aufweisen, nachdem Selbstzündungsbedingungen in dem gegebenen
Motorzyklus aufgetreten sind. Die Einspritzung der homogenen Brennstoffladung
wird typischerweise über
das erste Sprühmuster
der Brennstoffeinspritzvorrichtung 50 stattfinden, während die Einspritzung
der herkömmlichen
Brennstoffladung typischerweise über
das zweite Sprühmuster
der Brennstoffeinspritzvorrichtung 50 stattfinden wird, wie
hier beschrieben. Trotzdem könnten
beide Einspritzungen in einem gleichen Sprühmuster aus einem gemeinsamen
Satz von Löchern
auftreten, und möglicherweise
könnten
sie sogar von einer Brennstoffeinspritzvorrichtung mit nur einem
verfügbaren Sprühmuster
auftreten. Die herkömmliche
Einspritzbrennstoffmenge wird typischerweise weniger als ungefähr 50% der
gesamten eingespritzten Brennstoffmenge während des gegebenen Motorzyklus
aufweisen und kann weniger als ungefähr 30% aufweisen, jedoch ist
die vorliegende Offenbarung nicht auf solche Bereiche eingeschränkt. in
gewissen Ausführungsbeispielen
kann eine relativ große
Einspritzung mit homogener Ladung verwendet werden, um den Hauptteil
der Leistungsanforderung des Motors zu liefern, und herkömmliche
Einspritzungen können verwendet
werden, falls nötig,
um die Leistungsanforderungen zu vervollständigen bzw. zu erfüllen. Eine
obere Grenze kann jedoch bezüglich
der Größe der Einspritzungen
mit homogener Ladung erreicht werden, welche der Motor 10 aufnehmen
kann.
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Insbesondere
können
die Verbrennungsdrücke
und die Druckspitzen über
einer gewissen Einspritzschwellengröße bei homogener Ladung die Einschränkungen
der Komponenten überschreiten. Wenn
die Motorleistungsanforderung über
einer Schwelle ist, die alleine durch den Betrieb mit homogener
Ladung erfüllt
werden kann, können
immer größere herkömmliche
Einspritzungen bei jedem Motorzyklus hinzugefügt werden, und zwar im Allgemeinen
schnell mit irgendeiner Steigerung der Leistungsanforderung. Die
umgekehrte Situation kann der Fall sein, wenn die Motorleistungsanforderung abnimmt.
Somit kann über
einer gewissen Leistungsschwelle eine Einspritzungsgröße für homogene
Ladung relativ konstant bleiben, wobei Veränderungen der Leistungsanforderung
nur durch Veränderungen der
Größe der herkömmlichen
Einspritzung ausgeglichen werden. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass
die Vielzahl von Betriebsschemata, insbesondere die Vielzahl der
Wege der Aufteilung von Brennstoff zwischen den zwei Ladungen, nahe zu
unbegrenzt ist, und dass das hier beschriebene Zuordnungsschema
nicht als im einschränkenden
Sinne angesehen werden sollte.
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Eine
Steuerung des Zeitpunktes des Verbrennungsereignisses mit homogener
Ladung kann durch irgendwelche von einer großen Vielzahl von bekannten
Mitteln stattfinden, die geeignet sind, um den Zeitpunkt des Verbrennungsereignisses
vorzuschieben oder zu verzögern.
Eine variable Ventilzeitsteuerung kann beispielsweise eingesetzt
werden, um den Zeitpunkt von Selbstzündungsbedingungen im Zylinder
20 zu
variieren und dadurch die Zeit zu beeinflussen, zu der eine homogene
Ladung, die in den Zylinder
20 eingespritzt wird, selbst
zündet.
Die Technologie, die in der Technik als „Abgasrückzirkulation" bekannt ist, kann
auch verwendet werden, um die Selbstzündung zu verzögern oder
vorzustellen und/oder eine Dauer eines Verbrennungsereignisses mit
homogener Ladung zu verändern.
In manchen Fällen
kann eine Vermehrung von heißen
Abgasen, die in die Einlasssammelleitung des Motors
10 gepumpt
werden, beispielsweise die Selbstzündung vorstellen, indem die
Temperaturen im Zylinder angehoben werden. Beispielhafte geeignete
Schemata mit variabler Ventilzeitsteuerung und Abgasrückzirkulation
sind im
US-Patent Nr. 6,769,392 von
Lawrence u. a. dargelegt. Die Steuerung der Einlasssammelleitungstemperatur,
beispielsweise durch Steuerung eines Kühlmittelflusses, kann auch
verwendet werden, um den Zeitpunkt der Selbstzündung im Zylinder
20 zu
steuern, und um somit die Verbrennungsphase einer dort eingespritzten
homogenen Ladung zu steuern. Die Einstellung eines Ölflusses
im Motorkopf kann auch verwendet werden, um den Zeitpunkt der Selbstzündungsbedingungen
zu steuern, genauso wie das Variieren des Zylinderverdichtungsverhältnisses.
