DE112009000607T5 - Steuerstrategie für das Überführen zwischen Verbrennungsmodi in einem Verbrennungsmotor - Google Patents

Steuerstrategie für das Überführen zwischen Verbrennungsmodi in einem Verbrennungsmotor Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, der mehrere steuerbare Motoraktuatoren aufweist, wobei das Verfahren umfasst:
Betreiben des Motors in einem ersten Verbrennungsmodus unter Verwendung eines ersten Steuerschemas, während gleichzeitig der Betrieb des Motors in einem zweiten Verbrennungsmodus unter Verwendung eines zweiten Steuerschemas und gemäß simulierten Steuereinstellungen für die mehreren steuerbaren Motoraktuatoren simuliert wird; und
Überführen des Betriebs des Motors in den zweiten Verbrennungsmodus unter Verwendung des zweiten Steuerschemas und anfangs gemäß den simulierten Steuereinstellungen für die mehreren steuerbaren Motoraktuatoren.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Offenbarung bezieht sich auf den Betrieb und auf die Steuerung von Verbrennungsmotoren.
  • HINTERGRUND
  • Die Aussagen in diesem Abschnitt bieten lediglich Hintergrundinformationen in Bezug auf die vorliegende Offenbarung und brauchen keinen Stand der Technik zu bilden.
  • Bekannte Motoren mit Funkenzündung (SI-Motoren) leiten in jeden Zylinder ein Luft/Kraftstoff-Gemisch ein, das in einem Verdichtungstakt verdichtet wird und durch eine Zündkerze gezündet wird. Bekannte Motoren mit Kompressionszündung spritzen in einen Verbrennungszylinder in der Nähe des oberen Totpunkts (TDC) des Verdichtungstakts unter Druck stehenden Kraftstoff ein, der bei der Einspritzung zündet. Die Verbrennung umfasst sowohl für Benzinmotoren als auch für Dieselmotoren vorgemischte Flammen oder Diffusionsflammen, die durch Fluidmechanik gesteuert werden.
  • SI-Motoren können in einer Vielzahl verschiedener Verbrennungsmodi einschließlich eines homogenen SI-Verbrennungsmodus und eines Schichtladungs-Verbrennungsmodus mit Funkenzündung (SC-SI-Verbrennungsmodus) arbeiten. SI-Motoren können unter vorbestimmten Drehzahl/Last-Betriebsbedingungen zum Arbeiten in einem Verbrennungsmodus mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Verbrennungsmodus) ausgebildet sein, der austauschbar auch als Verbrennung mit gesteuerter Selbstzündung (HCCI-Verbrennung) bezeichnet wird. Die Verbrennung mit gesteuerter Selbstzündung (HCCI-Verbrennung) umfasst einen verteilten flammenlosen Selbstzündungsverbrennungsprozess, der durch Oxidationschemie gesteuert wird. Ein Motor, der in dem Verbrennungsmo-dus mit gesteuerter Selbstzündung (HCCI-Verbrennungsmodus) arbeitet, weist eine Zylinderladung auf, die vorzugsweise in Bezug auf Zusammensetzung, Temperatur und Restabgase zur Einlassventil-Schließzeit homogen ist. Die Verbrennung mit gesteuerter Selbstzündung (HCCI-Verbren-nung) ist ein verteilter kinetisch gesteuerter Verbrennungsprozess, bei dem der Motor bei einem verdünnten Luft/Kraftstoff-Gemisch, d. h. mager gegenüber einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Punkt, mit verhältnismäßig niedrigen Spitzenverbrennungstemperaturen arbeitet, was zu niedrigen Stickoxidemissionen (NOx-Emissionen) führt. Das homogene Luft/Kraftstoff-Gemisch minimiert Auftritte fetter Zonen, die Rauch- und Partikelemissionen bilden.
  • Die Verbrennung mit gesteuerter Selbstzündung (HCCI-Verbrennung) hängt stark von Faktoren wie etwa Zylinderladungszusammensetzung, -temperatur und -druck beim Schließen des Einlassventils ab. Damit müssen die Steuereingaben in den Motor sorgfältig koordiniert werden, um die Selbstzündungsverbrennung sicherzustellen. Die Verbrennungsstrategien mit gesteuerter Selbstzündung (HCCI-Verbrennungsstrategien) können die Verwendung einer Abgaswiederverdichtungs-Ventilstrategie umfassen. Die Abgaswiederverdichtungs-Ventilstrategie umfasst das Steuern einer Zylinderladungstemperatur durch Einschließen von heißem Restgas von einem vorherigen Motorzyklus durch Einstellen des Ventilschließzeitpunkts. In der Abgaswiederverdichtungsstrategie schließt das Auslassventil vor dem oberen Totpunkt (TDC) und öffnet das Einlassventil nach dem TDC, was eine negative Ventilüberlappungsperiode (NVO-Periode) erzeugt, in der sowohl das Auslass- als auch das Einlassventil geschlossen ist, wodurch das Abgas eingeschlossen wird. Die Öffnungszeitpunkte des Einlass- und des Auslassventils sind vorzugsweise symmetrisch in Bezug auf den TDC-Einlass. Sowohl eine Zylinderladungszusammensetzung als auch eine Zylinderladungstemperatur werden stark durch den Auslassventil-Schließzeitpunkt beeinflusst. Insbesondere kann bei früherem Schließen des Auslassventils mehr heißes Restgas von einem vorhergehenden Zyklus behalten werden, was weniger Raum für ankommende Frischluftmasse lässt, wodurch die Zylinderladungstemperatur erhöht wird und die Zylindersauerstoffkonzentration verringert wird. In der Abgaswiederverdichtungsstrategie werden der Auslassventil-Schließzeitpunkt und der Einlassventil-Öffnungszeitpunkt durch die NVO-Periode gemessen.
  • Außer einer Ventilsteuerstrategie muss es eine geeignete Kraftstoffeinspritzstrategie für die Verbrennung geben. Bei niedrigen Kraftstoffzufuhrraten (z. B. < 7 mg/Zyklus bei 1000 min–1 in einem beispielhaften 0,55-l-Verbrennungskammervolumen) kann die Zylinderladung selbst beim maximal zulässigen NVO nicht heiß genug für die Verbrennung mit gesteuerter Selbstzündung (HCCI-Verbrennung) sein, was zur teilweisen Verbrennung oder zur Fehlzündung führt.
  • Verschiedene Verbrennungsmodi in ähnlichen Drehzahl/Last-Situationen können Leistungsfähigkeitsunterschiede in Bezug auf Motorstabilität, Emissionen und Kraftstoffwirtschaftlichkeit aufweisen. Der Motorbetrieb kann die Überführung in einen bestimmten Verbrennungsmodus umfassen, der in einer bestimmten Situation eine bevorzugte Leistungsfähigkeit aufweist. Das Auswählen eines bevorzugten Verbrennungsmodus, in dem gearbeitet werden soll, kann darauf beruhen, welcher Verbrennungsmodus bei einer bestimmten Motorlast und -drehzahl zu bevorzugter Leistungsfähigkeit führt. Wenn eine Änderung der Drehzahl und/oder der Motorlast einen Übergang zu einem anderen Verbrennungsmodus rechtfertigt, wird eine Übergangsstrategie ausgeführt, und der Motor geht in den anderen Verbrennungsmodus über.
