DE112009001033B4 - Erweiterung der Anwendung einer HCCI-Verbrennungsstrategie mit Mehrfacheinspritzung vom Leerlauf bis zu mittlerer Last - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Viertakt-Verbrennungsmotors (10), der eine Verbrennungskammer (20) mit variablem Volumen, die durch einen in einem Zylinder zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt hin- und hergehenden Kolben (11) definiert ist, Einlass- und Auslassdurchgänge (17, 19), Einlass- und Auslassventile (21, 23), die während sich wiederholender, aufeinander folgender Auslass-, Einlass-, Kompressions- und Ausdehnungsphasen eines Verbrennungszyklus gesteuert werden, ein Kraftstoffsystem (12) mit Direkteinspritzung und ein Funkenzündungssystem (14) aufweist, umfassend, dass:ein Motorbetriebszustand überwacht wird, der eine Motordrehzahl und eine Motorlast umfasst; undder Motor (10) basierend auf der Motordrehzahl und der Motorlast selektiv in einem Verbrennungsmodus mit Mehrfacheinspritzung und Mehrfachzündung betrieben wird, der drei Einspritzungsereignisse umfasst, wobei das Betreiben umfasst, dass:ein erstes Einspritzungsereignis während einer Rekompressionsdauer des Verbrennungszyklus gesteuert wird;ein zweites Einspritzungsereignis gesteuert wird, das bewirkt, dass eine homogene Kraftstoffladung vor einer Hauptverbrennung hergestellt wird;ein drittes Einspritzungsereignis spät in der Kompressionsphase des Verbrennungszyklus basierend auf einer erforderlichen Verbrennungsstabilität gesteuert wird,ein erster Zündfunkenzeitpunkt für das erste Einspritzungsereignis kalibriert wird, um die Auslösung einer Kraftstoffreformierung zu unterstützen; undein zweiter Zündfunkenzeitpunkt anhand des Zeitpunkts des dritten Einspritzungsereignisses derart ausgewählt wird, dass der zweite Zündfunkenzeitpunkt eine optimale Separation bezüglich des Zeitpunkts des dritten Einspritzungsereignisses aufweist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Offenbarung betrifft Verbrennungsmotoren mit Funkenzündung und Direkteinspritzung (SIDI-Motoren), die zu einer homogenen Kompressionszündung (HCCI) fähig sind.
  • HINTERGRUND
  • Die Angaben in diesem Abschnitt liefern nur auf die vorliegende Offenbarung bezogene Hintergrundinformation und stellen möglicherweise keinen Stand der Technik dar.
  • Verbrennungsmotoren, insbesondere Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotoren, fallen allgemein in eine von zwei Kategorien - Motoren mit Funkenzündung und Motoren mit Kompressionszündung. Es ist bekannt, dass herkömmliche Motoren mit Funkenzündung, wie beispielsweise Benzinmotoren, durch ein Einleiten eines Kraftstoff/Luftgemischs in die Verbrennungszylinder funktionieren, das anschließend in dem Kompressionstakt komprimiert und durch eine Zündkerze gezündet wird. Herkömmliche Motoren mit Kompressionszündung, wie beispielsweise Dieselmotoren, funktionieren typischerweise durch ein Einleiten oder Einspritzen von unter Druck stehendem Kraftstoff in einen Verbrennungszylinder in der Nähe eines oberen Totpunkts (TDC) des Kompressionstakts, welcher Kraftstoff bei der Einspritzung zündet. Die Verbrennung umfasst sowohl für herkömmliche Benzinmotoren als auch Dieselmotoren vorgemischte oder Diffusionsflammen, die durch die Fluidmechanik gesteuert werden. Jeder Motortyp weist Vorteile und Nachteile auf. Im Allgemeinen erzeugen Benzinmotoren geringere Emissionen, sind aber weniger effizient, während Dieselmotoren im Allgemeinen effizienter sind, aber mehr Emissionen erzeugen.
  • Kürzlich wurden andere Typen von Verbrennungsmethodiken für Verbrennungsmotoren eingeführt. Eines dieser Verbrennungskonzepte ist in der Technik als HCCI-Verbrennung bekannt. Die HCCI-Verbrennung, die auch als Verbrennung mit gesteuerter Selbstzündung bezeichnet wird, umfasst einen verteilten, flammenlosen, Selbstzündungs-Verbrennungsprozess, der durch die Oxidationschemie anstelle der Fluidmechanik gesteuert wird. Bei einem Motor, der in dem HCCI-Verbrennungsmodus arbeitet, ist die Einlassladung zu der Einlassventil-Schließzeit nahezu homogen bezüglich der Zusammensetzung, der Temperatur und des Restniveaus. Da die gesteuerte Selbstzündung ein verteilter kinetisch gesteuerter Verbrennungsprozess ist, arbeitet der Motor mit einem sehr verdünnten Kraftstoff/Luftgemisch (d.h. magerer als am Kraftstoff/Luft-Stöchiometriepunkt) und weist eine relativ niedrige Verbrennungs-Spitzentemperatur auf, wodurch extrem niedrige NOx-Emissionen gebildet werden. Das Kraftstoff/Luftgemisch für die gesteuerte Selbstzündung ist im Vergleich zu den geschichteten Kraftstoff/Luft-Verbrennungsgemischen, die in Dieselmotoren verwendet werden, relativ homogen, und daher werden die fetten Zonen im Wesentlichen beseitigt, die bei Dieselmotoren Rauch und Partikelemissionen bilden. Aufgrund dieses sehr verdünnten Kraftstoff/Luftgemischs kann ein Motor, der in dem Verbrennungsmodus mit gesteuerter Selbstzündung arbeitet, ungedrosselt arbeiten, um eine dieselähnliche Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu erreichen.
  • In einem HCCI-Motor ist die Verbrennung einer Zylinderladung flammenlos und tritt spontan über das gesamte Verbrennungskammervolumen hinweg auf. Die homogen gemischte Zylinderladung wird selbstgezündet, wenn die Zylinderladung komprimiert wird und ihre Temperatur zunimmt.
  • Der Verbrennungsprozess in einem HCCI-Motor hängt stark von Faktoren ab, wie beispielsweise der Zusammensetzung, der Temperatur und dem Druck der Zylinderladung bei dem Schließen des Einlassventils. Diese Faktoren werden durch gegenwärtige und vorhergehende Motorbetriebszustände beeinflusst, die eine Restenergie erzeugen, die in der Verbrennungskammer zu der Zeit der beabsichtigten Verbrennung vorhanden ist. Ein Motorbetriebszustand wird häufig durch die Motordrehzahl und die Motorlast geschätzt. Da die HCCI-Verbrennung gegenüber den Bedingungen in dem Zylinder besonders empfindlich ist, müssen die Steuereingaben für den Motor, beispielsweise die Kraftstoffmasse und der Einspritzungszeitpunkt sowie das Einlass/Auslass-Ventilprofil, sorgfältig abgestimmt werden, um eine robuste Selbstzündungsverbrennung sicherzustellen.
  • Im Allgemeinen arbeitet ein HCCI-Motor für die beste Kraftstoffwirtschaftlichkeit ungedrosselt und mit einem mageren Luft/Kraftstoffgemisch. Ferner wird die Zylinderladungstemperatur in einem HCCI-Motor unter Verwendung einer Abgasrekompressions-Ventilstrategie gesteuert, indem unterschiedliche Mengen des heißen Restgases aus dem vorhergehenden Zyklus durch ein Variieren des Schließzeitpunkts des Auslassventils eingeschlossen werden. Der Öffnungszeitpunkt des Einlassventils wird vorzugsweise symmetrisch zu dem Schließzeitpunkt des Auslassventils relativ zu dem TDC bei Einlass verzögert. Sowohl die Zusammensetzung als auch die Temperatur der Zylinderladung werden durch den Schließzeitpunkt des Auslassventils stark beeinflusst. Insbesondere kann mehr heißes Restgas aus einem vorhergehenden Zyklus mit einem früheren Schließen des Auslassventils zurückgehalten werden, wodurch weniger Raum für eine eintretende Frischluftmasse übrig gelassen wird. Die Nettoeffekte sind eine höhere Zylinderladungstemperatur und eine niedrigere Zylinder-Sauerstoffkonzentration. Bei der Abgasrekompressionsstrategie werden der Schließzeitpunkt des Auslassventils und der Öffnungszeitpunkt des Einlassventils durch die negative Ventilüberlappung (NVO) gemessen, die als die Dauer bezüglich des Kurbelwinkels zwischen dem Schließen des Auslassventils und dem Öffnen des Einlassventils definiert ist.
  • Zusätzlich zu einer Ventilsteuerstrategie muss es für eine stabile Verbrennung eine geeignete Kraftstoffeinspritzungsstrategie geben. Bei niedrigen Kraftstoffzufuhrraten (z.B. einer Kraftstoffzufuhrrate < 7 mg/Zyklus bei 1000 U/min in einer beispielhaften Verbrennungskammer mit 0,551) kann die Zylinderladung beispielsweise für eine stabile Selbstzündungsverbrennung trotz des höchsten Werts der zulässigen NVO nicht heiß genug sein, was zu einer Teilverbrennung oder einer Fehlzündung führt. Ein Weg zum Erhöhen der Ladungstemperatur ist es, dass eine kleine Kraftstoffmenge voreingespritzt wird, wenn der Kolben den TDC des Einlasstakts während der NVO-Rekompression erreicht. Ein Teil des voreingespritzten Kraftstoffs reformiert aufgrund des hohen Drucks und der hohen Temperatur während der Rekompression und gibt Wärmeenergie frei, welche die Zylinderladungstemperatur für eine erfolgreiche selbstgezündete Verbrennung der Verbrennungsladung, die aus der nachfolgenden Hauptkraftstoffeinspritzung resultiert, ausreichend erhöht. Der Betrag einer solchen thermischen Kraftstoff-Selbstreformierung basiert auf der Masse und dem Zeitpunkt der Voreinspritzung, wobei die Kraftstoffreformierung im Allgemeinen mit einem früheren Zeitpunkt der Voreinspritzung und einer größeren Kraftstoffmasse der Voreinspritzung zunimmt.
  • Eine übermäßige Kraftstoffreformierung verringert die gesamte Kraftstoffwirtschaftlichkeit, und ein Mangel an Kraftstoffreformierung kann zu einer Verbrennungsinstabilität führen. Daher profitiert eine effektive Steuerung des Reformierungsprozesses von genauen Schätzungen der Reformierung. Es ist ein Verfahren bekannt, das den Betrag der Kraftstoffreformierung unter Verwendung der eindeutigen Charakteristik eines universellen Abgas-Sauerstoffsensors (UEGO-Sensors) schätzt. Es ist auch eine Steuerstrategie bekannt, um den Betrag der Kraftstoffreformierung in einem HCCI-Motor indirekt zu steuern, indem Motorbetriebsbedingungen überwacht werden, welche die Einlass-Luftmassenströmung und das Auslass-Luft/Kraftstoffverhältnis umfassen, indem die negative Ventilüberlappung gesteuert wird, um die Einlassluftströmung zu steuern, um ein gewünschtes tatsächliches Luft-Kraftstoffverhältnis für eine gegebene Kraftstoffzufuhrrate zu erreichen, und indem der Zeitpunkt der Voreinspritzung des Kraftstoffs eingestellt wird, um das gemessene Luft-Kraftstoffverhältnis auf ein gewünschtes zweites Luft/Kraftstoffverhältnis zu steuern, das kleiner als das gewünschte tatsächliche Luft-Kraftstoffverhältnis ist. Ein anderes Verfahren zum Steuern eines Betrags der Kraftstoffreformierung umfasst, dass Drücke in dem Zylinder während eines gegenwärtigen Verbrennungszyklus gemessen werden, dass die reformierte Kraftstoffmasse in dem gegenwärtigen Zyklus basierend auf den Drücken in dem Zylinder geschätzt wird, dass die Schätzung der reformierten Kraftstoffmasse in dem gegenwärtigen Zyklus verwendet wird, um die in dem nächsten Zyklus erforderliche Reformierung vorherzusagen, um dass die Steuerung basierend auf der vorhergesagten in dem nächsten Verbrennungszyklus erforderlichen Reformierung über den nächsten Zyklus beeinflusst wird.