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Das
Verbrennungsereignis mit homogener Ladung von speziellem Interesse
wird typischerweise ein Beginn der Verbrennung sein. Der Fachmann wird
jedoch erkennen, dass das spezielle Ereignis, dessen Zeitpunkt manipuliert
oder beibehalten wird, nicht auf den Start der Verbrennung eingeschränkt sein
muss. Beispielsweise könnte
der Zeitpunkt des Endes der Verbrennung der homogenen Ladung oder
der Zeitpunkt eines gewissen anderen Verbrennungsereignisses oder
auch ein willkürlicher
Punkt zwischen dem Start und dem Ende der Verbrennung gesteuert
werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
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Die
vorliegende Offenbarung kann weiter den Schritt aufweisen, einen
Wert zu bestimmen, der einen Zeitpunkt eines Verbrennungsereignisses
mit homogener Ladung in einem vorhergehenden Motorzyklus anzeigt,
beispielsweise einen Start der Verbrennung. Der bestimmte Wert kann
dann als die Grundlage zum Vorstellen oder Verzögern des Zeitpunktes des Verbrennungsereignisses
mit homogener Ladung in einem darauf folgenden Motorzyklus dienen.
In einem solchen Ausführungsbeispiel
kann der bestimmte Wert als ein Rückkoppelungs- bzw. Rückführungsausdruck
zur Regelung (closed loop) eines Zeitpunktes eines Verbrennungsereignisses mit
homogener Ladung dienen. Wie er hier verwendet wird, sollte der
Ausdruck „Wert,
der ... anzeigt" so verstanden
werden, dass er sich auf Werte bezieht, die sowohl von direkten
Messungen der Größe oder Charakteristik
von Interesse herkommen, genauso wie auch Werte von indirekten Messungen
oder Abschätzungen,
basierend auf Werten, Größen usw.
mit einer bekannten oder zu überprüfenden Beziehung zu
der interessanten Charakteristik. Bei der vorliegenden Offenbarung
kann die beschriebene Bestimmung zumindest teilweise mit dem Zylinderdrucksensor 36 vorgenommen
werden, der zu verwenden ist, um einen Zylinderdruck und/oder eine
Veränderungsrate
des Zylinderdruckes des Zylinders 20 zu bestimmen. Die
Zylinderdruckveränderungen,
die mit einem Start der Verbrennung einer Brennstoffladung in einem
Verbrennungsmotor assoziiert sind, sind in der Technik wohl bekannt
und bieten praktische Mittel zur Bestimmung eines Beginns der Verbrennung.
Es sei jedoch daran erinnert, dass der Steuerschritt nicht darauf
eingeschränkt
ist, einfach einen Beginn der Verbrennung zu steuern, und dass eine
Bestimmung der Zylinderdrücke
bei der Steuerung des Zeitpunktes oder anderer Verbrennungsereignisse
verwendet werden kann, wie hier beschrieben.
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Der
Zylinderdrucksensor 36 kann beispielsweise einen piezoelektrischen
Sensor aufweisen, der dem Zylinder 20 ausgesetzt ist. Anstatt
den Zylinderdruck direkt zu messen, können andere Mittel zur Bestimmung
des Wertes, der dem Zylinderdruck und/oder die Veränderungsrate
des Zylinderdruckes anzeigt, einen opti schen Sensor aufweisen. Gewisse optische
Sensoren können
eingesetzt werden, um einen Amplitude des übertragenen Lichtes innerhalb des
Zylinders zu bestimmen, und zwar mit einer bekannten Beziehung zum
Zylinderdruck, was wiederum eine Bestimmung eines Starts der Verbrennung gestatten
kann. Solche Sensoren sind kommerziell erhältlich von Optrand, Inc., Plymouth,
Michigan. Andere geeignete optische Sensoren weisen ein Interferometer
auf, welches betreibbar ist, um Veränderungen der Lichtfrequenz
in einem halbdurchlässigen Hohlraum
zu messen, der die Form basierend auf dem Zylinderdruck verändert. Solche
Interferometersensoren sind kommerziell erhältlich von Fiber Dynamics,
Inc., High Point, North Carolina. Noch eine weitere geeignete Sensorbauart
kann einen Mikro-Dehnmessstreifen-Zylinderdrucksensor
aufweisen. Solche Sensoren sind betreibbar, um relativ kleine Bewegungen
einer Glühkerzenstange
im Zylinder proportional zu Veränderungen
des Zylinderdruckes zu bestimmen, und sind kommerziell erhältlich von Texas
Instruments, Dallas, Texas. Ionensensoren, die von Woodward Governor
of Rockford, Illinois, hergestellt werden, die den Pegel der Ionen
in der Nachbarschaft einer im Zylinder liegenden Sonde messen, können auch
verwendet werden. Der Fachmann wird erkennen, dass noch weitere
geeignete Mittel zur Bestimmung eines Wertes, welcher den Zylinderdruck
und/oder Veränderungen
des Zylinderdruckes anzeigt, verfügbar sind, oder demnächst entdeckt
werden können,
deren Anwendung im beschriebenen Zusammenhang in den beabsichtigten Kern
und Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen wird.
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Der
Bestimmungsschritt kann weiter aufweisen, einen Punkt der Verbrennung
eines ausgewählten
Massenanteils des Verbrennungsereignisses mit homogener Ladung im
vorhergehenden Motorzyklus zu bestimmen. Der Punkt der Verbrennung
eines ausgewählten
Massenanteils kann beispielsweise ein Punkt der Verbrennung eines
Massenanteils von 50% sein, was einen Punkt darstellt, bei dem 50% des
in der Brennstoffeinspritzung mit homogener Ladung eingespritzten
Brennstoffes verbrannt ist. Der Punkt der Verbrennung eines Massenanteils
von 50% sieht eine praktische leicht zu identifizierende Größe zur Bestimmung
eines Beginns der Verbrennung der Brennstoffeinspritzung mit homogener
Ladung vor, jedoch wird der Fachmann erkennen, dass ein Punkt der
Verbrennung eines an deren Massenanteils oder ein vollständig unterschiedlicher
zu bestimmender Wert ausgewählt
werden kann, falls erwünscht.