  • Bekannte Risiken im Zusammenhang mit dem Überführen des Motorbetriebs zwischen Verbrennungsmodi umfassen unvollständige Verbrennung, Motorfehlzündungen, Drehmomentstörungen und erhöhte unerwünschte Emissionen.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, der mehrere steuerbare Motoraktuatoren aufweist, umfasst das Betreiben des Motors in einem ersten Verbrennungsmodus unter Verwendung eines ersten Steuerschemas, während gleichzeitig der Betrieb des Motors in einem zweiten Verbrennungsmodus unter Verwendung eines zweiten Steuerschemas und gemäß simulierten Steuereinstellungen für die mehreren steuerbaren Motoraktuatoren simuliert wird, und das Überführen des Betriebs des Motors in den zweiten Verbrennungsmodus unter Verwendung des zweiten Steuerschemas und anfangs gemäß den simulierten Steuereinstellungen für die mehreren steuerbaren Motoraktuatoren.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Es werden nun eine oder mehrere Ausführungsformen beispielhaft mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
  • 1 ein schematischer Blockschaltplan eines Steuermoduls zum Steuern eines Verbrennungsmotors gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
  • 2 eine schematische Zeichnung eines beispielhaften Motorsystems gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
  • 3 beispielhafte Drehzahl- und Lastbetriebszonen für verschiedene Verbrennungsmodi gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch darstellt;
  • 4 ein beispielhaftes Drehzahl-Last-Kennfeld, das dem Standardverbrennungsmodus überlagert ist, gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch darstellt; und
  • 5 einen beispielhaften Verbrennungsmodusübergang gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch darstellt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Nun auf die Zeichnungen Bezug nehmend, in denen die Darstellungen nur zur Veranschaulichung bestimmter beispielhafter Ausführungsformen und nicht zu deren Beschränkung dienen, zeigt 1 einen schematischen Blockschaltplan eines Steuermoduls 5, das signal- und funktionstechnisch mit einem Verbrennungsmotor 10 verbunden ist. Der Motor 10 umfasst einen Verbrennungsmotor, der für den Betrieb in mehreren Verbrennungsmodi, z. B. in einem Verbrennungsmodus mit Funkenzündung und in einem Verbrennungsmodus mit gesteuerter Selbstzündung, ausgebildet ist. Vorzugsweise ist jedem der Verbrennungsmodi ein Steuerschema zugeordnet.
  • Das Steuermodul 5 umfasst eine ausführbare Steuerstrategie 56 zum Steuern des Betriebs des Motors 10 in einem von mehreren Steuerschemata. Bei einer Ausführungsform umfasst die Steuerstrategie 56 ein erstes Steuerschema 50 und ein zweites Steuerschema 52. Ferner umfasst das Steuermodul 5 als ein Element der Steuerstrategie 56 einen Motorsimulator 54. Das erste und das zweite Steuerschema 50 und 52 und der Motorsimulator 54 sind in 1 dargestellt und hier als diskrete Elemente beschrieben. Diese Darstellung dient zur Erleichterung der Beschreibung und es sollte erkannt werden, dass die durch diese Elemente ausgeführten Funktionen in einer oder mehreren Vorrichtungen kombiniert werden können, z. B. in Software, Hardware und/oder implementiert in einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltungsanordnung. Somit können das erste und das zweite Steuerschema 50 und 52 und der Motorsimulator 54 Digitalcomputer sein, die signaltechnisch mit dem Steuermodul 5 verbunden sind, oder können sie einer oder mehrere Steueralgorithmen und zugeordnete Kalibrierungen sein, die in einer Speichervorrichtung gespeichert und in dem Steuermodul 5 ausgeführt werden.
  • Im Betrieb verwendet das Steuermodul 5 selektiv das erste oder das zweite Steuerschema 50 oder 52, um den Motor 10 in einem jeweiligen Verbrennungsmodus zu betreiben. Gleichzeitig verwendet das Steuermodul 5 das Andere von dem ersten und zweiten Steuerschema 50 und 52, um einen (zum Simulieren des Betriebs des Motors 10 ausgebildeten) Motorsimulator 54 in einem jeweiligen Verbrennungsmodus zu betreiben. Das Steuermodul 5 verwendet die Ausführung in dem anderen Verbrennungsmodus und in dem zugeordneten simulierten Motorbetrieb, um einen Verbrennungsmodusübergang zu bewirken, der zur Verwendung des anderen Steuerschemas zum Betreiben des Motors in dem anderen Verbren nungsmodus führt. Der erste oder der zweite Verbrennungsmodus kann ein bevorzugter Verbrennungsmodus sein, der einem Motorbetriebspunkt zugeordnet ist.
  • Ferner weist das Steuermodul 5 Schalter 58, Steuerleitung(en) 60 und Signalleitung(en) 62 auf. Die Steuerleitung(en) 60 können z. B. diskrete Steuerleitungen oder busverbundene Steuerleitungen für die Aktuatorsteuerung aufweisen. Die Signalleitung(en) 62 können z. B. diskrete Detektionsleitungen oder busverbundene abgetastete Signale zum Detektieren von Motorparametern ausweisen. Die Schalter 58, die Steuerleitung(en) 60 und die Signalleitung(en) 62 können physikalische Vorrichtungen oder in dem Steuermodul 5 als Algorithmen repräsentiert sein. Das Steuermodul 5 steuert die Schalter 58 zur Verwendung des ersten und des zweiten Steuerschemas 50 und 52 zum Steuern des Betriebs des Motors 10 und des Motorsimulators 54. Das Steuermodul 5 identifiziert oder wählt einen bevorzugten Verbrennungsmodus und ein zugeordnetes Steuerschema, um den Motor 10 wie im Folgenden beschrieben auf der Grundlage der in 3 und 4 gezeigten Drehzahl/Last-Betriebsbereiche, von Diagnosebedingungen und von Motorbetriebsbedingungen einschließlich z. B. der Temperatur zu steuern. Ein anderes Steuerschema betreibt den Motorsimulator 54.
  • Das Steuermodul 5 ist vorzugsweise ein Universaldigitalcomputer, der einen Mikroprozessor oder eine Zentraleinheit, Speichermedien, die nichtflüchtigen Speicher einschließlich Nur-Lese-Speicher und elektrisch programmierbaren Nur-Lese-Speicher umfassen, Direktzugriffsspeicher, einen schnellen Taktgeber, Analog-Digital- und Digital-Analog-Schaltungen und Eingabe/Ausgabe-Schaltungen und -Vorrichtungen und geeignete Signalaufbereitungs- und -pufferschaltungsanordnungen umfasst. Vorzugsweise umfasst das Steuermodul 5 die Steuerstrategie 56, die als resi dente Programmanweisungen und Kalibrierungen in dem nichtflüchtigen Speicher gespeichert ist. Die Steuerschemata werden vorzugsweise während im Voraus festgelegter Schleifenzyklen ausgeführt. Die Algorithmen werden durch die Zentraleinheit ausgeführt und sind zum Überwachen von Eingaben von Detektionsvorrichtungen und zum Ausführen von Steuer- und Diagnoseroutinen zum Steuern des Betriebs der Motoraktuatoren unter Verwendung im Voraus festgelegter Kalibrierungen ausgebildet. Die Schleifenzyklen können während des andauernden Motor- und Fahrzeugbetriebs in regelmäßigen Intervallen, z. B. alle 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden, ausgeführt werden. Alternativ können die Algorithmen in Ansprechen auf das Auftreten eines Ereignisses ausgeführt werden.
  • Das erste und das zweite Steuerschema 50 und 52 werden in algorithmischem Code ausgeführt, der zum Erzeugen jeweiliger Steuereinstellungen für Motoraktuatoren auf der Grundlage überwachter Ausgaben von Sensoren ausgebildet ist. Die Steuereinstellungen entsprechen Aktuatoreinstellungen für Vorrichtungen, die Drosselklappenposition, Funkenzeitpunkt, Kraftstoffeinspritzmasse und -zeitpunkt, Einlass- und/oder Auslass-Ventilhub, -Zeitpunkt und -Phaseneinstellung und die AGR-Ventilposition zum Steuern der Strömung zurückgeführter Abgase umfassen. Bei einer Ausführungsform umfassen der Ventilhub, der Zeitpunkt und die Phasenlageneinstellung einen zweistufigen Ventilhub und eine NVO. Das Steuermodul 5 überwacht Betreibereingaben in Form von Eingangssignalen von einem Betreiber einschließlich eines Fahrpedals 70 und eines Bremspedals 72, um eine Betreiberdrehmomentanforderung zu bestimmen, und es überwacht Motorsensoren, die Motorausgangsdaten angeben, z. B. Motordrehzahl und -last, Einlassluftmassentemperatur und -strömung, Kühlmitteltemperatur, Krümmerdruck und andere Motorbetriebsbedingungen. Das Steuermodul 5 führt algorithmischen Code aus, um in Ansprechen auf die Betreiberdrehmomentanforderung Steuereinstellungen für die Ak tuatoren einschließlich Funkenzeitpunkt (bei Bedarf), AGR-Ventilposition, Einlass- und Auslassventilzeitpunkt und Übergangssollwerte für den zweistufigen Hub sowie die Kraftstoffeinspritzmasse und den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt zum Betreiben des Motors 10 zu bestimmen.
