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TECHNISCHES GEBIET
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Diese
Offenbarung bezieht sich auf den Betrieb und auf die Steuerung von
Verbrennungsmotoren.
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HINTERGRUND
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Die
Aussagen in diesem Abschnitt bieten lediglich Hintergrundinformationen
in Bezug auf die vorliegende Offenbarung und brauchen keinen Stand der
Technik zu bilden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Bekannte
Risiken im Zusammenhang mit dem Überführen des
Motorbetriebs zwischen Verbrennungsmodi umfassen unvollständige Verbrennung,
Motorfehlzündungen,
Drehmomentstörungen und
erhöhte
unerwünschte
Emissionen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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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.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es
werden nun eine oder mehrere Ausführungsformen beispielhaft mit
Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 ein
schematischer Blockschaltplan eines Steuermoduls zum Steuern eines
Verbrennungsmotors gemäß der vorliegenden
Offenbarung ist;
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2 eine
schematische Zeichnung eines beispielhaften Motorsystems gemäß der vorliegenden
Offenbarung ist;
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3 beispielhafte
Drehzahl- und Lastbetriebszonen für verschiedene Verbrennungsmodi
gemäß der vorliegenden
Offenbarung graphisch darstellt;
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4 ein
beispielhaftes Drehzahl-Last-Kennfeld, das dem Standardverbrennungsmodus überlagert
ist, gemäß der vorliegenden Offenbarung
graphisch darstellt; und
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5 einen
beispielhaften Verbrennungsmodusübergang
gemäß der vorliegenden
Offenbarung graphisch darstellt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.