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Das
Verfahren der vorliegenden Offenbarung kann weiter die Schritte
aufweisen, einen weiteren Wert zu bestimmen, der einen Zeitpunkt
eines Verbrennungsereignisses mit homogener Ladung während eines
Motorzyklus anzeigt, und der Steuerung einer herkömmlichen
Brennstoffeinspritzmenge, teilweise basierend auf dem bestimmten
Wert. Der bestimmte Wert kann der Zeitpunkt des Verbrennungsereignisses
mit homogener Ladung im gegebenen Motorzyklus oder in einem vorherigen
Motorzyklus sein. Anders gesagt, die Brennstoffeinspritzmenge mit
homogener Ladung bzw. HCCI-Einspritzmenge kann teilweise auf dem
Zeitpunkt des Verbrennungsereignisses mit homogener Ladung in dem
gleichen oder einem früheren
Motorzyklus basieren.
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Jeder
Zylinder 20 des Motors 10 wird eine gewisse Leistungsmenge
während
jedes Motorzyklus liefern. Wenn er in einem gemischten Betriebszustand
läuft,
kann der relative Anteil dieser Leistung, die durch die jeweiligen
Brennstoffeinspritzungen mit homogener Ladung und herkömmlicher
Einspritzung geliefert werden, abhängig von den Verbrennungsphasen
der jeweiligen Ladungen variieren. Das Bewegen der Verbrennungsphase
mit homogener Ladung relativ näher
an die obere Totpunktposition des Kolbens 14 kann gestatten,
dass ein vergleichsweise größerer Anteil
der Verbrennungsenergie bei homogener Ladung in ein positives Drehmoment
auf der Kurbelwelle 18 umgewandelt wird. Dies kommt zumindest
teilweise von der Tatsache, dass expandierende Gase von der Verbrennung
den Aufwärtsweg des
Kolbens 14 vergleichsweise weniger verzögern, wenn die Verbrennung
selbst vergleichsweise näher an
der oberen Totpunktposition des Kolbens 14 auftritt. Wenn
die Selbstzündung
der homogenen Ladung auftritt, wenn der Kolben 14 vergleichsweise niedriger
im Zylinder 20 ist, wird im Gegensatz dazu der Aufwärtsweg des
Kolbens 14 vergleichsweise stärker durch die Verbrennung
der homogenen Ladung verzögert
werden, wenn die Drucksteigerung aus den Verbrennungsgasen der Aufwärtsbewegung des
Kolbens 14 einen Widerstand geben wird, bis dieser den
oberen Totpunkt erreicht.
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Die
Brennstoffmenge, die während
jedes Motorzyklus verbrannt wurde, wird typischerweise zumindest
teilweise basierend auf einer Leistungsanforderung am Motor 10 bestimmt
werden. Eine Karte bzw. ein Kennfeld für die Brennstoffmenge bei homogener
Ladung oder ein „HCCI-Kennfeld", beispielsweise
eine Nachschautabelle, kann in der elektronischen Steuervorrichtung 30 einprogrammiert
sein. Neuronale Netzwerke usw. könnten
auch verwendet werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung
abzuweichen. Die Einspritzmenge und der Einspritzzeitpunkt bei homogener
Ladung können beispielsweise
gegenüber
der Motordrehzahl und/oder der Motorbelastung aufgezeichnet sein.
Ein getrenntes Kennfeld bzw. eine Karte für die Einspritzmenge und/oder
den Einspritzzeitpunkt bei herkömmlicher
Ladung kann auch in die elektronische Steuervorrichtung 30 programmiert
sein. Die Einspritzmenge bei herkömmlicher Ladung kann auch gegenüber der
Motordrehzahl und/oder der Motorbelastung aufgezeichnet sein. Der
Teil der Motorleistungsanforderung, der nicht durch die homogene
Ladung geliefert wird, kann durch die herkömmliche Ladung geliefert werden.
Wenn beispielsweise die homogene Ladung 70% der Leistungsanforderung
liefert, kann die elektronische Steuervorrichtung 30 die Brennstoffmenge
bestimmen, die nötig
ist, um die restlichen 30% über
die herkömmliche
Einspritzung zu liefern.
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Im
Allgemeinen kann es wünschenswert sein,
den Beginn der Verbrennung der homogenen Ladung relativ nahe an
den oberen Totpunkt zu bringen, beispielsweise in einem Bereich
von wenigen Grad des Kurbelwellenwinkels. Wie hier beschrieben,
können
jedoch verschiedene Faktoren bewirken, dass der Zeitpunkt der Selbstzündung sich
verzögert
oder vorstellt, was das Verzögern
oder Vorstellen des Verbrennungsereignisses mit homogener Ladung
relativ zu einem erwünschten
Zeitpunkt zur Folge hat. Solche Veränderungen des Zeitpunktes des
Verbrennungsereignisses mit homogener Ladung können die relative Menge des
positiven Drehmomentes beeinflussen, welches durch die Verbrennung
der homogenen Ladung geliefert wird. Wie oben besprochen, kann die
Selbstzündung
der homogenen Ladung vergleichsweise näher an einer oberen Totpunktposition
des Kolbens 14 gestatten, dass eine vergleichsweise größere Menge
an Verbrennungsenergie in positives Drehmoment an der Kurbelwelle 18 umgewandelt
wird, als bei einer vergleichsweise früheren Selbstzündung. Bei
einer solchen Verände rung
des positiven Drehmomentes auf der Kurbelwelle 18 kann
genauso die Brennstoffmenge variieren, die in der herkömmlichen
Ladung erforderlich ist. Wo beispielsweise die Verbrennung der homogenen
Ladung bei einem Kurbelwinkel von 15° vor dem oberen Totpunkt in
einem Motorzyklus zu einem Kurbelwinkel von nur 1° vor dem
oberen Totpunkt in einem darauf folgenden Motorzyklus vorgestellt
wird, wird die Menge der Verbrennungsenergie aus homogener Ladung,
die in positives Drehmoment auf der Kurbelwelle 18 umgewandelt
wird, zunehmen.