  • Der Motorsimulator 54 überwacht Steuereinstellungen von einem der Steuerschemata, die den Motor 10 tatsächlich steuern, und simuliert den Motorbetrieb einschließlich der Bestimmung simulierter Motorausgangsdaten, die diesen Steuereinstellungen entsprechen. Bei einer Ausführungsform umfasst der Motorsimulator 54 einen oder mehrere Algorithmen und zugeordnete Nachschlagetabellen, die simulierte Motorausgangsdaten aufweisen, die diesen Steuereinstellungen entsprechen. Die simulierten Motorausgangsdaten umfassen vorzugsweise eine Motorluftströmung und berücksichtigen die Einlasskrümmerdynamik und die Zylinderluftladung für den Motor 10. Die simulierten Motorausgangsdaten können experimentell bestimmt werden und können während des andauernden Betriebs an den spezifischen Motor angepasst werden.
  • Die Eingaben und Ausgaben des ersten und des zweiten Steuerschemas 50 und 52, des Motorsimulators 54 und des Motors 10 hängen davon ab, welches von dem ersten und dem zweiten Steuerschema 50 und 52 ausgewählt wird, um den Motor 10 tatsächlich zu steuern (bevorzugtes Steuerschema) und welches des ersten und des zweiten Steuerschemas 50 und 52 dasjenige Steuerschema ist, das den Motorsimulator 54 betreibt (Simulationssteuerschema). Überwachte Motoraktuatormesswerte umfassen die Drosselklappenposition, den Funkenzeitpunkt, den Einlass- und den Auslassventilhub, den Einlass- und den Auslassventilzeitpunkt und die Einlass- und die Auslassventil-Phaseneinstellung sowie die AGR-Ventilposition, und sie werden von der Signalleitung (von den Signalleitungen) 62 zu dem bevorzugten Steuerschema und zu dem Motorsimulator 54 ge sendet. Das bevorzugte Steuerschema steuert den Betrieb des Motors 10. Die Motorsensoren erzeugen Daten, die den tatsächlichen Motorausgangsdaten entsprechen. Das bevorzugte Steuerschema empfängt eine Rückkopplung in Form der tatsächlichen Motorausgangsdaten von dem Motor 10. Gleichzeitig steuert das Simulationssteuerschema den Betrieb des Motorsimulators 54 und empfängt simulierte Motorausgangsdaten von dem Motorsimulator 54. Die Steuereinstellungen von dem bevorzugten Steuerschema und die tatsächlichen Motorausgangsdaten werden zur Verwendung in der Motorsimulatoranpassung an den Motorsimulator 54 übermittelt. Das Steuermodul 5 kann ebenfalls verschiedene gewünschte Sollwerte einschließlich Drehzahl/Last-Betriebsbereichen in das bevorzugte Steuerschema und in das Simulationssteuerschema eingeben.
  • Bei einer Ausführungsform wird das erste Steuerschema 50 in einem algorithmischen Code ausgeführt, der zum Betreiben des Motors 10 in einem Standardverbrennungsmodus zu allen Zeiten während des Motorbetriebs ausgebildet ist, ganz gleich, ob es der bevorzugte Verbrennungsmodus ist, der den Motor tatsächlich steuert. Das zweite Steuerschema 52 wird gleichzeitig in einem algorithmischen Code ausgeführt, der zum Betreiben des Motors 10 in einem wahlweisen Verbrennungsmodus zu allen Zeiten während des Motorbetriebs ausgebildet ist, der einen von mehreren wahlweisen Verbrennungsmodi umfasst, ganz gleich, ob es der bevorzugte Verbrennungsmodus ist, der den Motor tatsächlich steuert. Das zweite Steuerschema (die zweiten Steuerschemata) 52 kann (können) zum Betreiben des Motors 10 in einem der wahlweisen Verbrennungsmodi ausgebildet werden, was das Steuern des Motorbetriebs während des Überführens zwischen mehreren Verbrennungsmodi umfasst.
  • Während der Motor 10 arbeitet, erzeugt und sendet das bevorzugte Steuerschema Steuereinstellungen für die Motoraktuatoren zum Steuern des Betriebs des Motors 10, und es werden tatsächliche Motorausgangsdaten erzeugt und als Rückkopplung zu dem bevorzugten Steuerschema gesendet. Die Steuereinstellungen für die Motoraktuatoren von dem bevorzugten Steuerschema werden ebenfalls an den Motorsimulator 54 gesendet. Die simulierten Motorausgangsdaten sind Funktionen der Steuereinstellungen von dem bevorzugten Steuerschema. Somit bestimmt der Motorsimulator 54 beim Empfang der Steuereinstellungen von dem bevorzugten Steuerschema bei einer Ausführungsform aus Nachschlagetabellen die ihnen entsprechenden simulierten Motorausgangsdaten. Vorzugsweise passt der Motorsimulator 54 die simulierten Motorausgangsdaten an die überwachten Motoraktuatormesswerte und an die an den Motorsimulator 54 gesendeten tatsächlichen Motorausgangsdaten an. Die simulierten Motorausgangsdaten werden als Rückkopplung zu dem Simulationssteuerschema verwendet, das den Motorsimulator 54 betreibt. Das Simulationssteuerschema bestimmt auf der Grundlage der simulierten Motorausgangsdaten Steuereinstellungen für die Motoraktuatoren des Motorsimulators 54. Vorzugsweise empfängt der Motorsimulator 54 die überwachten Motoraktuatormesswerte, bestimmt die simulierten Motorausgangsdaten und sendet die simulierten Motorausgangsdaten zu vorbestimmten festen Zeitintervallen, vorzugsweise auf der Grundlage der oben erwähnten Schleifenzyklen des Steuermoduls 5.
  • Wenn das Steuermodul 5 bestimmt, dass die Motorverbrennungsmodi zu überführen sind, wird das Simulationssteuerschema, das den Motorsimulator 54 betreibt, auf das tatsächliche Steuern des Motorbetriebs als das bevorzugte Steuerschema vorbereitet und werden anfangs die Simulationssteuereinstellungen mit minimaler Verzögerung und mit minimaler Unterbrechung des Motorbetriebs verwendet. Wenn das Steuermodul 5 ein Schalten, d. h. einen Übergang, anweist, wird das Simulationssteuerschema, das den Motorsimulator 54 betreibt, zu dem bevorzugten Steuer schema, und es initiiert die tatsächliche Steuerung des Motors 10, anfangs unter Verwendung der von dem Motorsimulator 54 empfangenen simulierten Motorausgangsdaten. Das simulierte Steuerschema, das den Motorsimulator 54 betreibt, wird nun als das bevorzugte Steuerschema identifiziert, und das zuvor bevorzugte Steuerschema wird nun als das Simulationssteuerschema, das den Motorsimulator 54 betreibt, identifiziert. Das neu überführte bevorzugte Steuerschema (d. h. das frühere Simulationssteuerschema) empfängt nun die tatsächlichen Motorausgangsdaten und das neu überführte Simulationssteuerschema (d. h. das frühere bevorzugte Steuerschema) empfängt nun die simulierten Motorausgangsdaten von dem Motorsimulator 54, wie oben beschrieben ist. Das neu überführte Steuerschema sendet seine Steuereinstellungen für die Motoraktuatoren an den Motor 10 und an den Motorsimulator 54, wie oben beschrieben ist. Das neu überführte Simulationssteuerschema sendet seine Steuereinstellungen nur an den Motorsimulator 54, wie oben beschrieben. Ereignisse, die das Umschalten der Motorsteuerung aus einem Verbrennungsmodus erfordern können, umfassen das Betreiben des Motors 10 außerhalb bevorzugter Drehzahl/Last-Betriebsbereiche für das Steuerschema und Motorstörungen (z. B. Bauteil- oder Systemstörungen), die unter Verwendung fahrzeugeigener Detektionssysteme und Diagnoseroutinen detektierbar sind. Zylindertemperatur und/oder Motorstarts können zusätzlich das Umschalten der Motorsteuerung aus einem Verbrennungsmodus erfordern.