  • Bei mittleren Motordrehzahlen und -lasten wurde gefunden, dass eine Kombination von Ventilprofil und -timing (beispielsweise Abgas-Rekompression und Abgas-Rückatmung) und Kraftstoffzufuhrstrategie effektiv ist, um für eine adäquate Aufheizung der Zylinderladung zu sorgen, so dass die Selbstzündung während des Kompressionstakts zu einer stabilen Verbrennung mit geringem Geräusch führt. Eines der Hauptprobleme für den effektiven Betrieb eines Motors in dem Verbrennungsmodus mit Selbstzündung war es, den Verbrennungsprozess korrekt zu steuern, so dass eine robuste und stabile Verbrennung, die zu geringen Emissionen, einer optimalen Wärmefreigaberate und geringem Geräusch führt, über einen Bereich von Betriebsbedingungen erreicht wird.
  • Ein Motor mit Funkenzündung und Direkteinspritzung, der zu einem Betrieb in einem Verbrennungsmodus mit gesteuerter Selbstzündung fähig ist, wechselt zwischen dem Betrieb in einem selbstgezündeten Verbrennungsmodus unter Bedingungen mit Teillast und niedrigerer Motordrehzahl und in einem herkömmlichen funkengezündeten Verbrennungsmodus unter Bedingungen mit hoher Last und hoher Drehzahl. Es besteht eine Notwendigkeit, während des laufenden Motorbetriebs einen glatten Wechsel zwischen den zwei Verbrennungsmodi zu haben, um ein kontinuierliches Motorausgangsdrehmoment aufrecht zu erhalten und beliebige Motorfehlzündungen oder Teilverbrennungen während dieser Wechsel zu verhindern. Diese zwei Verbrennungsmodi erfordern einen unterschiedlichen Motorbetrieb, um eine robuste Verbrennung aufrecht zu erhalten. Ein Aspekt des Motorbetriebs umfasst die Steuerung des Drosselventils. Wenn der Motor in dem selbstgezündeten Verbrennungsmodus betrieben wird, umfasst die Motorsteuerung einen Betrieb mit magerem Luft/Kraftstoffverhältnis, bei dem die Drossel weit offen ist, um Motorpumpverluste zu minimieren. Im Gegensatz dazu umfasst die Motorsteuerung dann, wenn der Motor in dem Verbrennungsmodus mit Funkenzündung betrieben wird, einen Betrieb mit stöchiometrischem Luft/Kraftstoffverhältnis, bei dem das Drosselventil über einen Bereich von Positionen von 0 % bis 100 % der weit offenen Position gesteuert wird, um die Einlassluftströmung zum Erreichen der Stöchiometrie zu steuern.
  • Während des Motorbetriebs wird die Motorluftströmung gesteuert, indem die Position des Drosselventils selektiv eingestellt wird und indem das Öffnen und Schließen von Einlassventilen und Auslassventilen eingestellt wird. Das Einstellen des Öffnens und des nachfolgenden Schließens der Einlass- und Auslassventile nimmt hauptsächlich die Form an: einer Phaseneinstellung des Öffnens (und des nachfolgenden Schließens) der Ventile bezogen auf die Kolben- und die Kurbelwellenposition; und einer Größe des Hubs des Öffnens der Ventile. Bei derart ausgestatteten Motorsystemen wird das Öffnen und Schließen der Einlassventile und der Auslassventile unter Verwendung eines Systems zur variablen Ventilbetätigung (VVA-Systems) durchgeführt, das eine Nockenphaseneinstellung und einen auswählbaren mehrstufigen Ventilhub umfassen kann, z.B. mehrstufige Nocken, die zwei oder mehr Ventilhubprofile liefern. Im Gegensatz zu der kontinuierlich variablen Drosselposition ist die Änderung des Ventilprofils des mehrstufigen Ventilhubmechanismus eine diskrete Änderung und nicht kontinuierlich. Wenn ein Wechsel zwischen den Stufen des auswählbaren mehrstufigen Ventilhubs nicht effektiv gesteuert wird, können unerwünschte Störungen in der Motorluftströmung auftreten, was zu einer schlechten Verbrennung führt, einschließlich einer Fehlzündung oder von Teilverbrennungen.
  • Die HCCI-Verbrennung umfasst einen mageren, verteilten, flammenlosen Selbstzündungs-Verbrennungsprozess, der zu möglichen Vorteilen führt, wenn ein Motor in einem Bereich von HCCI-fähigen Motordrehzahlen und -lasten arbeitet, wie oben beschrieben wurde. Der Betrieb der HCCI-Verbrennung wird jedoch nicht unter einer festen Motorsteuerstrategie durchgeführt, stattdessen können aber Bereiche von Steuerstrategien die HCCI-Verbrennung mit unterschiedlichen Betriebsergebnissen durchführen. Zusätzlich zu den oben erwähnten Ventilsteuer- und Kraftstoffeinspritzungsstrategien sind auch andere Techniken bekannt, um den Motorbetrieb zu begünstigen und den Bereich der Betreibbarkeit zu niedrigeren Lasten und Temperaturen hin auszudehnen, was die Ausgestaltungen der Verbrennungskammer und verschiedene Ventilsteuer- und Zündungsstrategien umfasst. Obwohl diese verschiedenen Technologien die Betriebsgrenzen eines HCCI-Motors ausdehnen, weisen sie alle eine untere Grenze der Betreibbarkeit auf, bei welcher der Verbrennungszyklus zu kalt ist, um eine Selbstzündung zu erreichen. Zusätzlich weist jede Steuerstrategie bevorzugte Betriebsbereiche auf, und jede weist positive und negative Aspekte im Vergleich zu anderen Ventilsteuer- und Kraftstoffeinspritzungsstrategien auf. Eine spezielle Steuerstrategie, die in einem speziellen Motorbetriebsbereich zufriedenstellend arbeitet, kann in einem anderen speziellen Motorbetriebsbereich übermäßige NOx-Emissionen erzeugen oder zu einer instabilen Verbrennung führen. Ein Motor, der in einem Bereich von Motordrehzahlen und -lasten arbeitet und für den Faktoren, wie beispielsweise der Kraftstoffverbrauch, die Verringerung von Emissionen und die Verbrennungsstabilität, optimiert sind, kann in Abhängigkeit von Motorbetriebsbedingungen und ausgleichenden Prioritäten zwischen den Steuerstrategien umschalten.
  • In der DE 10 2006 035 139 A1 sind ein Verfahren und ein System zum Betreiben eines Viertakt-Verbrennungsmotors beschrieben, bei denen innerhalb eines Verbrennungszyklus drei Einspritzungsereignisse vor einem Zündzeitpunkt vorgesehen sind. Eine erste Einspritzung erfolgt innerhalb eines Einlasstakts des Verbrennungszyklus, während eine dritte Einspritzung spät in einem Kompressionstakt erfolgt.
  • Die US 2007 / 0 113 822 A1 beschreibt ein ähnliches Verfahren und ein ähnliches System zum Betreiben eines Viertakt-Verbrennungsmotors, bei dem innerhalb eines Verbrennungszyklus zwei Einspritzungsereignisse und zwei Zündzeitpunkte vorgesehen sind.
  • In der DE 10 2007 001 301 A1 sind ein Verfahren und ein System für einen mit Selbstzündung betreibbaren Verbrennungsmotor beschrieben, mit welchen Übergänge zwischen einem Betrieb mit Selbstzündung und mit Funkenzündung gesteuert werden. Im Betrieb mit Selbstzündung können eine oder zwei Einspritzungen innerhalb eines Verbrennungszyklus vorgesehen sein.
  • Die WO 2007 / 140 138 A2 beschreibt ein ähnliches Verfahren und ein ähnliches System.
  • In der DE 103 50 798 A1 sind ebenfalls ein ähnliches Verfahren und ein ähnliches System beschrieben, bei denen drei Einspritzungen innerhalb eines Verbrennungszyklus eines Motors vorgesehen sein können. Dabei erfolgt die erste Einspritzung innerhalb einer Rekompressionsphase.
  • Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und ein System zum Betreiben eines mit Selbstzündung betreibbaren Viertakt-Verbrennungsmotors zu schaffen, mit denen die Verbrennung bei niedrigen Drehzahlen und Lasten des Motors ohne Zunahme der Emissionen des Motors stabilisiert wird.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 8 und durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.
  • Ein Viertakt-Verbrennungsmotor umfasst eine Verbrennungskammer mit variablem Volumen, die durch einen Kolben definiert wird, der in einem Zylinder zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt hin und her geht, Einlass- und Auslassdurchgänge, Einlass- und Auslassventile, die während sich wiederholender, aufeinander folgender Auslass-, Einlass-, Kompressions- und Ausdehnungsphasen eines Verbrennungszyklus gesteuert werden, ein Kraftstoffsystem mit Direkteinspritzung und ein Funkenzündungssystem. Ein Verfahren zum Steuern des Motors umfasst, dass ein Motorbetriebszustand überwacht wird, der eine Motordrehzahl und eine Motorlast umfasst, und dass .der Motor basierend auf der Motordrehzahl und der Motorlast selektiv in einem Verbrennungsmodus mit Mehrfacheinspritzung und Mehrfachzündung betrieben wird, der drei Einspritzungsereignisse umfasst. Das Betreiben des Motors umfasst, dass ein erstes Einspritzungsereignis während einer Rekompressionsdauer des Verbrennungszyklus gesteuert wird, dass ein zweites Einspritzungsereignis gesteuert wird, das bewirkt, dass eine homogene Kraftstoffladung vor einer Hauptverbrennung hergestellt wird, und dass ein drittes Einspritzungsereignis spät in der Kompressionsphase des Verbrennungszyklus gesteuert wird.