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Entsprechend
kann die Einspritzmenge für die
herkömmliche
Ladung verringert werden, wenn die Verbrennungsphase der homogenen
Ladung vergleichsweise näher
an den oberen Totpunkt bewegt wird. In einem in Betracht gezogenen
Ausführungsbeispiel
kann die Brennstoffeinspritzmenge für herkömmliche Ladung nicht nur gegenüber der
Motordrehzahl und/oder der Motorbelastung aufgezeichnet sein, sondern
auch gegenüber
dem Zeitpunkt des Verbrennungsereignisses mit homogener Ladung im gleichen
oder in einem vorherigen Motorzyklus. Somit können sowohl der Einspritzzeitpunkt
als auch die Einspritzmenge der herkömmlichen Ladung zumindest teilweise
auf einem vorbestimmten Zeitpunkt eines Verbrennungsereignisses
mit homogener Ladung basieren, beispielsweise einem bestimmten Start
der Verbrennung. Der Einspritzzeitpunkt für die herkömmliche Ladung kann auf einem
bestimmten Zeitpunkt des Verbrennungsereignisses mit homogener Ladung
in dem gleichen oder in einem früheren Motorzyklus
basieren.
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Das
Verfahren der vorliegenden Offenbarung kann noch weiterhin einen
Schritt der Einstellung eines NOx-Gehaltes im Abgas aus dem Motor 10 aufweisen,
und zwar zumindest teilweise durch Einstellung einer relativen Zeit
zwischen dem Verbrennungsereignis mit homogener Ladung und dem Einspritzereignis
mit herkömmlicher
Ladung. Wie hier beschrieben wird das Einspritzereignis für herkömmliche
Ladung typischerweise so zeitlich gesteuert sein, dass es zumindest
um eine vorbestimmte Zeit folgend auf das Verbrennungsereignis mit
homogener Ladung in einem gegebenen Motorzyklus liegt. Diese Verzögerung gestattet
eine gewisse Abkühlung,
sodass kein übermäßiges NOx
während
der herkömmlichen
Diffusionsverbrennung erzeugt wird. Es kann im Allgemeinen wünschenswert
sein, die herkömmliche
Ladung erst einzuspritzen, nachdem die homogene Ladung im Wesentlichen
vollständig verbrannt
ist und der Zylinder weniger heiß ist als wenn die herkömmliche
Einspritzung zeitlich näher an
der HCCI-Verbrennung gelegen wäre.
Der ausgewählte
Zeitpunkt kann auch auf anderen Faktoren basieren.
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Es
ist entdeckt worden, dass das Anordnen des Verbrennungsereignisses
mit homogener Ladung und des Verbrennungsereignisses mit herkömmlicher
Einspritzung vergleichsweise näher
aneinander eine vergleichsweise größere NOx-Erzeugung pro Motorzyklus zur Folge
haben kann. Wie hier beschrieben, kann jedoch dort, wo das Verbrennungsereignis
mit homogener Ladung vergleichsweise näher an einer oberen Totpunktposition
des Kolbens 14 auftritt, der Betrieb vergleichsweise effizienter
sein. Somit kann die Bestimmung der tatsächlichen zeitlichen Trennung
der Verbrennung der homogenen und der herkömmlichen Ladung einen allgemeinen
Ausgleich des Wirkungsgrades gegenüber der Emissionssteuerung
erfordern. Gewisse Rechtssprechungen können vergleichsweise strenge NOx-Anforderungen
haben, und daher kann ein gewisses Maß an Wirkungsgrad geopfert
werden, um eine Übereinstimmung
mit den erlaubten Emissionen sicherzustellen, was zur Folge hat,
dass die vorbestimmte Zeit zwischen dem Verbrennungsereignis mit
homogener Ladung und dem herkömmlichen
Einspritzereignis relativ groß ist.
Wo der Wirkungsgrad vergleichsweise wichtiger ist, kann alternativ
die Trennung der zwei Ereignisse vergleichsweise geringer sein,
was eine vergleichsweise größere NOx-Erzeugung
zur Folge hat.
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Der
Schritt der Steuerung eines Zeitpunktes eines herkömmlichen
Einspritzereignisses kann weiter aufweisen, die herkömmliche
Ladung zu einem Zeitpunkt, zumindest teilweise basierend auf einer Motorleistungsausgabe,
einzuspritzen. Es ist in der Technik wohl bekannt, dass ein Zeitpunkt
der Selbstzündungsbedingungen
abhängig
von einer Motorleistungsausgabe variieren kann. Entsprechend kann der
Zeitpunkt des Verbrennungsereignisses mit homogener Ladung variieren,
wenn die Motorleistungsausgabe variiert. Bei höheren Drehzahlen und Belastungen
können
beispielsweise Selbstzündungsbedingungen
tendenziell relativ früher
in einem Motorzyklus auftreten. Bei niedrigeren Drehzahlen und Belastungen
können
kühlere
Temperaturen der Zylinderwände
die Selbstzündung
verzögern.