  • Im Betrieb identifiziert das Steuermodul 5 einen der Verbrennungsmodi als einen bevorzugten Verbrennungsmodus, der dem Motorbetriebspunkt entspricht, und ein Entsprechendes von dem ersten und dem zweiten Steuerschema als das bevorzugte Steuerschema. Das Steuermodul 5 identifiziert den Anderen der Verbrennungsmodi, der dem Motorbetriebspunkt entspricht, und ein Entsprechendes von dem ersten und dem zweiten Steuerschema als das Simulationssteuerschema. Das bevorzugte Steuerschema betreibt den Motor 10, und das Simulationssteuerschema betreibt den Motorsimulator 54.
  • 2 ist eine schematische Zeichnung einer Ausführungsform des hierin oben beschriebenen Motors 10, die veranschaulichend für die anhand von 1 beschriebenen Konzepte ist. Der beispielhafte Motor 10 ist selektiv in mehreren Verbrennungsmodi einschließlich eines Verbrennungsmodus mit gesteuerter Selbstzündung (HCCI-Verbrennungsmodus), eines homogenen Verbrennungsmodus mit Funkenzündung (SI-H-Verbrennungsmodus) und eines Schichtladungs-Verbrennungsmodus mit Funkenzündung (SC-SI-Verbrennungsmodus) betreibbar. Jeder Verbrennungsmodus kann mit einer oder mehreren Kraftstoffeinspritzstrategien, z. B. eine Einzel- und/oder eine Mehrfacheinspritzungs-Kraftstoffeinspritzstrategie für den Verbrennungsmodus mit gesteuerter Selbstzündung, verknüpft sein. Der Motor 10 ist selektiv bei einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis und bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das primär mager gegenüber der Stöchiometrie ist, betreibbar. Die Offenbarung kann auf verschiedene Verbrennungsmotorsysteme und Verbrennungszyklen angewendet werden und kann unter Verwendung des anhand von 1 beschriebenen Steuermoduls 5 gesteuert werden.
  • Bei einer Ausführungsform kann der Motor 10 mit einer Getriebevorrichtung (nicht gezeigt) gekoppelt sein, um an einen Endantrieb eines Fahrzeugs (nicht gezeigt) Traktionsleistung zu übertragen. Das Getriebe kann ein Hybridgetriebe umfassen, das Drehmomentmaschinen aufweist, die zum Übertragen von Traktionsleistung an einen Endantrieb betreibbar sind.
  • Der beispielhafte Motor 10 umfasst einen Mehrzylinder-Viertakt-Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung, der Hubkolben 14 aufweist, die in Zylindern 15 bewegbar sind, die Verbrennungskammern 16 mit variablem Volumen definieren. Jeder Kolben 14 ist mit einer sich drehenden Kurbelwelle 12 verbunden, durch die die lineare Hubbewegung in eine Drehbewegung umgesetzt wird. Ein Lufteinlasssystem liefert Einlassluft an einen Einlasskrümmer 29, der Luft in Einlassleitungen der Verbrennungskammern 16 leitet und verteilt. Das Lufteinlasssystem umfasst ein Luftströmungskanalsystem und Vorrichtungen zum Überwachen und Steuern der Luftströmung. Vorzugsweise umfassen die Lufteinlassvorrichtungen einen Luftmassenströmungssensor 32 zum Überwachen der Luftmassenströmung und der Einlasslufttemperatur. Eine Drosselklappe 34 umfasst vorzugsweise eine elektronisch gesteuerte Vorrichtung, die zum Steuern der Luftströmung zu dem Motor 10 in Ansprechen auf ein Steuersignal (ETC) von dem Steuermodul 5 verwendet wird. Ein Drucksensor 36 in dem Einlasskrümmer 29 ist zum Überwachen des Krümmerabsolutdrucks und des atmosphärischen Drucks ausgebildet. Ein externer Strömungsdurchgang führt Abgase vom Motorauslass zu dem Einlasskrümmer 29 zurück, wobei er ein Strömungssteuerventil aufweist, das als ein Abgasrückführungsventil (AGR-Ventil) 38 bezeichnet wird. Das Steuermodul 5 ist zum Steuern der Massenströmung von Abgas zu dem Einlasskrümmer 29 durch Steuern des Öffnens des AGR-Ventils 38 betreibbar.
  • Die Luftströmung von dem Einlasskrümmer 29 in die Verbrennungskammer 16 wird durch ein oder mehrere Einlassventil(e) 20 gesteuert. Die Abgasströmung aus der Verbrennungskammer 16 wird durch ein oder mehrerer Auslassventil(e) 18 zu einem Auslasskrümmer 39 gesteuert. Der Motor 10 ist mit Systemen zum Steuern und Einstellen des Öffnens und Schließens der Einlass- und der Auslassventile 20 und 18 ausgestattet. Bei einer Ausführungsform kann das Öffnen und Schließen der Einlass- und der Auslassventile 20 und 18 durch Steuern der Vorrichtungen zur variablen Einlass- und Auslass-Nockenphaseneinstellung/variablen Hubsteuerung (VCP/VLC-Vorrichtungen) 22 bzw. 24 gesteuert und eingestellt werden. Die Einlass- und die Auslass-VCP/VLC-Vorrichtung 22 und 24 sind zum Steuern und Betreiben einer Einlassnockenwelle 21 bzw. einer Auslassnockenwelle 23 ausgebildet. Die Drehungen der Einlass- und der Auslassnockenwelle 21 und 23 sind mit der Drehung der Kurbelwelle 12 verknüpft und indexiert, sodass das Öffnen und Schließen der Einlass- und der Auslassventile 20 und 18 mit den Positionen der Kurbelwelle 12 und der Kolben 14 verknüpft ist.
  • Die Luftströmung von dem Einlasskrümmer 29 in die Verbrennungskammer 16 wird durch ein oder mehrere Einlassventil(e) 20 gesteuert. Die Abgasströmung aus der Verbrennungskammer 16 wird durch ein oder mehrerer Auslassventil(e) 18 zu einem Auslasskrümmer 39 gesteuert. Der Motor 10 ist mit Systemen zum Steuern und Einstellen des Öffnens und Schließens der Einlass- und der Auslassventile 20 und 18 ausgestattet. Bei einer Ausführungsform kann das Öffnen und Schließen der Einlass- und der Auslassventile 20 und 18 durch Steuern der Vorrichtungen zur variablen Einlass- und Auslass-Nockenphaseneinstellung/variablen Hubsteuerung (VCP/VLC-Vorrichtungen) 22 bzw. 24 gesteuert und eingestellt werden. Die Einlass- und die Auslass-VCP/VLC-Vorrichtung 22 und 24 sind zum Steuern und Betreiben einer Einlassnockenwelle 21 bzw. einer Auslassnockenwelle 23 ausgebildet. Die Drehungen der Einlass- und der Auslassnockenwelle 21 und 23 sind mit der Drehung der Kurbelwelle 12 verknüpft und indexiert, sodass das Öffnen und Schließen der Einlass- und der Auslassventile 20 und 18 mit den Positionen der Kurbelwelle 12 und der Kolben 14 verknüpft ist.