  • Figurenliste
  • Eine oder mehrere Ausführungsformen werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, von denen:
    • 1 einen beispielhaften Verbrennungsmotor und ein Steuersystem schematisch darstellt, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung konstruiert wurden;
    • 2 beispielhafte auf die Drehzahl/Last bezogene Verbrennungsmodi gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch darstellt;
    • 3A und 3B Verfahren zum Steuern eines Wechsels zwischen einem strahlgeführten Verbrennungsmodus mit Funkenzündung und einem Verbrennungsmodus mit homogener Kompressionszündung gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellen;
    • 4 einen beispielhaften Motorzyklus für einen Viertakt-Verbrennungsmodus gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt, einschließlich von Details bezüglich der Einspritzungsereignisse, der Zündungsereignisse und des Ventilhubs für eine Anzahl von auf die Last bezogenen Verbrennungsmodi;
    • 5 eine Korrelation zwischen einer während der Reformierung verbrannten Kraftstoffmasse und der Verbrennungsstabilität gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch darstellt;
    • 6 eine Korrelation zwischen einer während der Reformierung verbrannten Kraftstoffmasse und NOx-Emissionen, die in dem Verbrennungsprozess erzeugt werden, gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch darstellt;
    • 7 eine Korrelation zwischen einer während der Reformierung verbrannten Kraftstoffmasse und einer Notwendigkeit für eine flammeninduzierte Kompression während der Hauptverbrennung zum Auslösen der Selbstzündung gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch darstellt;
    • 8 eine Korrelation zwischen einer Kraftstoffmenge, die vor dem Auftreten der Selbstzündung verbrannt wird, und NOx-Emissionen, die in dem Verbrennungsprozess erzeugt werden, gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch darstellt;
    • 9 eine Korrelation zwischen einer Kraftstoffmenge, die vor dem Auftreten der Selbstzündung verbrannt wird, und der Verbrennungsstabilität gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch darstellt;
    • 10 einen beispielhaften Motorzyklus für einen Viertakt-Verbrennungsmotor, der in einem beispielhaften Verbrennungsmodus mit Mehrfacheinspritzung und Mehrfachzündung arbeitet, gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
    • 11 einen beispielhaften Prozess gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt, durch den mehrere Einspritzungsereignisse in einem Motorzyklus gesteuert werden können;
    • 12 eine Korrelation zwischen einer Separation zwischen dem Einspritzungszeitpunkt und dem Zündfunkenzeitpunkt und der Verbrennungsstabilität gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch darstellt;
    • 13 eine beobachtete Beziehung zwischen einem Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt eines ersten Pulses und einer während der Reformierung verbrannten Kraftstoffmasse gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch darstellt, wodurch ermöglicht wird, dass der Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt der ersten Einspritzung für einen gewünschten Betrag der Kraftstoffreformierung eingestellt wird;
    • 14 eine Korrelation zwischen einer während der Rekompression reformierten Kraftstoffmasse und Zylinderdrücken gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch darstellt, wodurch ein Verfahren zum Überwachen des Reformierungsprozesses durch das Überwachen von Zylinderdruckmessungen ermöglicht wird;
    • 15 eine Korrelation zwischen einem Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt eines zweiten Pulses und der Kraftstoffeffizienz sowie der Verbrennungsphasenlage gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch darstellt;
    • 16 und 17 die Anwendung von drei beispielhaften Verbrennungsmodi mit Mehrfacheinspritzung und Mehrfachzündung sowie beispielhafte Testergebnisse, die zur detaillierten Darstellung von Auswirkungen auf NOx-Emissionen und auf die Verbrennungsstabilität erzeugt wurden, gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch darstellen;
    • 16 beispielhafte Testdaten bezüglich der NOx-Emissionen für einen Bereich von Motordrehzahlen und -lasten mit definierten Bereichen für den ersten, zweiten und dritten Verbrennungsmodus mit Mehrfacheinspritzung und Mehrfachzündung darstellt;
    • 17 beispielhafte Testdaten bezüglich der Verbrennungsstabilität, wie sie durch die Standardabweichung des IMEP für einen Bereich von Motordrehzahlen und -lasten gemessen wurden, mit definierten Bereichen für einen ersten, zweiten und dritten Verbrennungsmodus mit Mehrfacheinspritzung und Mehrfachzündung darstellt;
    • 18 beispielhafte Drücke in einem Zylinder gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch darstellt, die über aufeinander folgende Verbrennungszyklen bei niedriger Motorlast und niedriger Motordrehzahl unter Verwendung von verschiedenen Einspritzungsdrücken gemessen wurden;
    • 19 einen beispielhaften PMEP gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch darstellt, der über aufeinander folgende Verbrennungszyklen bei niedriger Motorlast und niedriger Motordrehzahl unter Verwendung von verschiedenen Einspritzungsdrücken gemessen wurde;
    • 20 und 21 beispielhafte Daten eines Motors gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch darstellen, der bei Drehzahlen in der Nähe des oberen Endes eines HCCI-Betriebsbereichs und bei niedriger Last arbeitet;
    • 20 beispielhafte Drücke in einem Zylinder graphisch darstellt, die über aufeinander folgende Verbrennungszyklen bei niedriger Motorlast unter Verwendung von verschiedenen Einspritzungsdrücken gemessen wurden;
    • 21 einen beispielhaften PMEP graphisch darstellt, der über aufeinander folgende Verbrennungszyklen bei niedriger Motorlast unter Verwendung von verschiedenen Einspritzungsdrücken gemessen wurde;
    • 22 beispielhafte Testergebnisse gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch darstellt, die einen Motor unter Kaltstartbedingungen beschreiben und die NOx-Emissionen und die Verbrennungsstabilität für variierende Kraftstoffeinspritzungsdrücke darstellen;
    • 23 eine beispielhafte Einspritzungsdruckstrategie gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch darstellt, wobei der Einspritzungsdruck über einen Bereich von Motordrehzahlen und Motorlasten moduliert wird.
    • 24 und 25 die Auswahl eines Betriebsmodus basierend auf der Kraftstoffeffizienz gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch darstellen;
    • 24 den Betrieb von Verbrennungsparametern für einen Motor, der gemäß der Graphik von 25 betrieben wird, mit einer beispielhaften konstanten Motordrehzahl darstellt; und
    • 25 die Auswahl eines Betriebsmodus gemäß der Motordrehzahl und -last darstellt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Nun auf die Zeichnungen Bezug nehmend, wobei das Gezeigte nur zu dem Zweck dient, bestimmte beispielhafte Ausführungsformen darzustellen, und nicht zu dem Zweck, selbige einzuschränken, stellt 1 einen Verbrennungsmotor 10 und ein Steuersystem 25 schematisch dar, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung konstruiert wurden. Der Motor ist selektiv in mehreren Verbrennungsmodi betriebsfähig, die nachstehend unter Bezugnahme auf 2 beschrieben werden. Die gezeigte Ausführungsform wird als Teil eines Gesamtsteuerschemas eingesetzt, um einen beispielhaften Benzin-Viertaktverbrennungsmotor mit mehreren Zylindern, Funkenzündung und Direkteinspritzung zu betreiben, der ausgebildet ist, um unter einem gesteuerten Selbstzündungsprozess zu arbeiten, der auch als Modus mit homogener Kompressionszündung (HCCI-Modus) bezeichnet wird. Wie ein Fachmann einsehen wird und wie oben angemerkt wurde, können jedoch Motor-Ausführungsformen mit vielen verschiedenen Ausbildungen von den Verfahren der vorliegenden Offenbarung profitieren, und es ist nicht beabsichtigt, dass die Offenbarung auf die hierin beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen beschränkt ist.
  • Gemäß der vorliegenden beispielhaften Darstellung der Offenbarung wurde ein selbstsaugender Viertakt-Verbrennungsmotor mit einem einzelnen Zylinder von 0,55 Litern und gesteuerter Selbstzündung, der mit Benzin durch Direkteinspritzung mit Kraftstoff versorgt wird und der ein Kompressionsverhältnis von im Wesentlichen 12 bis 13 aufweist, bei der hierin verkörperten Implementierung der Ventil- und Kraftstoffzufuhrsteuerungen und Erfassung der verschiedenen Daten verwendet. Wenn es nicht auf eine andere Weise speziell diskutiert wird, wird angenommen, dass alle solche Implementierungen und Erfassungen unter Standardbedingungen ausgeführt werden, wie es einem Fachmann geläufig ist.
  • Der beispielhafte Motor 10 weist einen Motorblock aus Gussmetall mit mehreren darin gebildeten Zylindern, von denen einer gezeigt ist, und einen Motorkopf 27 auf. Jeder Zylinder umfasst einen Zylinder mit geschlossenem Ende, der einen bewegbaren Hubkolben 11 aufweist, der darin eingefügt ist. Eine Verbrennungskammer 20 mit variablem Volumen ist in jedem Zylinder gebildet und wird durch Wände des Zylinders, den bewegbaren Kolben 11 und den Kopf 27 definiert. Der Motorblock weist vorzugsweise Kühlmitteldurchgänge 29 auf, durch die ein Motorkühlmittelfluid strömt. Ein Kühlmittel-Temperatursensor 37, der dazu dient, die Temperatur des Kühlmittelfluids zu überwachen, ist an einem geeigneten Ort angeordnet und liefert eine Signaleingabe an das Steuersystem 25, die zur Steuerung des Motors verwendbar ist. Der Motor weist vorzugsweise bekannte Systeme auf, einschließlich eines äußeren Abgasrückführungsventils (AGR-Ventils) und eines Einlassluft-Drosselventils (nicht gezeigt).
  • Jeder bewegbare Kolben 11 umfasst eine Einrichtung, die gemäß bekannten Kolbenbildungsverfahren ausgestaltet ist, und weist eine Oberseite und einen Körper auf, der im Wesentlichen an den Zylinder angepasst ist, in dem er arbeitet. Der Kolben weist eine Oberseiten- oder Kronenfläche auf, die in der Verbrennungskammer exponiert ist. Jeder Kolben ist mittels eines Stifts 34 und einer Pleuelstange 33 mit einer Kurbelwelle 35 verbunden. Die Kurbelwelle 35 ist an dem Motorblock in einem Hauptlagerbereich in der Nähe eines Unterseitenabschnitts des Motorblocks drehbar befestigt, so dass sich die Kurbelwelle um eine Achse drehen kann, die rechtwinklig zu einer durch jeden Zylinder definierten Längsachse liegt. Ein Kurbelsensor 31 ist an einem geeigneten Ort angeordnet und dient dazu, ein Signal zu erzeugen, das von dem Controller 25 verwendbar ist, um einen Kurbelwinkel zu messen, und das übersetzbar ist, um Messwerte einer Kurbelwellendrehung, -drehzahl und -beschleunigung zu liefern, die bei verschiedenen Steuerschemata verwendbar sind. Während des Betriebs des Motors bewegt sich jeder Kolben 11 aufgrund der Verbindung mit der Kurbelwelle 35 und deren Drehung sowie aufgrund des Verbrennungsprozesses auf eine hin- und hergehende Weise in dem Zylinder aufwärts und abwärts. Die Drehbewegung der Kurbelwelle bewirkt eine Übersetzung einer linearen Kraft, die auf jeden Kolben während der Verbrennung ausgeübt wird, in eine Winkeldrehmomentausgabe von der Kurbelwelle, die auf eine andere Einrichtung, wie z.B. einen Fahrzeugantriebsstrang, übertragen werden kann.
  • Der Motorkopf 27 umfasst eine Gussmetalleinrichtung mit einer oder mehreren Einlassöffnungen 17 und einer oder mehreren Auslassöffnungen 19, die in die Verbrennungskammer 20 münden. Die Einlassöffnung 17 liefert Luft an die Verbrennungskammer 20. Verbrannte (abgebrannte) Gase strömen über die Auslassöffnung 19 aus der Verbrennungskammer 20. Die Luftströmung durch jede Einlassöffnung wird durch eine Betätigung eines oder mehrerer Einlassventile 21 gesteuert. Die Strömung der verbrannten Gase durch jede Auslassöffnung wird durch eine Betätigung eines oder mehrerer Auslassventile 23 gesteuert.