Wie hier beschrieben, wird das herkömmliche Einspritzereignis typischerweise
so zeitlich gesteuert, dass es zumindest um eine vorbestimmte Zeit
nach dem Verbrennungsereignis mit homogener Ladung liegt. Wenn der
Zeitpunkt des Verbrennungsereignisses mit homogener Ladung sich
mit Veränderungen
der Leistungsanforderung verändert,
kann daher der Zeitpunkt des herkömmlichen Einspritzereignisses
so eingestellt werden, dass der Zeitpunkt der herkömmlichen
Einspritzung zumindest um die vorbestimmte Zeit folgend auf das
Verbrennungsereignis mit homogener Ladung liegt.
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Die
elektronische Steuervorrichtung 30 kann weiter ein computerlesbares
Medium aufweisen, wie beispielsweise einen Arbeitsspeicher bzw.
RAM, einen Lesespeicher bzw. ROM oder irgendein anderes geeignetes
Medium mit einem darauf aufgezeichneten Verbrennungszeitsteueralgorithmus.
Der Steueralgorithmus kann Mittel zur Steuerung eines Zeitpunktes
eines Verbrennungsereignisses mit homogener Ladung in einem gegebenen
Motorzyklus aufweisen, und Mittel zur Steuerung, dass ein Zeitpunkt eines
Einspritzereignisses mit herkömmlicher
Ladung im gegebenen Motorzyklus zumindest um eine vorbestimmte Zeit
nach dem Verbrennungsereignis mit homogener Ladung ist.
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In
einem Ausführungsbeispiel
kann der Steueralgorithmus auch ein Regelungsalgorithmus (closed
loop) sein, der weiter Mittel zur Bestimmung eines Zeitpunktes eines
Verbrennungsereignisses mit homogener Ladung und eines Rückkoppelungs- bzw.
Rückführungsausdrucks
aufweist, der einem bestimmten Zeitpunkt eines Verbrennungsereignisses
mit homogener Ladung in einem vorhergehenden Motorzyklus entspricht,
beispielsweise in einem direkt vorhergehenden Motorzyklus. Die Mittel
zur Bestimmung eines Zeitpunktes eines Verbrennungsereignisses mit
homogener Ladung können
weiter Mittel zur Bestimmung eines Wertes aufweisen, welcher einen
Verbrennungsstart mit homogener Ladung anzeigt.
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Die
Mittel zur Steuerung des Zeitpunktes des Verbrennungsereignisses
mit homogener Ladung können
weiter Mittel zur Anweisung einer Einspritzung eines Strahls aus
flüssigem
Brennstoff über
das erste Sprühmuster
der Einspritzvorrichtung 50 aufweisen, und zwar vor der
Entwicklung von Selbstzündungsbedingungen
im Zy linder 20 während
des gegebenen Motorzyklus. Die Mittel zur Anweisung können weiter
Mittel zur Bewegung des äußeren Rückschlagelementes 52 aufweisen,
um einen Brennstoffstrahl über
die Einspritzzumessöffnungen 58 zu beenden.
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Die
Mittel zur Steuerung eines Zeitpunktes eines herkömmlichen
Einspritzereignisses können weiter
Mittel zum Anweisen einer Einspritzung eines Strahls aus flüssigem Brennstoff über das
zweite Sprühmuster
der Einspritzvorrichtung 50 aufweisen, und zwar folgend
auf die Entwicklung von Selbstzündungsbedingungen
im Zylinder 20 während
des gegebenen Motorzyklus. Die Mittel zur Anweisung einer Einspritzung
durch das zweite Sprühmuster
der Einspritzvorrichtung 50 können weiter Mittel zur Bewegung
des zweiten Rückschlagelementes 62 aufweisen,
um einen Brennstoffstrahl über
die Einspritzzumessöffnungen 68 zu
beenden.
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Die
elektronische Steuervorrichtung 30 kann weiter einen darauf
aufgezeichneten Steueralgorithmus für eine herkömmliche Brennstoffeinspritzung aufweisen,
der Mittel zur Bestimmung einer herkömmlichen Brennstoffeinspritzmenge,
basierend zumindest teilweise auf einer Leistungsanforderung am
Motor 10, aufweist. Der Steueralgorithmus für die herkömmliche
Brennstoffeinspritzung kann weiter Mittel zur Bestimmung eines Zeitpunktes
der herkömmlichen
Brennstoffeinspritzung aufweisen. Wie hier beschrieben, können jedoch
sowohl der Zeitpunkt als auch die Menge der herkömmlichen Brennstoffeinspritzung
teilweise auf dem Zeitpunkt des Verbrennungsereignisses mit homogener
Ladung variieren.