  • Die Einlass-VCP/VLC-Vorrichtung 22 weist vorzugsweise einen Mechanismus auf, der zum Schalten und Steuern des Ventilhubs des Einlassventils (der Einlassventile) 20 und zum variablen Einstellen und Steuern der Phaseneinstellung der Einlassnockenwelle 21 für jeden Zylinder 15 in Ansprechen auf ein Steuersignal (INTAKE) von dem Steuermodul 5 betreibbar ist. Die Auslass-VCP/VLC-Vorrichtung 24 umfasst vorzugsweise einen steuerbaren Mechanismus, der zum variablen Schalten und Steuern des Ventilhubs des Auslassventils (der Auslassventile) 18 und zum variablen Einstellen und Steuern der Phaseneinstellung der Auslassnockenwelle 23 für jeden Zylinder 15 in Ansprechen auf ein Steuersignal (EXHAUST) von dem Steuermodul 5 betreibbar ist.
  • Die Einlass- und die Auslass-VCP/VLC-Vorrichtung 22 und 24 weisen jeweils vorzugsweise einen steuerbaren zweistufigen Steuermechanismus für variablen Hub (VLC-Mechanismus) auf, der zum Steuern des Betrags des Ventilhubs oder der Öffnung des Einlass- und des Auslassventils (der Einlass- und der Auslassventile) 20 bzw. 18 auf eine von zwei diskreten Stufen ausgebildet ist. Die zwei diskreten Stufen umfassen vorzugsweise eine offene Ventilposition mit niedrigem Hub (bei einer Ausführungsform etwa 4–6 mm), vorzugsweise für den Betrieb mit niedriger Drehzahl und niedriger Last, sowie eine offene Ventilposition mit hohem Hub (bei einer Ausführungsform etwa 8–13 mm), vorzugsweise für den Betrieb mit hoher Drehzahl und hoher Last. Die Einlass- und die Auslass-VCP/VLC-Vorrichtung 22 und 24 weisen vorzugsweise jeweils einen Mechanismus für variable Nockenphaseneinstellung (VCP-Mechanismus) zum Steuern und Einstellen der Phaseneinstellung (d. h. des relativen Zeitpunkts) des Öffnens und Schließens des Einlassventils (der Einlassventile) 20 bzw. des Auslassventils (der Auslassventile) 18 auf. Das Einstellen der Phaseneinstellung bezieht sich auf das Verschieben der Öffnungszeiten des Einlass- und des Auslassventils (der Einlass- und der Auslassventile) 20 und 18 relativ zu Positionen der Kurbelwelle 12 und des Kolbens 14 in dem jeweiligen Zylinder 15. Die VCP-Mechanismen der Einlass- und der Auslass-VCP/VLC-Vorrichtung 22 und 24 haben jeweils vorzugsweise einen Autoritätsbereich auf die Phaseneinstellung von etwa 60°–90° der Kurbeldrehung und lassen somit zu, dass das Steuermodul 5 das Öffnen und Schließen des Einlass- oder des Auslassventils (der Einlass- oder der Auslassventile) 20 und 18 relativ zur Position des Kolbens 14 für jeden Zylinder 15 nach früh oder spät verstellt. Der Autoritätsbereich auf die Phaseneinstellung wird durch die Einlass- und die Auslass-VCP/VLC-Vorrichtung 22 und 24 definiert und begrenzt. Die Einlass- und die Auslass-VCP/VLC-Vorrichtung 22 und 24 weisen Nockenwellen-Positionssensoren (nicht gezeigt) zum Bestimmen der Drehstellungen der Einlass- und der Auslassnockenwelle 21 und 23 auf. Die VCP/VLC-Vorrichtungen 22 und 24 werden unter Verwendung elektrohydraulischer oder hydraulischer oder elektrischer Steuerkraft betätigt, die durch das Steuermodul 5 gesteuert wird.
  • Der Motor 10 weist ein Kraftstoffeinspritzsystem auf, das mehrere Hochdruck-Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 28 umfasst, die jeweils zum direkten Einspritzen einer Kraftstoffmasse in eine der Verbrennungskammern 16 in Ansprechen auf ein Signal von dem Steuermodul 5 ausgebildet sind. Den Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 28 wird unter Druck stehender Kraftstoff von einem Kraftstoffverteilungssystem (nicht gezeigt) zugeführt.
  • Der Motor 10 weist ein Funkenzündungssystem (nicht gezeigt) auf, durch das einer Zündkerze 26 Funkenenergie zugeführt werden kann, um Zylinderladungen in jeder der Verbrennungskammern 16 in Ansprechen auf ein Signal (IGN) von dem Steuermodul 5 zu zünden oder ihr Zünden zu unterstützen.
  • Der Motor 10 ist mit verschiedenen Detektionsvorrichtungen zum Überwachen des Motorbetriebs einschließlich eines Kurbelsensors 42 mit einer Ausgabe RPM, der zum Überwachen der Kurbelwellendrehposition, d. h. Kurbelwinkel und -drehzahl, betreibbar ist, bei einer Ausführungsform mit einem Verbrennungssensor 30, der zum Überwachen der Verbrennung ausgebildet ist, und mit einem Abgassensor 40, der zum Überwachen von Abgasen ausgebildet ist, üblicherweise einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor, ausgestattet. Der Verbrennungssensor 30 umfasst eine Sensorvorrichtung, die zum Überwachen eines Zustands eines Verbrennungsparameters betreibbar ist, und ist als ein Zylinderdrucksensor gezeigt, der zum Überwachen des Verbrennungsdrucks im Zylinder betreibbar ist. Die Ausgaben des Verbrennungssensors 30 und des Kurbelsensors 42 werden durch das Steuermodul 5 überwacht, das für jeden Zylinder 15 für jeden Verbrennungszyklus die Verbrennungsphaseneinstellung, d. h. den Zeitpunkt des Verbrennungsdrucks relativ zu dem Kurbelwinkel der Kurbelwelle 12, bestimmt. Der Verbrennungssensor 30 kann auch durch das Steuermodul 5 überwacht werden, um für jeden Zylinder 15 für jeden Verbrennungszyklus einen mittleren effektiven Druck (IMEP) zu bestimmen. Vorzugsweise sind der Motor 10 und das Steuermodul 5 zum Überwachen und Bestimmen der Zustände des IMEP für jeden der Motorzylinder 15 während jedes Zylinderzündereignisses mechanisiert. Alternativ können andere Detektionssysteme innerhalb des Umfangs der Offenbarung zum Überwachen von Zuständen anderer Verbrennungsparameter verwendet werden, z. B. Zündungssysteme mit Ionendetektion und nicht eingreifende Zylinderdrucksensoren.
  • Das Steuermodul 5 führt darin gespeicherten algorithmischen Code aus, um die oben erwähnten Aktuatoren zum Bilden der Zylinderladung zu steuern, einschließlich des Steuerns der Drosselklappenposition, des Funkenzündungszeitpunkts, der Kraftstoffeinspritzmasse und des Kraft stoffeinspritzzeitpunkts, der AGR-Ventilposition zum Steuern der Strömung zurückgeführter Abgase und des Einlass- und/oder Auslassventil-Zeitpunkts und der Einlass- und/oder Auslassventil-Phaseneinstellung bei damit ausgestatteten Motoren. Bei einer Ausführungsform können der Ventilzeitpunkt und die Ventilphaseneinstellung die NVO und den Hub der Auslassventil-Wiederöffnung (in einer Abgas-Rückatmungsstrategie) umfassen. Das Steuermodul 5 kann arbeiten, um den Motor 10 während des andauernden Fahrzeugbetriebs ein- und auszuschalten, und kann arbeiten, um einen Abschnitt der Verbrennungskammern 15 oder einen Abschnitt der Einlass- und der Auslassventile 20 und 18 durch Steuerung des Kraftstoffs und des Funkens und der Ventildeaktivierung selektiv zu deaktivieren. Das Steuermodul 5 kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf der Grundlage einer Rückkopplung von dem Abgassensor 40 steuern.