  • Die Einlass- und Auslassventile 21, 23 weisen jeweils einen Kopfabschnitt auf, der einen Oberseitenabschnitt umfasst, welcher der Verbrennungskammer ausgesetzt ist. Jedes der Ventile 21, 23 weist einen Schaft auf, der mit einer Ventilbetätigungseinrichtung verbunden ist. Eine Ventilbetätigungseinrichtung, dargestellt als 60, dient dazu, das Öffnen und Schließen jedes der Einlassventile 21 zu steuern, und eine zweite Ventilbetätigungseinrichtung 70 dient dazu, das Öffnen und Schließen jedes der Auslassventile 23 zu steuern. Jede der Ventilbetätigungseinrichtungen 60, 70 umfasst eine Einrichtung, die signaltechnisch mit dem Steuersystem 25 verbunden ist und dazu dient, den Zeitpunkt, die Dauer und das Ausmaß des Öffnens und Schließens jedes Ventils entweder zusammen oder einzeln zu steuern. Die erste Ausführungsform des beispielhaften Motors umfasst ein doppeltes oben liegendes Nockensystem, das eine variable Hubsteuerung (VLC) und eine variable Nockenphaseneinstellung (VCP) aufweist. Die VCP-Einrichtung dient dazu, den Zeitpunkt des Öffnens oder Schließens jedes Einlassventils und jedes Auslassventils relativ zu einer Drehposition der Kurbelwelle zu steuern, und sie öffnet jedes Ventil für eine feste Kurbelwinkeldauer. Die beispielhafte VLC-Einrichtung dient dazu, das Ausmaß des Ventilhubs in eine von zwei Positionen zu steuern: eine Position mit einem Hub von 3 - 5 mm für eine Öffnungsdauer von 120 - 150 Kurbelwinkelgraden und eine andere Position mit einem Hub von 9 - 12 mm für eine Öffnungsdauer von 220 - 260 Kurbelwinkelgraden. Einzelne Ventilbetätigungseinrichtungen können der gleichen Funktion mit der gleichen Wirkung dienen. Die Ventilbetätigungseinrichtungen werden vorzugsweise durch das Steuersystem 25 gemäß vorbestimmten Steuerschemata gesteuert. Alternative variable Ventilbetätigungseinrichtungen, einschließlich beispielsweise vollflexibler elektrischer oder elektrohydraulischer Einrichtungen, können ebenso verwendet werden und weisen den weiteren Vorteil einer unabhängigen Phasensteuerung für das Öffnen und Schließen wie auch einer im Wesentlichen unbegrenzten Ventilhub-Variabilität innerhalb der Grenzen des Systems auf.
  • Luft wird durch einen Einlasskrümmerkanal 50, der gefilterte Luft empfängt, die durch eine bekannte Luftmesseinrichtung und eine Drosseleinrichtung (nicht gezeigt) strömt, in die Einlassöffnung 17 eingelassen. Abgas strömt von der Auslassöffnung 19 zu einem Abgaskrümmer 42, der Abgassensoren 40 aufweist, die dazu dienen, die Bestandteile des Abgaszustroms zu überwachen und diesem zugeordnete Parameter zu ermitteln. Die Abgassensoren 40 können beliebige von verschiedenen bekannten Detektionseinrichtungen umfassen, die dazu dienen, Werte für den Abgaszustrom, einschließlich des Luft/Kraftstoffverhältnisses, oder einen Messwert der Abgasbestandteile, beispielsweise NOx, CO, HC und andere, zu liefern. Das System kann einen Sensor 16 in dem Zylinder zum Überwachen der Verbrennungsdrücke oder nicht eingreifende Drucksensoren oder eine inferentiell ermittelte Druckermittlung (beispielsweise durch Kurbelwellenbeschleunigungen) umfassen. Die zuvor erwähnten Sensoren und Messeinrichtungen liefern jeweils ein Signal als eine Eingabe an das Steuersystem 25. Diese Eingaben können von dem Steuersystem verwendet werden, um Messwerte der Verbrennungsleistung zu ermitteln.
  • Das Steuersystem 25 umfasst vorzugsweise eine Teilmenge einer gesamten Steuerarchitektur, die dazu dient, eine abgestimmte Systemsteuerung des Motors 10 und anderer Systeme zu schaffen. In dem Gesamtbetrieb dient das Steuersystem 25 dazu, Betreibereingaben, Umgebungsbedingungen, Motorbetriebsparameter und Messwerte der Verbrennungsleistung zu synthetisieren und Algorithmen zum Steuern verschiedener Aktuatoren auszuführen, um Zielwerte für die Steuerung zu erreichen, die beispielsweise die Kraftstoffwirtschaftlichkeit, die Emissionen, die Leistung und die Fahrbarkeit beeinflussen. Das Steuersystem 25 ist funktional mit mehreren Einrichtungen verbunden, durch die ein Betreiber den Betrieb des Motors typischerweise steuert und lenkt. Beispielhafte Betreibereingaben umfassen ein Gaspedal, ein Bremspedal, eine Wähleinrichtung für den Getriebegang und einen Tempomat für die Fahrzeuggeschwindigkeit, wenn der Motor in einem Fahrzeug verwendet wird. Das Steuersystem kann mit anderen Controllern, Sensoren und Aktuatoren mittels eines Busses eines lokalen Rechnernetzes (LAN-Bus, nicht gezeigt) in Verbindung stehen, der vorzugsweise eine strukturierte Übermittlung von Steuerparametern und -befehlen zwischen verschiedenen Controllern ermöglicht.
  • Das Steuersystem 25 ist funktional mit dem Motor 10 verbunden und wirkt derart, dass Daten von Sensoren erfasst werden und dass eine Vielfalt von Aktuatoren des Motors 10 über geeignete Schnittstellen 45 gesteuert wird. Das Steuersystem 25 empfängt einen Motordrehmomentbefehl und erzeugt basierend auf den Betreibereingaben eine gewünschte Drehmomentabgabe. Beispielhafte Motorbetriebsparameter, die unter Verwendung der zuvor erwähnten Sensoren von dem Steuersystem 25 detektiert werden, umfassen die Motortemperatur, wie sie durch Verfahren wie beispielsweise das Überwachen der Motorkühlmitteltemperatur indiziert wird, die Öltemperatur oder die Metalltemperatur; die Kurbelwellendrehzahl (RPM) und -position; den Krümmerabsolutdruck; die Umgebungsluft-Strömung und -Temperatur; und den Umgebungsluftdruck. Die Messungen der Verbrennungsleistung können gemessene und abgeleitete Verbrennungsparameter umfassen, einschließlich des Luft/Kraftstoffverhältnisses, der Lage des Verbrennungsspitzendrucks, unter anderen.
  • Aktuatoren, die von dem Steuersystem 25 gesteuert werden, umfassen: Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 12; die VCPjVLC-Ventilbetätigungseinrichtungen 60, 70; eine Zündkerze 14, die mit Zündungsmodulen funktional verbunden ist, um die Zündfunkenverweilzeit und den Zündfunkenzeitpunkt zu steuern; ein AGR-Ventil (nicht gezeigt) und ein Modul zur elektronischen Drosselsteuerung (nicht gezeigt). Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 12 dient vorzugsweise dazu, Kraftstoff direkt in jede Verbrennungskammer 20 einzuspritzen. Spezielle Details beispielhafter Kraftstoffeinspritzeinrichtungen zur Direkteinspritzung sind bekannt und werden hierin nicht ausführlich beschrieben. Die Zündkerze 14 wird von dem Steuersystem 25 verwendet, um die Steuerung des Zündzeitpunkts des beispielhaften Motors über Abschnitte des Motordrehzahl- und Motorlastbetriebsbereichs zu verbessern. Wenn der beispielhafte Motor in einem reinen HCCI-Modus betrieben wird, verwendet der Motor keine aktivierte Zündkerze. Es hat sich jedoch als wünschenswert herausgestellt, die Funkenzündung zum Ergänzen des HCCI-Modus unter bestimmten Bedingungen, einschließlich beispielsweise während eines Kaltstarts, zum Vermeiden einer Verschmutzung und gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung bei Betriebsbedingungen mit niedriger Last in der Nähe einer Niedriglastgrenze zu verwenden. Es hat sich ebenso als bevorzugt herausgestellt, die Funkenzündung an einer Betriebsgrenze bei hoher Last in dem HCCI-Modus und bei Betriebsbedingungen mit hoher Drehzahl/Last während eines gedrosselten oder ungedrosselten Funkenzündungsbetriebs zu verwenden.
  • Das Steuersystem 25 umfasst vorzugsweise einen Allzweck-Digitalcomputer, der im Wesentlichen einen Mikroprozessor oder eine zentrale Verarbeitungseinheit, einen Festwertspeicher (ROM), einen Arbeitsspeicher (RAM), einen elektrisch programmierbaren Festwertspeicher (EPROM), einen Hochgeschwindigkeitstaktgeber, Schaltungen zur Analog-Digital-Umsetzung (A/D) und zur Digital-Analog-Umsetzung (D/A) und Eingabe/Ausgabe-Schaltungen und -Einrichtungen (I/O) sowie geeignete Signalkonditionierungs- und Pufferschaltungen umfasst. Das Steuersystem 25 weist einen Satz von Steueralgorithmen auf, die residente Programmanweisungen und Kalibrierungen umfassen, die in dem ROM gespeichert sind.
  • Die Algorithmen zur Motorsteuerung werden typischerweise während voreingestellter Schleifenzyklen ausgeführt, so dass jeder Algorithmus mindestens einmal für jeden Schleifenzyklus ausgeführt wird. Die Algorithmen, die in den nichtflüchtigen Speichereinrichtungen gespeichert sind, werden durch das Steuersystem ausgeführt und dienen dazu, Eingaben von den Detektionseinrichtungen zu überwachen sowie Steuer- und Diagnoseroutinen auszuführen, um den Betrieb des Motors unter Verwendung von voreingestellten Kalibrierungen zu steuern. Die Schleifenzyklen werden typischerweise während des laufenden Motorbetriebs in regelmäßigen Intervallen ausgeführt, beispielsweise jede 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden. Alternativ können die Algorithmen in Ansprechen auf ein Auftreten eines Ereignisses oder einer Unterbrechungsanforderung ausgeführt werden.
  • Der Motor ist ausgestaltet, um ungedrosselt mit Benzin oder ähnlichen Kraftstoffmischungen über einen erweiterten Bereich von Motordrehzahlen und -lasten mit gesteuerter Selbstzündungsverbrennung zu arbeiten. Der Betrieb mit Funkenzündung und Drosselsteuerung kann jedoch mit herkömmlichen oder modifizierten Steuerverfahren unter Bedingungen verwendet werden, die für den Betrieb mit Selbstzündung und für das Erreichen der maximalen Motorleistung, um eine Drehmomentanforderung eines Betreibers zu erfüllen, nicht förderlich sind. Die Kraftstoffzufuhr umfasst vorzugsweise eine Kraftstoff-Direkteinspritzung in jede der Verbrennungskammern. Weithin verfügbare Sorten von Benzin und leichten Ethanolmischungen mit diesem sind bevorzugte Kraftstoffe; es können jedoch auch alternative flüssige und gasförmige Kraftstoffe, wie beispielsweise höhere Ethanolmischungen (z.B. E80, E85), reines Ethanol (E99), reines Methanol (M100), Erdgas, Wasserstoff, Biogas, verschiedene Reformate, Synthesegase und andere, gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden.