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Es
wird in Betracht gezogen, dass herkömmliche Einspritzungen verwendet
werden können,
um Einspritzungen mit homogener Ladung zu liefern, und entsprechend
können
herkömmliche
Einspritzungen in erster Linie verwendet werden, um einen Teil der
Leistungsanforderung zu berücksichtigen, der
nicht durch die Brennstoffeinspritzungen mit homogener Ladung abgedeckt
wird, obwohl die vorliegende Offenbarung nicht auf einen solchen
Ansatz eingeschränkt
ist. Dies kann entweder deswegen der Fall sein, weil gesteigerte
Brennstoffeinspritzmengen für
homogene Ladung aufgrund von Hardware- bzw. Komponenteneinschränkungen
unpraktisch sind, oder aus einem gewissen anderen Grund, wie beispielsweise aufgrund
einer Steigerung des Ladedruckes, der von einem Turbolader geliefert
wird, der mit dem Motor 10 in herkömmlicher Weise gekoppelt ist. In
einem typischen Szenario kann der Steueralgorithmus für die herkömmliche
Brennstoffeinspritzung anweisen, dass die Brennstoffmengen für jede herkömmliche
Brennstoffeinspritzung zunehmen, wenn die Leistungsanforderung an
den Motor 10 zunimmt, und dass die Brennstoffmengen für jede herkömmliche
Einspritzung abnehmen, wenn die Leistungsanforderung abnimmt. Wenn
der Motor 10 in einen niedrigeren Teil eines Leistungsausgabebereiches
eintritt, kann er alleine aufgrund der Einspritzungen mit homogener
Ladung laufen.
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Eine
präzisere
Steuerung kann durch Aufzeichnen der Menge und des Zeitpunktes der
herkömmlichen
Einspritzung gegenüber
dem Zeitpunkt des Verbrennungsereignisses mit homogener Ladung erreicht
werden. Zu diesem Zweck kann der Steueralgorithmus für herkömmliche
Einspritzung weiter Mittel aufweisen, um die herkömmliche
Einspritzmenge basierend auch teilweise auf einem vorbestimmten
Zeitpunkt des Verbrennungsereignisses mit homogener Ladung zu bestimmen.
Diese Fähigkeit
ist ähnlich
wie bei dem oben beschriebenen Verfahren, wodurch die herkömmlichen
Brennstoffeinspritzmengen, basierend auf dem Zeitpunkt des Verbrennungsereignisses
mit homogener Ladung eingestellt werden können.
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In
noch einem weiteren Ausführungsbeispiel kann
die elektronische Steuervorrichtung 30 einen ersten Schleifenalgorithmus
aufweisen, beispielsweise einen Regelalgorithmus (closed loop) mit
Mitteln zur Steuerung eines Zeitpunktes eines Verbrennungsereignisses
mit homogener Ladung in einem gegebenen Motorzyklus zumindest teilweise
basierend auf dem Zeitpunkt eines Verbrennungsereignisses mit homogener
Ladung in einem vorhergehenden Motorzyklus. In einem solchen Ausführungsbeispiel
kann die elektronische Steuervorrichtung 30 weiter einen
zweiten Schleifenalgorithmus zur Steuerung eines Zeitpunktes eines
herkömmlichen
Einspritzereignisses zumindest teilweise basierend auf dem bestimmten
Zeitpunkt des Verbrennungsereignisses mit homogener Ladung im vorhergehenden Motorzyklus
und/oder einem bestimmten Zeitpunkt eines Verbrennungsereignisses
mit homogener Ladung im gegebenen Motorzyklus aufweisen. Anders gesagt,
der Zeitpunkt des herkömmlichen
Einspritzereignisses kann auf der Verbrennungsphase bei homogener
Ladung in einem vorhergehenden Motorzyklus basieren, oder auf der
Verbrennungsphase für homogene
Ladung im gegenwärtigen
Motorzyklus.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Mit
Bezug auf 3 ist dort ein Flussdiagramm 100 gezeigt,
welches einen beispielhaften Steuerprozess gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
Der Prozess des Flussdiagramms 100 wird bei START beginnen,
Schritt 110, und wird von dort zum Schritt 120 voranschreiten,
wo die elektronische Steuervorrichtung 30 einen Wert bestimmen
kann, der einen Zeitpunkt eines Verbrennungsereignisses mit homogener
Ladung in einem Motorzyklus bestimmen kann. Vom Schritt 110 kann
das Verfahren zum Schritt 130 gehen, wo die elektronische
Steuervorrichtung 30 einen Zeitpunkt eines Verbrennungsereignisses
mit homogener Ladung in einem darauf folgenden Motorzyklus basierend
zumindest teilweise auf dem bestimmten Wert verzögern oder vorstellen kann.
Wenn beispielsweise der bestimmte Wert anzeigt, dass die Verbrennung
der homogenen Ladung zu früh
beginnt, kann die elektronische Steuervorrichtung 30 verschiedene
Zeitsteuerverfahren einsetzen, um die Entwicklung der Selbstzündungsbedingungen
im folgenden Motorzyklus zu verzögern.
Der Einspritzzeitpunkt der homogenen Ladung kann auch so eingestellt
werden, dass die Verbrennungsphase der homogenen Ladung zu einer
erwünschten
Phase hin bewegt wird. Wenn der bestimmte Wert anzeigt, dass die
Verbrennung der homogenen Ladung beispielsweise zu spät beginnt, kann
die elektronische Steuervorrichtung 30 bewirken, dass verschiedene
Zeitsteuerungen die Entwicklung der Selbstzündungsbedingungen im folgenden
Motorzyklus vorstellen.
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Verschiedene
Betriebsparameter können
die Verbrennungsphase der homogenen Ladung beeinflussen. Wie hier
beschrieben, können
während
Bedingungen mit vergleichsweise geringerer Belastung die Wände des
Zylinders 20 relativ kalt sein, was die Selbstzündungsbedingungen
in einem gegebenen Motorzyklus auf einen vergleichsweise späteren Zeitpunkt
verzögert.