  • Während des Motorbetriebs ist die Drosselklappe 34 in den Verbrennungsmodi mit gesteuerter Selbstzündung (HCCI-Verbrennungsmodi), z. B. Einzel- und Doppeleinspritzungs-Verbrennungsmodi mit gesteuerter Selbstzündung (HCCI-Verbrennungsmodi), vorzugsweise im Wesentlichen weit offen, wobei der Motor 10 mit einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis gesteuert wird. Eine im Wesentlichen weit offene Drosselklappe kann den vollständig ungedrosselten oder den leicht gedrosselten Betrieb umfassen, um in dem Einlasskrümmer 29 einen Unterdruck zu erzeugen, um eine AGR-Strömung zu bewirken. Bei einer Ausführungsform wird die AGR-Masse im Zylinder auf eine hohe Verdünnungsrate, z. B. höher als 40% der Zylinderluftladung, gesteuert. Die Einlass- und die Auslassventile 20 und 18 sind in der Ventilposition mit niedrigem Hub und der Einlass- und der Auslasshubzeitpunkt arbeiten mit NVO. Während eines Motorzyklus können eines oder mehrere Kraftstoffeinspritzereignisse einschließlich wenigstens einer Einspritzung während einer Verdichtungsphase ausgeführt werden.
  • Während des Motorbetriebs in dem homogenen Verbrennungsmodus mit Funkenzündung (SI-H-Verbrennungsmodus) wird die Drosselklappe 34 zum Regulieren der Luftströmung gesteuert. Der Motor 10 wird auf ein stöchiometrisches Luft-/Kraftstoff-Verhältnis gesteuert und die Einlass- und die Auslassventile 20 und 18 sind in der offenen Ventilposition mit hohem Hub und der Einlass- und der Auslasshubzeitpunkt arbeiten mit einer positiven Ventilüberlappung. Vorzugsweise wird während der Verdichtungsphase eines Motorzyklus, vorzugsweise im Wesentlichen vor dem TDC, ein Kraftstoffeinspritzereignis ausgeführt. Vorzugsweise wird die Funkenzündung zu einer vorbestimmten Zeit nach der Kraftstoffeinspritzung entladen, wenn die Luftladung innerhalb des Zylinders im Wesentlichen homogen ist.
  • Ein Schichtladungs-Verbrennungsmodus mit Funkenzündung (SC-SI-Verbrennungsmodus) umfasst den im Wesentlichen mageren Betrieb gegenüber der Stöchiometrie. Um zu verhindern, dass sich das Luft/Kraftstoff-Gemisch zu einem gleichförmig ausgegebenen Gemisch homogenisiert, liegt der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt vorzugsweise zeitlich nahe dem Funkenzündungszeitpunkt. Die eingespritzte Kraftstoffmasse wird in die Verbrennungskammer 15 mit fetten Schichten um die Zündkerze und magereren Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Bereichen weiter außen zum Zeitpunkt der Funkenzündung eingespritzt. Eine Kraftstoffimpulsbreite kann zu Beginn eines Funkenereignisses oder unmittelbar davor enden.
  • 3 zeigt schematisch Verbrennungsmodi, die den homogenen Verbrennungsmodus mit Funkenzündung (SI-H-Verbrennungsmodus) und den Verbrennungsmodus mit gesteuerter Selbstzündung (HCCI-Verbrennungsmodus) umfassen, die den identifizierten Motorbetriebszonen zugeordnet sind. Die Motorbetriebszonen sind durch Zustände von Motorpa rametern, die in dieser Ausführungsform die Motordrehzahl und -last umfassen, definiert und entsprechen ihnen. Die Motorlast kann von Motorparametern abgeleitet werden, die die Kraftstoffströmung und den Einlasskrümmerdruck umfassen. Die Verbrennungsmodi umfassen vorzugsweise den homogenen Verbrennungsmodus mit Funkenzündung (SI-H-Verbrennungsmodus), einen ersten Verbrennungsmodus mit gesteuerter Selbstzündung (HCCI-Verbrennungsmodus) (HCCI-1), einen zweiten Verbrennungsmodus mit gesteuerter Selbstzündung (HCCI-Verbrennungsmodus) (HCCI-2) und einen dritten Verbrennungsmodus mit gesteuerter Selbstzündung (HCCI-Verbrennungsmodus) (HCCI-3). Vorzugsweise ist jedem Verbrennungsmodus eine Kraftstoffeinspritzstrategie zugeordnet, wobei z. B. dem ersten Verbrennungsmodus mit gesteuerter Selbstzündung (HCCI-Verbrennungsmodus) eine Einzeleinspritzungs-Kraftstoffeinspritzstrategie zugeordnet sein kann. Der bevorzugte Verbrennungsmodus, der der Motorbetriebszone zugeordnet ist, kann auf der Grundlage einer spezifischen Bauteileanwendung und von Motorbetriebsparametern einschließlich der Verbrennungsstabilität, des Kraftstoffverbrauchs, der Emissionen, der Motordrehmomentausgabe und anderen vorgegeben werden. Bei einer Ausführungsform können vorzugsweise Grenzen für die Motorbetriebszonen, die den bevorzugten Verbrennungsmodus definieren, vorkalibriert und in dem Steuermodul 5 gespeichert werden. Das Steuermodul 5 überführt den Motorbetrieb in den bevorzugten Verbrennungsmodus, der dem Motor 10 zugeordnet ist, um Kraftstoffeffizienzen und Motorstabilität zu erhöhen und/oder Emissionen zu verringern. Eine Änderung eines der Motorparameter, z. B. Drehzahl und Last, kann eine Änderung der Motorbetriebszone bewirken. Das Steuermodul 5 weist eine Änderung des bevorzugten Verbrennungsmodus an, der eine Änderung der Motorbetriebszone zugeordnet ist.
  • 4 zeigt eine Steuerstrategie zum Steuern und Betreiben des mit Bezug auf 2 und 3 beschriebenen Motors 10 in einem der Verbrennungsmodi. Einer der Verbrennungsmodi wird ausgewählt und als der Standardverbrennungsmodus bestimmt. Bei einer Ausführungsform wird der Verbrennungsmodus mit homogener Funkenzündung (SI-H-Verbrennungsmodus) als der Standardverbrennungsmodus bestimmt. Die anderen Verbrennungsmodi werden als wahlweise Verbrennungsmodi bestimmt. Die Drehzahl- und Lastbetriebsgrenze des Standardverbrennungsmodus ist in 4 durch die mit (WOT) bezeichnete Linie weit offener Drosselklappe definiert, die angibt, dass er ausführbar ist, um den Motor innerhalb der gesamten Drehzahl/Last-Betriebszone des Motors 10 zu betreiben. Die wahlweisen Verbrennungsmodi werden dem Standardverbrennungsmodus überlagert, um die relativen Drehzahl/Last-Parameter zu zeigen, wie in 3 gezeigt ist. In dieser Ausführungsform kann der Motor 10 über die gesamte Drehzahl/Last-Betriebszone in dem Standardverbrennungsmodus arbeiten.