  • Wie zuvor erwähnt wurde, stellt 2 stellt einen beispielhaften, auf die Drehzahl/Last bezogenen Betriebsmodus graphisch dar. Die Drehzahl und die Last sind von Motorbetriebsparametern, wie beispielsweise von dem Kurbelsensor oder von der Motor-Kraftstoffströmung oder von dem Krümmerdruck, gemäß der vorliegenden Offenbarung ableitbar. Die Motor-Verbrennungsmodi umfassen einen strahlgeführten Modus mit Funkenzündung (SI-SG-Modus), einen Selbstzündungsmodus mit einzelner Einspritzung (HCCI-SI-Modus) und Selbstzündungsmodus mit doppelter Einspritzung (HCCI-DI-Modus) sowie einen homogenen Funkenzündungsmodus (SI-H-Modus). Ein bevorzugter Drehzahl- und Last-Betriebsbereich für jeden der Betriebsmodi basiert auf Motorbetriebsparametern, welche die Verbrennungsstabilität, den Kraftstoffverbrauch, die Emissionen, die Motordrehmomentabgabe und andere umfassen. Grenzen, welche die bevorzugten Drehzahl- und Last-Betriebsbereiche definieren, um die Verbrennungsmodi abzugrenzen, werden typischerweise während der Motorkalibrierung und der Entwicklung in der Vorproduktion ermittelt, und sie werden in dem Motorsteuermodul ausgeführt. Der Betrieb in den HCCI-Verbrennungsmodi mit einzelner Einspritzung ist beispielsweise, wie oben beschrieben wurde, unterhalb bestimmter Motordrehzahlen und -lasten nicht wünschenswert, da nicht genügend Wärme in der Verbrennungskammer vorhanden ist, um die Selbstzündung zuverlässig zu erzeugen. Auf ähnliche Weise ist der Betrieb in den HCCI-Modi oberhalb bestimmter Motordrehzahlen und -lasten nicht möglich, da übermäßige Wärme in der Verbrennungskammer vorhanden ist, was zu Verbrennungsproblemen wie beispielsweise Klingeln führt. Es ist bekannt, dass der Betrieb bei niedrigen Motordrehzahlen und -lasten entweder durch HCCI-Verbrennungsmodi mit doppelter Einspritzung, welche die Vorteile der Rekompression und Reformierung nutzen, wie oben beschrieben wurde, um die Selbstzündung zu erweitern, oder durch strahlgeführte Verbrennungsmodi mit Funkenzündung (SI-SG-Verbrennungsmodi) aufgenommen wird, die einen Zündfunken verwenden, um eine Ladungskonzentration in der Verbrennungskammer zu zünden, obgleich man sich im Vergleich zu dem Betrieb in den HCCI-Modi Ineffizienzen einhandelt. Ein Fachmann versteht, dass ein solcher strahlgeführter Modus mit Funkenzündung eine geschichtete Kraftstoffladung umfasst. Daher kann ein Motor betrieben werden, um die Vorteile bekannter vorteilhafter Verbrennungsmodi des Motors über einen Bereich von Motordrehzahlen und -lasten zu nutzen.
  • 3A und 3B zeigen Flussdiagramme, die ein Verfahren zum Steuern eines Wechsels zwischen dem SI-SG-Verbrennungsmodus (SG-Verbrennungsmodus) und dem HCCI-Verbrennungsmodus gemäß der vorliegenden Offenbarung beispielhaft darstellen. Wenn in dem SI-SG-Verbrennungsmodus gearbeitet wird, wird aus Gründen, welche die geringere Notwendigkeit für Reformate in der Verbrennungskammer umfassen, weniger NVO befohlen als dann, wenn in dem HCCI-Verbrennungsmodus gearbeitet wird. Bei dem Wechseln zwischen dem HCCI- und dem SI-SG-Verbrennungsmodus gibt es eine Zeitverzögerung, eine endliche Zeitdauer, während derer sich die VCP-Einrichtungen zu den gewünschten Positionen bewegen.
  • Gemäß dem beispielhaften Verfahren, das in 3A dargestellt ist, wird ein Prozess 100 beschrieben, bei dem dann, wenn der Motor in dem SG-Verbrennungsmodus arbeitet (102) und das Steuermodul einen Wechsel in den HCCI-Verbrennungsmodus befiehlt (104), das Steuermodul den VCP-Einrichtungen befiehlt, zu der gewünschten NVO zu wechseln, bevor der Betrieb in dem HCCI-Verbrennungsmodus befohlen wird (106). Dies umfasst, dass die NVO überwacht wird und dass sie mit einem Schwellenwert verglichen wird, vorzugsweise mit der befohlenen Überlappung (108), bevor der Betrieb in dem HCCI-Modus befohlen wird (110). Dieser Betrieb wird ausgeführt, um die Verbrennungsstabilität während des Wechsels zu der HCCI aufrecht zu erhalten, da die Verbrennung in dem SI-SG-Modus über den Bereich der negativen Ventilüberlappung stabiler und robuster ist, in dem der HCCI-Betrieb befohlen werden kann.
  • Ferner wird gemäß diesem beispielhaften Verfahren, das in 3B dargestellt ist, ein Prozess 150 beschrieben, bei dem dann, wenn sich der Motor in dem HCCI-Verbrennungsmodus befindet (152) und das Steuermodul einen Wechsel in den SI-SG-Verbrennungsmodus befiehlt (154), das Steuermodul der VCP befiehlt, zu der gewünschten NVO zu wechseln, bevor ein Wechsel zu dem Betrieb in dem SI-SG-Verbrennungsmodus befohlen wird (156). Bei diesem Wechsel wird die gemessene NVO mit einer Schwellenwert-NVO verglichen (158). Die Schwellenwert-NVO umfasst eine NVO, bei der ein Betrieb entweder in dem HCCI-Verbrennungsmodus oder in dem SI-SG-Verbrennungsmodus für das Motorsystem ausführbar ist. Wenn die gemessene NVO kleiner als die Schwellenwert-NVO ist, wird der Motorbetrieb von dem HCCI-Verbrennungsmodus in den SI-SG-Verbrennungsmodus befohlen (160). Unter Verwendung dieser Strategie wird die Verbrennung während der Wechsel fortgesetzt, und die Wechsel werden für einen Fahrzeugbetreiber transparent.
  • Wie oben beschrieben wurde, werden der SI-SG- und der HCCI-DI-Verbrennungsmodus verwendet, um einen Motor bei Motordrehzahlen und -lasten zu betreiben, unterhalb derer eine typische HCCI-SI möglich wäre. Der Betrieb in einem bekannten SI-SG-Verbrennungsmodus schließt jedoch viele der Vorteile aus, die in den mageren HCCI-Verbrennungsmodi mit Selbstzündung auftreten. Zusätzlich hat ein Testen die Vorteile und Nachteile des Betriebs in einigen bekannten HCCI-Verbrennungsmodi unter bestimmten Motorbedingungen gezeigt. Die Ergebnisse des beispielhaften Testens und das Ausbalancieren zwischen den Vorteilen und Nachteilen werden hierin detailliert dargestellt.
  • Wie 4 darstellt, ist ein Motorzyklus in einem Viertakt-Verbrennungsmotor aus vier Phasen zusammengesetzt: (1) Ausdehnung; (2) Auslass; (3) Einlass; und (4) Kompression. Während der NVO beginnt die Rekompressionsphase, wenn das Auslassventil geschlossen ist, bis sich der Kolben an dem TDC befindet. Nachdem sich der Kolben von dem TDC zurückzieht, ist die Rekompression beendet, und die Verbrennungskammer beginnt sich auszudehnen.
  • 4 ist auch eine graphische Darstellung von Ventil- und Kraftstoffzufuhrstrategien für verschiedene Motorlasten. Die Datengraphik, die zwei Spitzen zeigt, stellt den Ventilhub zuerst für das Auslassventil und anschließend für das Einlassventil dar. Die horizontalen schattierten Balken stellen beispielhafte Einspritzungsstrategien für vier verschiedene Verbrennungsstrategien dar, die bezeichnet sind. Die bekannte HCCI-Verbrennung tritt, wie oben erwähnt wurde, ohne einen Zündfunken durch die Kompression des Kraftstoff-Luftgemischs bis zu einem Punkt der Selbstzündung auf. 4 demonstriert jedoch, wie es in der mit „Leerlauf & Niedrige Temperatur, Mager“ bezeichneten Strategie gezeigt ist, eine zusätzliche „funkenunterstützte“ Strategie, bei der eine Zündkerze, eine Glühkerze oder eine andere Zündungsquelle verwendet wird, um die Verbrennung in den Fällen zu unterstützen, in denen die Zylinderbedingungen zu kalt sind, um eine stabile Selbstzündung zu unterstützen (z.B. bei einem Betrieb mit niedriger Last).
  • Die vorliegende Offenbarung legt eine Kombination von Strategien mit mehreren Einspritzungen und mehreren Zündfunken dar, die mit einem Überwachen und einem Steuern der Verbrennungsleistung gekoppelt sind, um die Betriebsgrenze der gesteuerten Selbstzündungsverbrennung bei niedriger Last weiter auszudehnen. Bei einer hohen Teillast ist nur eine Einspritzung für eine robuste Selbstzündung notwendig. Für dazwischenliegende Teillasten, bei denen die Gastemperatur und der Gasdruck hoch sind, wird eine geteilte Einspritzung mit großer NVO verwendet, bei der ein Teil der gesamten erforderlichen Kraftstoffmasse pro Zyklus während der Rekompressionsphase eingespritzt wird. Der eingespritzte Kraftstoff durchläuft eine Teiloxidation oder eine Reformierungsreaktion, um zusätzliche Wärme für eine verbesserte Selbstzündung zu erzeugen.
  • Für niedrigere Lasten, und somit für niedrigere Zylindertemperaturen, kann eine Reformierung eines Teils des Kraftstoffs während der Rekompression nicht ausreichend sein, um die Selbstzündung auszulösen. In diesem Betriebsbereich (z.B. in der Nähe des Leerlaufbetriebs) wird der Hauptteil der Kraftstoffmasse spät in dem Kompressionstakt anstatt während des Einlasstakts eingespritzt. Dieser geschichtete Teil des Kraftstoffs wird durch eine Zündkerze gezündet und komprimiert das übrige Kraftstoff-Luftgemisch weiter, um die Selbstzündung zu erreichen.
  • Bei einer Strategie mit zwei Einspritzungen pro Motorzyklus und pro Zylinder gibt es einen Kompromiss zwischen der Verbrennungsstabilität und den NOx-Emissionen. Es existiert eine starke Korrelation zwischen der während der Reformierung verbrannten Kraftstoffmasse und dem COV des IMEP sowie den NOx-Emissionen. 5 stellt eine beispielhafte Korrelation zwischen der während der Reformierung verbrannten Kraftstoffmasse und dem resultierenden COV des IMEP gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch dar. Bei dem Testen, das zum Erzeugen der Daten von 5 verwendet wird, wird die reformierte Kraftstoffmasse mit der flammeninduzierten Kompression während der Hauptverbrennung ausbalanciert, um die Selbstzündung der verbleibenden Kraftstoffladung auszulösen. Niedrigere Werte der reformierten Kraftstoffmasse beschreiben Verbrennungszyklen, in denen die flammeninduzierte Kompression aggressiv verwendet wird, um die Verbrennung zu erleichtern, wohingegen höhere Werte der reformierten Kraftstoffmasse Verbrennungszyklen beschreiben, in denen eine kleine oder keine flammeninduzierte Kompression erforderlich ist, um die Verbrennung zu erleichtern. Der COV des IMEP ist ein Maß der Veränderlichkeit oder der Instabilität der Verbrennung; ein erhöhter COV des IMEP beschreibt eine verringerte Verbrennungsstabilität. Wie es anhand der Daten offensichtlich ist, entsprechen höhere Werte der reformierten Kraftstoffmasse einer verringerten Verbrennungsstabilität.