In einem solchen Fall kann es wünschenswert
sein, den Zeitpunkt der Entwicklung der Selbstzündungsbedingungen vorzustellen
und daher den Beginn der Verbrennung der homogenen Ladung. Dies
kann beispielsweise durch Vergrößerung des
Verdichtungsverhältnisses
der Luft erreicht werden, die zum Zylinder 20 geliefert
wird, sodass der Zylinderdruck und die Temperatur, die Selbstzündungsbedingungen
vergleichsweise früher
im Motorzyklus erreichen.
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Vom
Schritt 130 kann der Prozess voran gehen zum Schritt 140,
wo die elektronische Steuervorrichtung 30 den Einspritzzeitpunkt
der herkömmlichen
Ladung in dem darauf folgenden Motorzyklus verzögern oder vorstellen kann,
sodass dieser zumindest um eine vorbestimmte Zeit nach dem Verbrennungsereignis
mit homogener Ladung ist. In anderen Ausführungsbeispielen können der
Einspritzzeitpunkt und die Einspritzmenge für die herkömmliche Ladung gegenüber der
Motordrehzahl und/oder der Motorlast alleine aufgezeichnet sein
und werden nicht eingestellt, sondern einfach zu einem Zeitpunkt eingespritzt,
der durch das Kennfeld bestimmt wird. Vom Schritt 130 kann
der Prozess zum Schritt 140, ENDE, gehen.
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Mit
Bezug auf 4 ist dort ein Flussdiagramm 200 gezeigt,
welches ein weiteres Steuerverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung
veranschaulicht. Das Steuerverfahren des Flussdiagramms 200 weicht
von jenem des Flussdiagramms 100 unter anderem in erster
Linie dahingehend ab, dass die Brennstoffmenge der herkömmlichen
Einspritzung basierend auf Veränderungen
des Zeitpunktes des Verbrennungsereignisses mit homogener Ladung
eingestellt werden kann. Die Veränderungen
bei dem Zeitpunkt des Verbrennungsereignisses mit homogener Ladung
können
aus beabsichtigten Einstellungen über die Steuervorrichtung 30 oder durch
solche Veränderungen
bei den Phasen resultieren, die dazu tendieren, unbeabsichtigt aufgrund der
inhärenten
Empfindlichkeit des Verbrennungsbetriebs mit homogener Ladung aufzutreten.
Das Verfahren des Flussdiagramms 200 wird mit einem START,
Schritt 210, beginnen. Vom Schritt 210 kann das
Verfahren zum Schritt 220 voranschreiten, wo die elektronische
Steuervorrichtung 30 die Einspritzung einer homogenen Ladung
anweisen kann. Vom Schritt 220 kann das Verfahren zum Schritt 230 voranschreiten,
wo die elektronische Steuervorrichtung 30 einen Wert bestimmen
kann, der beispielsweise einen Verbrennungsbeginn der homogenen
Ladung anzeigt. Vom Schritt 230 kann das Verfahren zum Schritt 240 vorangehen,
wo die elektronische Steuervorrichtung 30 eine Brennstoffeinspritzmenge
der herkömmlichen
Ladung basierend zumindest teilweise auf dem bestimmten Wert bestimmen
kann. Folgend auf die Bestimmung der Brennstoffeinspritzmenge der
herkömmlichen
Ladung kann das Verfahren zum Schritt 250 voranschreiten,
wo die elektronische Steuervorrichtung 30 eine Einspritzung
der herkömmlichen
Ladung anweisen kann. Vom Schritt 250 kann das Verfahren
zum Schritt 260, ENDE, voranschreiten.
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Obwohl
ein großer
Teil der vorangegangenen Beschreibung darauf gerichtet ist, die
Steuerprozesse der vorliegenden Offenbarung im Zusammenhang mit
einem einzigen Motorzyklus oder einer geringen Anzahl von Motorzyklen
zu veranschaulichen, sei bemerkt, dass in einem Motor, der gemäß der vorliegenden
Offenbarung arbeitet, eine Zeitsteuerung und eine Einspritzsteuerung über viele
aufeinander folgende Zyklen stattfinden kann. Während einige der Steuermittel
zur Einstellung des Zeitpunktes der Selbstzündung relativ schnell bewirkt
werden können,
beispielsweise von einem Zyklus zum nächsten, sind darüber hinaus
andere allmählicher.
Das Einstellen des Kühlmittel-
oder Ölflusses,
wie hier beschrieben, kann beispielsweise eine Einstellung des Selbstzündungszeitpunktes
vorsehen, die mehrere Zyklen braucht, um effektiv zu sein. Eine
variable Ventilzeitsteuerung kann im Gegensatz dazu verwendet werden,
um den Selbstzündungszeitpunkt
in einem Motorzyklus direkt folgend auf eine Bestimmung einzustellen,
dass der Verbrennungsbeginn einer homogenen Ladung von einem erwünschten Zeitpunkt
abweicht.
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Die
relative Empfindlichkeit von vielen Mischmodusschemata auf Variationen
bei den Betriebsbedingungen kann in vielen Fällen regelmäßige oder kontinuierliche Einstellungen
an dem Zeitpunkt des Verbrennungsereignisses mit homogener Ladung
erfordern.
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Weil
es oft wünschenswert
sein wird, temporär
das Verbrennungsereignis mit homogener Ladung und das Einspritzereignis
der herkömmlichen Ladung
zumindest um eine vorbestimme Zeit zu trennen, wird der Zeitpunkt
des herkömmlichen
Ein spritzereignisses typischerweise in Zusammenhang mit dem Zeitpunkt
des Verbrennungsereignisses der homogenen Ladung eingestellt werden.