  • Vorzugsweise umfasst der Standardverbrennungsmodus den Verbrennungsmodus, bei dem der Motor 10 über eine breite Zone von Motordrehzahlen und -lasten betreibbar ist. Vorzugsweise arbeitet der Motor 10 mit minimaler Steuerung einiger der Aktuatoren, z. B. der VCP/VLC-Systeme 22 und 24, und mit minimaler Rückkopplung von den Sensoren und Detektionssystemen und mit minimalen Algorithmusausführungen in dem Standardverbrennungsmodus. Somit kann der Motor 10 über eine weite Zone von Drehzahl/Last-Kombinationen mit beschränkter Fähigkeit der Detektion und Betätigung arbeiten. Für den beispielhaften Motor 10 ist der Verbrennungsmodus mit homogener Funkenzündung (SI-H-Verbrennungsmodus) der bevorzugte Standardverbrennungsmodus. Die anderen Verbrennungsmodi, z. B. der HCCI-1-Verbrennungsmodus, der HCCI-2-Verbrennungsmodus und der HCCI-3-Verbrennungsmodus, sind die wahlweisen Verbrennungsmodi, die dem Standardverbrennungsmodus graphisch überlagert sind, wie in 4 gezeigt.
  • Während des Motorbetriebs wird der Motor 10 zum Arbeiten bei einem bevorzugten Luft/Kraftstoff-Verhältnis gesteuert, und die Einlassluftströmung wird zum Erzielen des bevorzugten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses gesteuert. Dies umfasst das Schätzen einer Zylinderluftladung auf der Grundlage des Motorbetriebs in den ausgewählten Verbrennungsmodus. Die Drosselklappe 34 und die Einlass- und die Auslass-VCP/VLC-Vorrichtung 22 und 24 werden zum Erzielen einer Einlassluftströmungsrate auf der Grundlage der geschätzten Zylinderluftladung einschließlich während eines Übergangs zwischen dem Verbrennungsmodus mit homogener Funkenzündung (SI-H-Verbrennungsmodus) und dem Verbrennungsmodus mit gesteuerter Selbstzündung (HCCI-Verbrennungsmodus) gesteuert. Die Luftströmung wird durch Einstellen der Drosselklappe 34 und der Einlass- und der Auslass-VCP/VLC-Vorrichtung 22 und 24 zum Steuern des Öffnungszeitpunkts und der Profile des Einlass- und des Auslassventils (der Einlass- und der Auslassventile) 20 und 18 gesteuert. Der Betrieb in den zwei Verbrennungsmodi erfordert unterschiedliche Einstellungen für die Einlass- und für die Auslass-VCP/VLC-Vorrichtung 22 und 24 hinsichtlich Ventilzeitpunkt und Profilen des Einlass- und des Auslassventils (der Einlass- und der Auslassventile) 20 und 18 und der Drosselklappe 34 für die Drosselklappenposition. Beispielhaft ist die Drosselklappe 34 in dem Verbrennungsmodus mit gesteuerter Selbstzündung (HCCI-Verbrennungsmodus), in dem der Motor 10 bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert wird, vorzugsweise weit offen, während in dem Verbrennungsmodus mit homogener Funkenzündung (SI-H-Verbrennungsmodus) die Drosselklappe 34 zum Regeln der Luftströmung gesteuert wird und der Motor 10 auf ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert wird.
  • Im Betrieb führt das Steuermodul 5 zu allen Zeiten während des Motorbetriebs, ganz gleich, ob der bevorzugte Verbrennungsmodus den Motor tatsächlich steuert, algorithmischen Code aus, der zum Betreiben des Motors 10 in dem Standardverbrennungsmodus ausgebildet ist. Der ausgeführte algorithmische Code wird zum Steuern des Motors 10 in dem Standardverbrennungsmodus verwendet, wenn das Steuermodul 5 den Standardverbrennungsmodus für den tatsächlichen Betrieb des Motors 10 auswählt, und er wird außerdem zum Steuern des Motorsimulators 54 in dem Standardverbrennungsmodus verwendet, wenn das Steuermodul 5 einen wahlweisen Verbrennungsmodus auswählt.
  • Das Steuermodul 5 überwacht den Motorbetrieb einschließlich eines Motorbetriebspunkts, z. B. eines Drehzahl/Last-Betriebspunkts. Das Steuermodul 5 identifiziert auf der Grundlage des Motorbetriebspunkts einen wahlweisen Verbrennungsmodus als den bevorzugten Verbrennungsmodus, und es identifiziert das entsprechende von dem ersten und dem zweiten Steuerschema 50 und 52, das zum Betreiben des Motors in diesem wahlweisen Verbrennungsmodus ausgebildet ist, als das bevorzugte Steuerschema, und es identifiziert das Andere von dem ersten und dem zweiten Steuerschema als das Simulationssteuerschema, das dem Standardverbrennungsmodus entspricht. Das bevorzugte Steuerschema wird verwendet, um den Motor 10 zu steuern, und das Simulationssteuerschema wird verwendet, um den Motorsimulator 54 zu steuern. Wenn der bevorzugte Verbrennungsmodus, der dem Motorbetriebspunkt entspricht, nachfolgend als der Standardverbrennungsmodus identifiziert wird, weist das Steuermodul 5 das Überführen zum Steuern des Motorbetriebs unter Verwendung des Simulationssteuerschemas an. Wenn der Motor 10 innerhalb einer Motorbetriebszone arbeitet, die von einem der wahlweisen Verbrennungsmodi umgeben ist, bewirkt das Steuermodul 5 vorzugsweise den Motorbetrieb in dem wahlweisen Verbrennungsmodus durch Festsetzen des entsprechenden Steuerschemas als das bevorzugte Steuerschema.
  • Das Steuermodul 5 führt gleichzeitig Steueralgorithmen aus, die zum Betreiben des Motors 10 in dem Standardverbrennungsmodus ausgebildet sind, aber den Motorsimulator 54 betreiben. Dies umfasst das Überwachen von Eingaben von Sensoren und das Bestimmen von Aktuatoreinstellungen zum Betreiben des Motors 10 in dem Standardverbrennungsmodus. Die Steuereinstellungen für die Motoraktuatoren werden auf der Grundlage der tatsächlichen Motorausgangsdaten bestimmt, um die Betreiberdrehmomentanforderung zu erfüllen, wenn der Motor in dem Standardmodus betrieben wird.
  • Dabei kann das Steuermodul 5 beim Auftreten eines Ereignisses, z. B. einer Störung, die erfordert oder veranlasst, dass der Motor den bevorzugten Verbrennungsmodus verlässt, den Betrieb des Motors 10 mit minimaler Verzögerung und mit minimaler Unterbrechung des Motorbetriebs von dem wahlweisen Verbrennungsmodus in den Standardverbrennungsmodus umschalten. Ereignisse, die das Umschalten des Motors aus dem wahlweisen Verbrennungsmodus erfordern können, können die Detektierung von Motorstörungen z. B. unter Verwendung fahrzeugeigener Detektionssysteme und Diagnosealgorithmen oder von Bedingungen im Zylinder wie etwa der Temperatur umfassen. Motorstörungen können Bauteilstörungen von Motorsensoren oder -aktuatoren umfassen. Zum Beispiel weist das Steuermodul 5 sofort den Motorbetrieb in dem Standardverbrennungsmodus durch Festsetzen des bevorzugten Steuerschemas als das dem Standardverbrennungsmodus zugeordnete Steuerschema an, das zuvor den Motorsimulator 54 betrieben hatte, wenn durch einen der Diagnosealgorithmen eine Störung detektiert wird.
  • 5 zeigt die Drosselklappenposition als eine Funktion der verstrichenen Zeit während des Betriebs eines beispielhaften Motors, der das zweite Steuerschema 52 zum Steuern des Motors 10 in einer Verbrennung mit gesteuerter Selbstzündung (HCCI-Verbrennung) verwendet. Wenn der Motorbetrieb zu dem ersten Steuerschema 50, d. h. in den Verbrennungsmodus mit homogener Funkenzündung (SI-H-Verbrennungsmodus), übergeht, ist die gewünschte Drosselklappenposition des zweiten Steuerschemas 52 diejenige Drosselklappenposition, die das zweite Steuerschema 52 an den Motorsimulator 54 signalisiert hat. Während das erste Steuerschema 50 den Motor in einem bestimmten Verbrennungsmodus betreibt, betreibt das zweite Steuerschema 52 den Motorsimulator 54 ebenfalls in demselben Verbrennungsmodus. Wie 5 zeigt, bleibt die Drosselklappenposition während Motorbetriebsübergängen mit minimaler Verzögerung und mit minimaler Unterbrechung des Motorbetriebs ununterbrochen.