  • 6 stellt eine beispielhafte Korrelation zwischen der während der Reformierung verbrannten Kraftstoffmasse und den resultierenden NOx-Emissionen aus dem Motor gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch dar. Es ist bekannt, dass die NOx-Emissionen zunehmen, wenn lokale Gebiete mit hoher Temperatur in der Verbrennungskammer zunehmen. Eine erhöhte Kraftstoffreformierung, welche die in der Verbrennungskammer vorhandene Energie erhöht, ermöglicht, dass die HCC-Verbrennung mit einer kleinen oder keiner flammeninduzierten Kompression stattfindet. Die HCCI-Verbrennung ohne Funkenunterstützung, wie sie oben beschrieben wurde, ist eine flammenlose Verbrennung bei der die Luft-Kraftstoffladung im Wesentlichen gleichzeitig über die gesamte Verbrennungskammer selbstzündet. Die funkenunterstützte HCCI-Verbrennung umfasst hingegen eine funkeninduzierte Flamme, die eine Flamme und eine Druckwelle zum Erzeugen lokaler Gebiete mit höherer Temperatur in der Verbrennungskammer verursacht. Infolge dessen, und wie es anhand der Daten von 6 offensichtlich ist, führt eine erhöhte reformierte Kraftstoffmasse zu geringeren NOx-Emissionen. Wie durch einen Vergleich von 5 und 6 ermittelt werden kann, sind die NOx-Emissionen und die Verbrennungsstabilität Bedingungen, die bei einer Steuerstrategie ausbalanciert werden müssen, die bei niedriger Last zwischen einem HCCI- und einem funkenunterstützten HCCI-Betrieb auswählt.
  • Mehr Reformierung führt zu einer geringeren Notwendigkeit der flammeninduzierten Kompression während der Hauptverbrennung, um die Selbstzündung der verbleibenden Kraftstoffladung auszulösen. 7 stellt eine beispielhafte Beziehung des durch die Flamme verbrannten Massenanteils über der reformierten Kraftstoffmasse gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch dar. Der durch die Flamme verbrannte Massenanteil („Flammen-MFB‟) beschreibt einen Prozentanteil der Ladung, der bei einem festen Referenzwinkel für verschiedene Verbrennungszyklen verbrannt wurde. Wie oben beschrieben wurde, verwendete das hierin beschrieben Testen bei niedriger Last die Kraftstoffreformierung und die flammeninduzierte Kompression als alternative oder komplementäre Verfahren, um die Verbrennung aufrecht zu erhalten. In den Daten von 7 beschreiben niedrigere Werte der reformierten Kraftstoffmasse Verbrennungszyklen, in denen die flammeninduzierte Kompression aggressiv verwendet wird, um die Verbrennung zu erleichtern. Die flammeninduzierte Kompression umfasst eine funkenunterstützte Verbrennung, die früh in dem Verbrennungsprozess ausgelöst wird, um die Verbrennung zu erleichtern. Wie anhand der Testdaten offensichtlich ist, ist der Flammen-MFB erhöht, der einer geringeren reformierten Kraftstoffmasse entspricht.
  • Unter Verwendung des Flammen-MFB als ein Maß für die Verwendung der Kraftstoffreformierung und der flammeninduzierten Kompression kann eine Beziehung des Flammen-MFB zu den NOx-Emissionen und der Verbrennungsstabilität ermittelt werden. 8 stellt eine beispielhafte Beziehung der NOx-Emissionen aus dem Motor über dem Flammen-MFB gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch dar. 9 stellt eine beispielhafte Beziehung des COV des IMEP über dem Flammen-MFB gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch dar. Wenn mehr Kraftstoff in dem Flammenausbreitungsmodus verbrannt wird, bevor die Selbstzündung auftritt, ist der COV des IMEP wie gewünscht verringert; die NOx-Emissionen nehmen jedoch auf unerwünschte Weise zu.
  • Um von den Vorteilen der Kraftstoffreformierung und der flammeninduzierten Kompression zu profitieren und bessere Bedingungen in dem Zylinder für die Selbstzündung zu erreichen, ohne unter deren Nachteilen (z.B. einer verringerten Verbrennungsstabilität und erhöhten NOx-Emissionen) zu leiden, wird die gesamte Kraftstoffmenge vorzugsweise in mehrere Einspritzungen aufgeteilt, so dass die Kraftstoffquantität, die während der Wiederverdichtung eingespritzt wird, und die Kraftstoffquantität, die spät während der Kompression eingespritzt wird, auf das Minimum verringert werden, das zum Erreichen der gewünschten Abgabe erforderlich ist. Gemäß dieser Methodik werden zumindest drei Einspritzungsereignisse verwendet, die umfassen, dass eine erste Einspritzung während der Rekompression verwendet werden kann, um einen gewünschten Betrag der Reformierung zu erreichen, und dass eine dritte und letzte Einspritzung spät in der Kompressionsphase verwendet werden kann, um einen gewünschten Betrag der flammeninduzierten Kompression zu erreichen. Der ersten und der letzten Einspritzung folgt vorzugsweise eine Zündfunkenentladung. Der Rest des Kraftstoffs, der zum Erreichen der gewünschten Motorarbeitsabgabe erforderlich ist, kann in einem oder mehreren Einspritzungspulsen während des Einlasstakts oder früh in dem Kompressionstakt eingeleitet werden. Bei einem beispielhaften Verfahren, das die erste Einspritzung, die letzte Einspritzung und die zusätzliche Einspritzung oder die zusätzlichen Einspritzungen verwendet, die während des Einlasstakts oder früh in dem Kompressionstakt zum Einspritzen des gesamten Kraftstoffs verwendet werden, der während des Verbrennungszyklus eingespritzt werden soll, können die Einspritzung oder die Einspritzungen, die während des Einlasstakts oder früh in dem Kompressionstakt verwendet werden, gemeinsam als ein zweites Einspritzungsereignis beschrieben werden.
  • 10 stellt eine beispielhafte Strategie mit mehreren Einspritzungen gemäß der vorliegenden Offenbarung dar, bei der eine erste Einspritzung, eine letzte Einspritzung und ein zweites Einspritzungsereignis verwendet werden, um den HCCI-Betrieb bei niedriger Last und im Leerlauf zu erleichtern.
  • Die Einspritzungsstrategien gemäß 10 unterscheiden sich von den Mehrfacheinspritzungsstrategien für SIDI-Motoren mit geschichteter Verbrennung, bei denen der gesamte Kraftstoff spät in den Kompressionstakt eingespritzt und durch eine einzelne Funkenentladung gezündet wird. Bei HCCI-Motoren mit geringeren Beschränkungen bezüglich der Motoremissionen und der Verbrennungsstabilität oder für Anwendungen mit durch Controller verarbeiteten Begrenzungen kann die Gesamtmenge des eingespritzten Kraftstoffs in drei oder mehr gleichen Einspritzungsquantitäten oder drei oder mehr gleichen Einspritzungspulsweiten eingeleitet werden, während weiterhin von der erhöhten Verbrennungsstabilität und den verringerten NOx-Emissionen profitiert wird.
  • Bei Leerlauf- oder Niedriglastbedingungen ist eine feste Kalibrierung für jeden Betriebszustand nicht nur zeitaufwendig, sondern auch für einen HCCI-Verbrennungsprozess aufgrund des Einflusses von nicht aktiv gesteuerten Bedingungen auf den Selbstzündungsprozess (z.B. durch den Kraftstoffverbrauch, die thermische Historie oder Verbrennungskammerablagerungen usw.) nicht robust.
  • Unter Verwendung des beschriebenen Mehrfacheinspritzungsschemas wird eine beispielhafte Steuerstrategie für den Drehzahl/Lastbereich vom Leerlauf bis zur Straßenlast offenbart. 11 stellt ein beispielhaftes Dreifacheinspritzungsschema zum Auswählen von Motorbetriebsparametern gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Es wird ein Steuerprozess 200 beschrieben. Eingaben bezogen auf die Motordrehzahl und die gewünschte Motorlast werden überwacht, und drei Einspritzungsereignisse, welche die Stabilität und die NOx-Emissionen ausbalancieren und die erforderliche Ausgangsarbeit liefern, werden gemäß den hierin beschriebenen Verfahren ausgewählt (202). Pulsweiten für die Kraftstoffeinspritzung werden basierend auf der gewünschten Motorausgangsarbeit ermittelt. Anschließend wird die NVO für das gewünschte Luft-Kraftstoffverhältnis eingestellt (204). Ein Einspritzungszeitpunkt für ein Flammenausbreitungs-SI-SG-Ereignis (EOI_3) wird basierend auf der erforderlichen Verbrennungsstabilität ausgewählt (206). Ein Zündfunkenzeitpunkt für das SI-SG-Flammenausbreitungsereignis wird basierend auf dem Einspritzungszeitpunkt von Schritt 206 und basierend auf dem gewünschten verbrannten Kraftstoffmassenanteil ausgewählt, wie es hierin offenbart ist. Zusätzlich wird bei Schritt 208 ein Einspritzungszeitpunkt für ein Kraftstoffreformierungsereignis (EOI_1) basierend auf den vorausgesagten NOx-Emissionen, der vorausgesagten Stabilität, dem vorausgesagten Kraftstoffverbrauch und der Auswahl der Einspritzung und des Zündfunkens von Schritt 206 ausgewählt. Ein Zündfunken kann zusätzlich bei Schritt 208 verwendet werden, um die Auslösung des Reformierungsprozesses zu unterstützen. Schließlich wird ein Einspritzungszeitpunkt für das Hauptverbrennungsereignis (EOI_2) basierend auf dem ausgewählten Einspritzungszeitpunkt und dem ausgewählten Zündfunkenzeitpunkt von den Schritten 206 und 208 und basierend auf der erforderlichen Arbeitsabgabe und der resultierenden Ausgangseffizienz ausgewählt (210). Auf diese Weise können mehrere Einspritzungs- und Zündfunkenzeitpunkte ausgewählt und ausbalanciert werden, um einen Verbrennungszyklus gemäß den hierin beschriebenen Parametern zu steuern.
  • Wie in Verbindung mit 11 beschrieben ist, werden Zündfunkenzeitpunkte zur Verwendung in dem Verbrennungszyklus ausgewählt. Die Auswahl der Einspritzungszeitpunkte und der darauf bezogenen Zündfunkenzeitpunkte ist für den Betrieb des Verbrennungszyklus wichtig. 12 stellt graphisch beispielhafte Daten gemäß der vorliegenden Offenbarung dar, welche die Separation zwischen dem Einspritzungszeitpunkt und dem zugeordneten Zündfunkenzeitpunkt für ein Flammenausbreitungs-SI-SG-Ereignis und die daraus resultierenden Verbrennungsstabilität beschreiben. Die Verbrennungsstabilität in den beispielhaften Daten wird gemäß der Standardabweichung des IMEP beschrieben, wobei höhere Werte eine geringere Verbrennungsstabilität beschreiben. Vier Datensätze sind dargestellt, welche die Kurbelwinkelgrade der Separation zwischen dem Ende des Einspritzungsereignisses und dem Zeitpunkt des zugeordneten Zündfunkens beschreiben. In Abhängigkeit von dem gemäß den hierin beschriebenen Verfahren ausgewählten Einspritzungszeitpunkt kann ein unterschiedlicher Zündfunkenzeitpunkt bezogen auf den ausgewählten Einspritzungszeitpunkt basierend auf einer Nachschlagetabelle oder einem ähnlichen Verfahren ausgewählt werden, welche die Auswirkungen des Zündfunkenzeitpunkts auf die Verbrennungsstabilität beschreiben. Es ist einzusehen, dass die Daten von 12 beispielhafte Daten für eine spezielle Motorausbildung sind und dass ähnliche Daten durch ein beliebiges Verfahren, das zum Abschätzen des Betriebs des Verbrennungszyklus ausreichend ist, für eine andere Motorausbildung erzeugt, vorausgesagt oder modelliert werden können.