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Wenn
der Verbrennungsbeginn der homogenen Ladung beispielsweise durch
die elektronische Steuervorrichtung 30 folgend auf eine
Bestimmung vorgestellt wird, dass der Beginn der Verbrennung der
homogenen Ladung in einem vorhergehenden Motorzyklus zu spät ist, kann
es wünschenswert
sein, auch das herkömmliche
Einspritzereignis vorzustellen. Wenn bestimmt wird, dass der Verbrennungsbeginn
der homogenen Ladung zu früh
ist, kann in gleicher Weise die elektronische Steuervorrichtung 30 den
Verbrennungsbeginn der homogenen Ladung in einem darauf folgenden
Motorzyklus verzögern,
genauso wie den Zeitpunkt des Einspritzereignisses der herkömmlichen
Ladung.
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In
anderen Ausführungsbeispielen
kann eine aktive Steuerung des Zeitpunktes des herkömmlichen
Einspritzereignisses überhaupt
nicht erwünscht sein.
In einem solchen Ausführungsbeispiel
kann das beschriebene Regelungsverfahren (closed loop) zur Steuerung
des Zeitpunktes des Verbrennungsereignisses der homogenen Ladung
kontinuierlich laufen, wobei der Verbrennungsbeginn der homogenen
Ladung vorgestellt oder zurückgestellt
wird, falls nötig. Der
Zeitpunkt des Einspritzereignisses der herkömmlichen Ladung kann einfach
um eine ausreichende Zeit nach einer berechneten durchschnittlichen
Zeit der Selbstzündung
der homogenen Ladung angeordnet werden, um sicherzustellen, dass
ein akzeptabler Betrieb während
eines akzeptablen Zeitanteils auftreten wird.
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Im
Hinblick auf die vorliegende Offenbarung sei auch bemerkt, dass,
wo eine relativ präzise
Steuerung erwünscht
ist, die relative Zuordnung und auch die insgesamt eingespritzte
Brennstoffmenge sich verändern
können,
wenn der Zeitpunkt der Einspritzung und der Verbrennung der zwei
Ladungen um eine obere Totpunktposition des Kolbens 14 herum variiert
wird. Wenn das Verbrennungsereignis mit homogener Ladung verzögert wird,
um sich dem oberen Totpunkt zu nähern,
kann sich beispielsweise die Verbrennungsenergie, die in positive
mechanische Energie des Kolbens 14 umgewandelt wird, verändern, was
ein geringeres Brennstoffvolumen bei der Einspritzung der herkömmlichen
Ladung erfordert. Wie hier beschrieben, können andere Überlegungen,
wie beispielsweise die NOx-Produktion
und der Motorbetriebswirkungsgrad weitere Einstellungen an der zeitlichen
Trennung der zwei Ereignisse erfordern, was wiederum die relativen
und absoluten eingespritzten Brennstoffmengen von jeder Ladung beeinflusst.
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Die
vorliegende Beschreibung ist nur zu Veranschaulichungszwecken vorgesehen
und sollte nicht so angesehen werden, dass sie den Umfang der vorliegenden
Offenbarung in irgendeiner Weise einschränkt. Somit wird der Fachmann
erkennen, dass verschiedene Modifikationen an den gegenwärtig offenbarten
Ausführungsbeispielen
vorgenommen werden können,
ohne vom beabsichtigten Kern und Umfang der Offenbarung abzuweichen.
Während beispielsweise
die Mischmodusbrennstoffeinspritzvorrichtung 50 im gegenwärtigen Zusammenhang gut
geeignet ist, könnten
andere Einspritzvorrichtungen oder andere Einspritzstrategien verwendet
werden, welche im Mischmodus funktionieren können, ohne vom Umfang der vorliegenden
Offenbarung abzuweichen. Anstatt einer einzigen Einspritzvorrichtung
mit zwei konzentrischen Rückschlagelementen, könnten beispielsweise
zwei getrennte Einspritzvorrichtungen in gewissen Ausführungsbeispielen
verwendet werden. Andere Aspekte, Merkmale und Vorteile werden bei
einer Betrachtung der beigefügten Zeichnungsfiguren
und der angehängten
Ansprüche offensichtlich
werden.
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Zusammenfassung
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MISCHMODUSSTEUERVERFAHREN UND MOTOR, DER
DIESES VERWENDET
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Ein
Verfahren für
einen Mischmodusbetrieb eines Verbrennungsmotors weist die Schritte
auf, einen Zeitpunkt eines Verbrennungsereignisses einer homogenen
Ladung in einem gegebenen Motorzyklus zu steuern und ein Einspritzereignis
einer herkömmlichen
Ladung zu steuern, so dass dieses um mindestens eine vorbestimmte
Zeit nach dem Verbrennungsereignis der homogenen Ladung auftritt. Ein
Verbrennungsmotor ist vorgesehen, der eine elektronische Steuervorrichtung
mit einem computerlesbaren Medium mit einem darauf aufgezeichneten Verbrennungszeitsteueralgorithmus
aufweist, wobei der Steueralgorithmus Mittel zur Steuerung eines Zeitpunktes
eines Verbrennungsereignisses einer homogenen Ladung und Mittel
zur Steuerung eines Zeitpunktes eines herkömmlichen Einspritzereignisses
in solcher Weise aufweist, dass dieses zumindest um eine vorbestimmte
Zeit vom Verbrennungsereignis der homogenen Ladung entfernt ist.