  • Obgleich der beispielhafte Motor 10 in der Weise beschrieben worden ist, dass er mit nur zwei Steuerschemata arbeitet, kann eine Vielzahl von zwei oder mehr Steuerschemata den Motor 10 steuern. Bei zwei oder mehr Steuerschemata kann das erste Steuerschema 50 als ein Standardsteuerschema bestimmt werden, und die verbleibenden Steuerschemata können jeweils jeweilige Motorsimulatoren getrennt steuern. Ähnlich 4 besitzt jeder von den mehreren Motorsimulatoren Steuereinstellungen für die Motoraktuatoren, die von dem bevorzugten Steuerschema eingegeben werden, die überwachten Motoraktuatormesswerte und die tatsächlichen Motorausgangsdaten. Jeder von den mehreren Motorsimulatoren sendet die simulierten Motorausgangsdaten an ein entsprechendes Steuerschema, das die Daten verarbeitet und daraufhin den jeweiligen Motorsimulator auf der Grundlage der simulierten Motorausgangsdaten steuert.
  • Dieselben Verfahren, wie sie oben beschrieben wurden, sind auf Motoren anwendbar, die in mehreren Verbrennungsmodi betreibbar sind. Ein anderer beispielhafter Motor umfasst einen Dieselmotor, der wahlweise in einem Verbrennungsmodus mit Kompressionszündung (CI-Verbrennungsmodus), in einem Verbrennungsmodus mit vorgemischter Ladung mit Kompressionszündung (PCCI-Verbrennungsmodus) und in anderen Verbrennungsmodi betreibbar ist. Bei einer Ausführungsform eines solchen Mehrmodusdieselmotors wird der CI-Verbrennungsmodus als der Standardmodus bestimmt, und die anderen Verbrennungsmodi, z. B. der PCCI-Modus, werden dem Standardmodus überlagert.
  • Die Offenbarung hat bestimmte bevorzugte Ausführungsformen und deren Modifikationen beschrieben. Weitere Modifikationen und Veränderungen können Anderen während des Lesens und Verstehens der Beschreibung auffallen. Es ist daher beabsichtigt, dass die Offenbarung nicht auf die spezielle Ausführungsform bzw. die speziellen Ausführungsformen beschränkt ist, die als die beste Weise offenbart wird bzw. werden, die für die Ausführung dieser Offenbarung in Erwägung gezogen wird, sondern dass die Offenbarung alle Ausführungsformen umfassen wird, die in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallen.
  • Zusammenfassung
  • Ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, der mehrere steuerbare Motoraktuatoren aufweist, umfasst das Betreiben des Motors in einem ersten Verbrennungsmodus unter Verwendung eines ersten Steuerschemas, während gleichzeitig der Betrieb des Motors in einem zweiten Verbrennungsmodus unter Verwendung eines zweiten Steuerschemas und gemäß simulierten Steuereinstellungen für die mehreren steuerbaren Motoraktuatoren simuliert wird, und das Überführen des Betriebs des Motors in den zweiten Verbrennungsmodus unter Verwendung des zweiten Steuerschemas und anfangs gemäß den simulierten Steuereinstellungen für die mehreren steuerbaren Motoraktuatoren.

Claims (16)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, der mehrere steuerbare Motoraktuatoren aufweist, wobei das Verfahren umfasst: Betreiben des Motors in einem ersten Verbrennungsmodus unter Verwendung eines ersten Steuerschemas, während gleichzeitig der Betrieb des Motors in einem zweiten Verbrennungsmodus unter Verwendung eines zweiten Steuerschemas und gemäß simulierten Steuereinstellungen für die mehreren steuerbaren Motoraktuatoren simuliert wird; und Überführen des Betriebs des Motors in den zweiten Verbrennungsmodus unter Verwendung des zweiten Steuerschemas und anfangs gemäß den simulierten Steuereinstellungen für die mehreren steuerbaren Motoraktuatoren.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der zweite Verbrennungsmodus einen Standardverbrennungsmodus umfasst, der über einen universellen Bereich von Motorbetriebspunkten wirksam ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Standardverbrennungsmodus einen homogenen Verbrennungsmodus mit Funkenzündung umfasst.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der erste Verbrennungsmodus einen wahlweisen Verbrennungsmodus umfasst, der über einen zweiten Bereich von Motorbetriebspunkten wirksam ist, der weniger als den gesamten ersten Bereich von Motorbetriebspunkten umfasst.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der wahlweise Verbrennungsmodus einen Verbrennungsmodus mit gesteuerter Selbstzündung oder einen Schichtladungs-Verbrennungsmodus mit Funkenzündung umfasst.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Überführen des Betriebs des Motors zu dem zweiten Steuerschema stattfindet, wenn eine Motorstörung detektiert wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Simulieren des Betriebs des Motors in dem ersten Verbrennungsmodus unter Verwendung des ersten Steuerschemas und gemäß der simulierten Steuereinstellung für die mehreren Motoraktuatoren beim Überführen des Betriebs des Motors in den zweiten Verbrennungsmodus.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das zweite Steuerschema zum Betreiben des Motors in einem von mehreren zweiten Verbrennungsmodi ausgebildet ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die mehreren zweiten Verbrennungsmodi einen Verbrennungsmodus mit Funkenzündung und einen Verbrennungsmodus mit gesteuerter Selbstzündung umfassen.
  10. Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, der mehrere steuerbare Motoraktuatoren aufweist, wobei das Verfahren umfasst: Verwenden eines ersten Steuerschemas zum Betreiben des Motors in einem Ersten von mehreren Verbrennungsmodi und gleichzeitig Verwenden eines zweiten Steuerschemas zum Betreiben eines Motorsimulators in einem Standardverbrennungsmodus gemäß simulierten Steuereinstellungen für die mehreren steuerbaren Motoraktuatoren; und Übergehen zur Verwendung des zweiten Steuerschemas zum Betreiben des Motors in dem Standardverbrennungsmodus und anfangs gemäß den simulierten Steuereinstellungen für die mehreren steuerbaren Motoraktuatoren.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Standardverbrennungsmodus einen Verbrennungsmodus mit Funkenzündung umfasst.
  12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Erste von den mehreren Verbrennungsmodi einen Verbrennungsmodus mit Kompressionszündung umfasst und der Standardverbrennungsmodus einen Verbrennungsmodus mit vorgemischter Ladung mit Kompressionszündung umfasst.
  13. Verfahren nach Anspruch 10, das ferner umfasst: Überwachen eines Motorbetriebspunkts; Übergehen zur Verwendung des ersten Steuerschemas zum Betreiben des Motors in einem Zweiten von den mehreren Verbrennungsmodi, wenn der Motorbetriebspunkt innerhalb einer vorbestimmten Betriebszone für den zweiten Verbrennungsmodus liegt.
  14. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Übergehen zur Verwendung des zweiten Steuerschemas zum Betreiben des Motors in dem Standardverbrennungsmodus erfolgt, wenn eine Motorstörung detektiert wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 10, das ferner umfasst: Überführen zwischen den mehreren Verbrennungsmodi auf der Grundlage eines Motorbetriebspunkts und jeweiliger vorbestimmter Betriebszonen für jeden von den mehreren Verbrennungsmodi.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, das ferner umfasst: Überführen des Motorbetriebs von einem Ersten von den mehreren Verbrennungsmodi in einen Zweiten von den mehreren Verbrennungsmodi über einen Zwischenmotorbetrieb in dem Standardverbrennungsmodus.
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