  • 13 stellt beispielhafte Daten gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch dar, die eine Beziehung zwischen der in der Rekompressionsdauer eines Verbrennungszyklus reformierten Kraftstoffmasse und dem Zeitpunkt der zugeordneten Kraftstoffeinspritzung beschreiben. Diese Beziehung ermöglicht, dass der Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt der ersten Einspritzung verwendet wird, um den gewünschten Betrag der Kraftstoffreformierung zu steuern. Alternativ kann die Kraftstoffmasse überwacht werden, die während der Rekompression reformiert wird. 14 stellt eine beispielhafte Beziehung zwischen gemessenen Drücken in einem Zylinder und der während der Rekompression reformierten Kraftstoffmasse gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch dar. Ein beliebiges derartiges beispielhaftes Verfahren zum Überwachen und Abschätzen der Auswirkungen der Reformierung kann für die Einstellung oder die Rückkopplungssteuerung der reformierten Kraftstoffmasse verwendet werden.
  • Sobald die Einspritzungen festgelegt sind, die der Reformierung und der Flammenausbreitung zugeordnet sind, müssen anschließend eine Einspritzung oder Einspritzungen zum Liefern der erforderlichen Arbeitsabgabe ausgewählt werden, die durch das Hauptverbrennungsereignis geliefert werden muss. Die Kraftstoffeffizienz und die Verbrennungsphasenlage sind wichtige Kriterien, um das Hauptverbrennungsereignis zu steuern. 15 stellt eine beispielhafte Korrelation zwischen dem Einspritzungszeitpunkt und der Effizienz sowie dem Zeitpunkt des Hauptverbrennungsereignisses gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch dar. Solche Kalibrierungskurven, die eine Auswirkung des Einspritzungszeitpunkts auf die Verbrennungseigenschaften ermitteln, sind in der Technik wohlbekannt, und sie werden für unterschiedliche spezielle Motorausbildungen verschieden sein.
  • Wie oben beschrieben wurde, ermöglichen die Verbrennungsmodi mit Mehrfacheinspritzung und Mehrfachzündung den gewünschten Motorbetrieb über Betriebsbereiche, die für die herkömmliche HCCI-SI nicht förderlich sind, und sie vermeiden die Nachteile der bekannten zwei Einspritzungen pro Motorzyklus pro Zylinderstrategie. Indem Mehrfacheinspritzungen und Mehrfachzündungen in Verbindung mit dem SI-SG- und dem HCCI-Verbrennungsmodus verwendet werden und indem spezielle Strategien in diesen Modi ausgewählt werden, können verschiedene Vorteile und Nachteile, von denen bekannt ist, dass sie bei speziellen Parametern existieren, zum Steuern der Verbrennung reguliert werden. Darüber hinaus können diskrete Modi definiert werden, um die rechnerbezogenen Lasten und die Lasten durch die Überwachung zu verringern, die durch das kontinuierliche Einstellen der Motorparameter in den Verbrennungsmodi auferlegt werden würden. Daher wird ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmodus mit Mehrfacheinspritzung und Mehrfachzündung offenbart, der zumindest drei Einspritzungsereignisse umfasst, wobei drei verschiedene Modi innerhalb des Verbrennungsmodus mit Mehrfacheinspritzung und Mehrfachzündung identifiziert und basierend auf der Motordrehzahl und -last ausgewählt werden.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Offenbarung, und um eine gewisse Komplexität in einem solchen Steuerschema zu beseitigen, wird eine Strategie zur Mehrfacheinspritzung und Mehrfachzündung mit gleicher Pulsweite verwendet.
  • In einem ersten Verbrennungsmodus mit Mehrfacheinspritzung und Mehrfachzündung wird bei einer niedrigen Drehzahl und einer niedrigen Last, die den Leerlauf umfassen, bei dem die Motorzyklen kalt werden, ein Verbrennungsmodus mit drei Einspritzungsereignissen und Mehrfachzündung verwendet, wie er oben bezogen auf 10 beschrieben ist, der eine Kombination des Verbrennungsmodus mit Selbstzündung und des strahlgeführten Verbrennungsmodus mit Funkenzündung ist. Der Einspritzungs- und der Zündungszeitpunkt in der Rekompression werden für den gewünschten Betrag der Kraftstoffreformierung eingestellt. Der Zeitpunkt der Einspritzung und der Zündung in der Hauptkompression (spät in der Kompressionsphase) werden eingestellt, um die gewünschte Verbrennungsstabilität durch die robuste strahlgeführte Verbrennung zu erreichen. Der Rest des Kraftstoffs, der zum Erreichen einer gewünschten Motorarbeitsabgabe benötigt wird, kann während des Einlasstakts zum Bewirken einer im Wesentlichen homogenen Kraftstoffladung eingeleitet werden, um die beste Kraftstoffeffizienz zu erreichen und die gewünschte Verbrennungsphasenlage zu erzielen.
  • In einem zweiten Verbrennungsmodus mit Mehrfacheinspritzung und Mehrfachzündung nimmt die Bildung von NOx und Ruß dann, wenn die Motordrehzahl und -last zunehmen, aufgrund der nachteiligen Auswirkungen der strahlgeführten Verbrennung zu. In einem Bereich mittlerer Drehzahl und Last kann eine Strategie mit weiter Separation der Dreifacheinspritzung implementiert werden. Der Einspritzungszeitpunkt und der Zündungszeitpunkt während der Rekompression werden eingestellt, um einen gewünschten Betrag der Reformierung zu erreichen. Die Temperatur bei dem Schließen des Einlassventils kann durch die Reformierung erhöht werden, was die Robustheit der HCCI-Verbrennung verbessert. Der Zeitpunkt der Einspritzung und der Zündung während der Hauptkompression (spät in der Kompressionsphase) wird eingestellt, um die strahlgeführte Verbrennung soweit wie möglich zu verringern, während eine minimale Verbrennungsstabilität aufrecht erhalten wird. Die minimale Verbrennungsstabilität kann durch ein beliebiges Verfahren ermittelt werden, das ausreicht, um den Motorbetrieb und die Auswirkungen der Verbrennungsstabilität auf die Fahrzeugleistung zu schätzen. Werte für die minimale Verbrennungsstabilität können durch eine Gleichung ermittelt oder durch eine beispielhafte Nachschlagetabelle referenziert werden, und die Werte können in Abhängigkeit von dem Motorzustand und der Betriebshistorie variieren. Der Rest des Kraftstoffs, der zum Erreichen einer gewünschten Motorarbeitsabgabe benötigt wird, kann während des Einlasstakts zum Bewirken einer im Wesentlichen homogenen Kraftstoffladung eingeleitet werden, um den Beginn der HCCI-Verbrennung zu fördern.
  • In einem dritten Verbrennungsmodus mit Mehrfacheinspritzung und Mehrfachzündung kann sogar ein kleiner Anteil der strahlgeführten Verbrennung dann, wenn die Motordrehzahl und -last weiter zunehmen, signifikante NOx-Emissionen erzeugen. Darüber hinaus kann zuviel Reformierung die Verbrennungsstabilität und die Motoreffizienz verletzen. Bei hoher Drehzahl und hoher Last wird eine Strategie mit enger Separation der Dreifacheinspritzung verwendet. Alle drei Einspritzungs- und Zündungszeitpunkte werden unter Berücksichtigung der Effizienz und der Verbrennungsphasenlage ausgewählt. Die Separation wird vorzugsweise basierend auf NOx-Emissionen, der Verbrennungsstabilität und Rußemissionen ermittelt.
  • 16 und 17 stellen die beispielhafte Anwendung der hierin beschriebenen drei Verbrennungsmodi mit Mehrfacheinspritzung und Mehrfachzündung sowie beispielhafte Testergebnisse gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch dar, die zum detaillierten Darstellen der Auswirkungen auf die NOx-Emissionen und die Verbrennungsstabilität erzeugt wurden. Die Grenzen, welche die Gebiete abgrenzen, in denen die drei Modi betrieben werden, sind nur beispielhaft. Der beispielhafte Modus 1 umfasst einen Betrieb mit Reformierung und SI-SG, wie oben beschrieben wurde. Der beispielhafte Modus 2 umfasst einen Betrieb, der durch die Reformierung unterstützt wird, wie oben beschrieben wurde. Der beispielhafte Modus 3 umfasst einen Betrieb ohne Reformierung und mit Einspritzungs- und Zündfunkenzeitpunkten, die gemäß bekannten Verfahren der Motorsteuerung ausgewählt werden. Es ist einzusehen, dass der Betrieb der verschiedenen Modi, wenn diese bezüglich der Auswirkungen auf die Emissionen, die Verbrennungsstabilität und die Effizienz verglichen werden, von der Priorität jeder diese Eigenschaften abhängt. Bei demselben Fahrzeug können verschiedene Verfahren, die beispielsweise auf verschiedene Nachschlagetabellen zugreifen, die den Betrieb des Modus definieren, für die verschiedenen Betriebsbereiche oder auswählbaren Prioritäten verwendet werden. Gemäß einem beispielhaften Verfahren können die Motordrehzahl und die Motorlast überwacht werden, und ein bevorzugter Verbrennungsmodus kann basierend auf einem Vergleich mit einer Nachschlagetabelle ausgewählt werden, die mittels der Daten von 16 modelliert wird. Diese Gebiete können für einen speziellen Motor experimentell, empirisch, voraussagend, durch Modulierung oder durch andere Techniken entwickelt werden, die geeignet sind, um den Motorbetrieb exakt widerzuspiegeln, und es könnten eine Vielzahl von Gebietsdefinitionen durch denselben Motor für jeden Zylinder und für verschiedene Motoreinstellungen, Motorbedingungen oder Motorbetriebsbereiche verwendet werden. Spezieller stellt 16 Testdatenlinien konstanter NOx-Emissionen für einen Bereich von Motordrehzahlen und -lasten dar, wobei Gebiete für einen ersten, zweiten und dritten Verbrennungsmodus mit Mehrfacheinspritzung und Mehrfachzündung definiert werden, wie oben beschrieben wurde. Spezieller stellt 17 Testdaten als Linien konstanter Verbrennungsstabilität dar, wie sie durch die Standartabweichung des IMEP für einen Bereich von Motordrehzahl und -lasten gemessen wird, wobei Gebiete für einen ersten, zweiten und dritten Verbrennungsmodus mit Mehrfacheinspritzung und Mehrfachzündung, wie sie oben beschrieben wurden, basierend auf einer Analyse der Verbrennungsstabilitätsdaten definiert werden. Die Daten in 16 und 17 stellen eine Auswahl von Gebieten in einem Bereich des Motorbetriebs und die resultierenden Faktoren der Motorleistung dar, die analysiert und kalibriert werden können.
  • 16 und 17 beschreiben die Auswahl von Betriebsmodi gemäß den Emissionen und der Verbrennungsstabilität. 24 und 25 stellen die Auswahl eines Betriebsmodus basierend auf der Kraftstoffeffizienz gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch dar. 25 zeigt die Auswahl eines Betriebsmodus gemäß der Motordrehzahl und -last. Beispielhafte erste Einspritzungszeitpunkte (in Grad vor TDC) sind in den Datenlinien gezeigt. Die gezeigten Gebiete stellen den durch das Testen kalibrierten Betrieb dar, wobei die Modi 1 bis 3 ausgewählt werden, um die Kraftstoffeffizienz optimal aufrecht zu erhalten. 24 zeigt den Betrieb von Verbrennungsparametern für einen Motor, der gemäß der Graphik von 25 mit einer beispielhaften Motordrehzahl von 2000 U/min betrieben wird. Wie in 24 beschrieben ist, ist der Betrieb in den drei Modi gezeigt, wobei Werte für die Einspritzungsereignisse, die durch den Zeitpunkt beschreibende numerische Werte (in Grad vor TDC) dargestellt sind, durch Liniengraphiken repräsentiert werden und die Zündzeitpunkte durch numerische Werte und Funkensymbole repräsentiert werden. Gestrichelte Linien sind gezeigt, um Trends in den Einspritzungswerten über die Modi darzustellen. Der Kraftstoffmassenverbrauch ist als eine Beschreibung der Motorlast zwischen den Modi gezeigt. Wie oben beschrieben wurde, können eine abgestimmte Einspritzung und Zündung spät in dem Verbrennungszyklus verwendet werden, um eine strahlgeführte Verbrennung mit Funkenzündung auszulösen. Die zwei Paare von Einspritzung und Zündung, die auf der rechten Seite der Figur eingekreist sind, stellen den SG-SI-Betrieb in Modus 1 dar. Wie auch oben beschrieben wurde, können eine abgestimmte Einspritzung und Zündung früh in dem Verbrennungszyklus verwendet werden, um eine Reformierung zu erzeugen. Die drei Paare von Einspritzung und Zündung, die auf der linken Seite der Figur eingekreist sind, stellen die Reformierung in den Modi 1 und 2 dar. Unter Verwendung einer Kurve, wie sie beispielsweise in 25 dargestellt ist, in einer Nachschlagetabelle kann ein Motor über die beispielhaften beschriebenen Modi in einem Bereich des Motorbetriebs gesteuert werden.
  • Wie oben und speziell bezogen auf 3 beschrieben wurde, gehören Motorleistungskompromisse zu dem Umschalten zwischen dem SI-SG- und dem HCCI-Modus. Die bezogen auf 3 beschriebene Methodik kann auf das oben beschriebene Verfahren angewendet werden, um zwischen den drei Betriebsmodi umzuschalten, um die nachteiligen Auswirkungen auf den Motorbetrieb und die Fahrbarkeit des Fahrzeugs zu verringern, die aus den Umschaltungen resultieren.
  • Wie oben beschrieben wurde liefert der HCCI-Betrieb Vorteile hinsichtlich der Kraftstoffeffizienz und niedriger NOx-Emissionen. Die HCCI-Verbrennung und die zugeordnete Selbstzündung weisen jedoch, wie oben beschrieben wurde, bei niedrigen Motorlasten und -drehzahlen Grenzen auf, wobei ein Fehlen an Energie oder Wärme in der Verbrennungskammer dazu führt, dass die komprimierte Luft-Kraftstoffladung einen Schwellenwertzustand für die Selbstzündung nicht erreicht. Die Flammenausbreitung durch den SI-SG-Modus liefert, wie oben beschrieben wurde, eine Druckwelle in der Verbrennungskammer, welche die verfügbare Energie in der Kammer erhöht und die Zündung der Ladung unterstützt. Die Verbrennungsstabilität der HCCI-Verbrennung bei leichter Last, insbesondere in Verbindung mit dem oben beschriebenen Hybridmodus, ist mit der Robustheit der SI-SG-Verbrennung eng verbunden. Es ist einzusehen, dass die spezielle Ausbildung des eingespritzten Kraftstoffstrahls, die Ausrichtung des Kraftstoffstrahls bezogen auf die zugeordnete Zündfunkenquelle und der Zeitpunkt des Zündfunkens bezogen auf den Strahl wichtig sind, um eine effektive Flammenfront zum Aufbauen der Selbstzündung zu erzeugen, die in dem SI-SG-Modus gewünscht ist. Diese Faktoren werden kombiniert, um ein Luft-Kraftstoffgemisch in der Nähe der Zündkerze zu liefern, vorzugsweise lokal in der Nähe des stöchiometrischen AFR, das für das Erzeugen einer optimierten Druckfront in der Kammer förderlich ist. Ein Testen hat gezeigt, dass zusätzlich zu diesen Faktoren der Kraftstoffdruck, der zum Einspritzen des Kraftstoffs in die Kammer implementiert wird, eine Auswirkung auf die Verbrennungsstabilität bei niedrigen Lasten aufweist. Durch die Verwendung der Flammenausbreitung kann die Stabilität des Betriebs bei niedriger Last in einem HCCI-Modus verbessert werden. Ein solcher Betrieb kann als ein durch Flammenausbreitung unterstützter HCCI-Modus bezeichnet werden.
  • 18 stellt beispielhafte Drücke in einem Zylinder gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch dar, die über aufeinander folgende Verbrennungszyklen bei niedriger Motorlast und niedriger Motordrehzahl unter Verwendung verschiedener Einspritzungsdrücke gemessen wurden. Die Graphik zeigt die Ergebnisse von IMEP-Änderungen über 300 Zyklen zwischen einem hohen Einspritzungsdruck und einem niedrigen Einspritzungsdruck, die bei 850 U/min und einem NMEP von 85 kPa erhalten wurden. Der verwendete hohe Druck umfasst einen Kraftstoffdruck, bei dem das Kraftstoffeinspritzungssystem wie während des normalen Motorbetriebs betrieben werden kann. Der verwendete niedrige Druck umfasst einen Kraftstoffdruck unterhalb eines Kraftstoffdrucks im Normalbetrieb, und ein solcher niedriger Druck wird typischerweise während des Normalbetriebs des Motors bei einigen beispielhaften Ausbildungen aufgrund des übermäßigen Rußes vermieden, der aus dem Verbrennungsprozess bei normalen Motordrehzahlen und -lasten resultiert. Wie anhand der Daten offensichtlich ist, zeigen die Drücke in dem Zylinder, die aus einer Verbrennung mit Kraftstoffeinspritzung bei niedrigem Druck resultieren, eine durchgängig geringere Varianz, wobei die IMEP-Werte mit einer geringeren Schwankung um einen stabilen Wert zentriert sind, als die Drücke, die aus einer Verbrennung mit einer Kraftstoffeinspritzung bei hohem Druck resultieren. Eine geringere Veränderlichkeit der Drücke in dem Zylinder entspricht einer höheren Verbrennungsstabilität.
  • Zusätzlich ist ein stabilerer PMEP bei niedrigem Einspritzungsdruck offensichtlich, der zu einer beständigeren reformierten Kraftstoffmasse führt. 19 stellt einen beispielhaften PMEP gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch dar, der über aufeinander folgende Verbrennungszyklen bei niedriger Motorlast und niedriger Motordrehzahl unter Verwendung von verschiedenen Einspritzungsdrücken gemessen wurde. Der PMEP, ein Maß für die Pumparbeit, die durch die Zylinder über den Verbrennungszyklus verrichtet wird, kann als ein Maß für die Dynamik verwendet werden, die über den Zyklus auf die Ladung wirkt. Beständigere Drücke und dynamische Kräfte auf die Ladung führen zu einer beständigeren Reformierung über den Verbrennungszyklus. Wie anhand der Daten offensichtlich ist, zeigt der PMEP, der aus einer Verbrennung mit einer Kraftstoffeinspritzung bei niedrigem Druck resultiert, eine gleichbleibend niedrigere Varianz, wobei die Werte mit einer geringeren Abweichung um einen stabilen Wert zentriert sind, als die Drücke, die aus einer Verbrennung mit einer Kraftstoffeinspritzung bei hohem Druck resultieren.
  • Ein anderer Vorteil des niedrigen Einspritzungsdrucks ist die weitere Ausdehnung der Grenze der HCCI-Verbrennung bei leichter Last. Die verbesserte Verbrennungsstabilität infolge der niedrigen Einspritzungsdrücke bei niedrigen Motordrehzahlen und -lasten zeigt sich weiterhin bei höheren Motordrehzahlen und niedrigen Motorlasten. 20 und 21 stellen beispielhafte Daten eines Motorbetriebs bei Drehzahlen in der Nähe des oberen Endes eines HCCI-Betriebsbereichs und bei niedriger Last gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch dar. Die beispielhaften Daten von 20 und 21 wurden während eines Testens bei 1000 U/min und einem NMEP von 35 kPa erfasst. 20 stellt beispielhafte Drücke in einem Zylinder graphisch dar, die über aufeinander folgende Verbrennungszyklen bei niedriger Motorlast unter Verwendung von verschiedenen Einspritzungsdrücken gemessen wurden. 21 stellt einen beispielhaften PMEP graphisch dar, der über aufeinander folgende Verbrennungszyklen bei niedriger Motorlast unter Verwendung verschiedener Einspritzungsdrücke gemessen wurde. Eine Überprüfung des IMEP und des PMEP von 20 und 21 zeigt eine geringere Veränderlichkeit in beiden Indikatoren, was sowohl eine verbesserte Verbrennungsstabilität als auch eine verbesserte Stabilität bei der Reformierung beschreibt, wie oben in Verbindung mit 18 und 19 beschrieben wurde.
  • Ein anderer Vorteil des niedrigen Einspritzungsdrucks ist ferner die Ausdehnung der Grenze der HCCI-Verbrennung bei leichter Last während kalter Motorzustände. 22 stellt beispielhafte Testergebnisse gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch dar, die einen Motor unter Kaltstartbedingungen beschreiben und die NOx-Emissionen und die Verbrennungsstabilität für variierende Kraftstoffeinspritzungsdrücke darstellen. Die Testbedingungen, die zum Erzeugen der beispielhaften Daten verwendet wurden, umfassten eine Motordrehzahl von 800 U/min, einen NMEP von 120 kPa und eine Kühlmitteltemperatur von 25 °C. Wie anhand der Daten offensichtlich ist, bleiben die NOx-Emissionen über den Bereich von Kraftstoffdrücken relativ unverändert, und die Standardabweichung des IMEP nimmt mit abnehmendem Kraftstoffeinspritzungsdruck ab, was eine verbesserte Verbrennungsstabilität bei niedrigerem Kraftstoffeinspritzungsdruck angibt. Auf diese Weise kann ein Modulieren des Kraftstoffeinspritzungsdrucks verwendet werden, um die Verbrennungsstabilität bei niedriger Last während Aufwärmbedingungen zu erhöhen.
  • Es ist bekannt, wie oben beschrieben wurde, dass ein niedriger Einspritzungsdruck die Rußemissionen erhöht. Bei zunehmender Motorlast wurden hohe Rußemissionen bei einem niedrigen Einspritzungsdruck erhalten. Eine Zunahme der Rußemissionen kann vermieden werden, indem die Verwendung der Strategie mit niedrigem Einspritzungsdruck nur auf ein begrenztes Gebiet beschränkt wird, wobei der magere Betrieb beispielsweise bei Motorleerlaufbedingungen und bei einem Betrieb mit leichter Last implementiert wird. Es wird ein Verfahren zum Modulieren des Kraftstoffeinspritzungsdrucks basierend auf der Motorlast und der Motordrehzahl offenbart, das die Verwendung von niedrigen Kraftstoffeinspritzungsdrücken bei niedrigen Motorlasten und geeigneten Motordrehzahlen ermöglicht und hohe Kraftstoffeinspritzungsdrücke in Betriebsbereichen verwendet, in denen Rußemissionen problematisch sind.
  • Die Motorlasten und -drehzahlen, bei denen niedrige Kraftstoffdrücke zum Verbessern der Verbrennungs- und Reformierungsstabilität verwendet werden können, können feste Gebiete sein, in denen der Betrieb mit niedrigem Druck basierend auf einem Testen, auf Voraussagen oder auf dem Modellieren des vorausgesagten Betriebs des Motors und der zugeordneten Rußemissionen entweder freigegeben oder gesperrt wird. Bei diesem binären Steuerverfahren wird ein gewünschter Kraftstoffdruck, der für die Einspritzung verwendet wird, entweder auf einen hohen oder einen niedrigen Druck moduliert, wobei der spezielle hohe und niedrige Druck gemäß dem Motorbetrieb und der Motorkalibrierung ausgewählt wird. Alternativ können die binären Druckeinstellungen oder die Betriebsbereiche, in denen die Druckeinstellungen betrieben werden, basierend auf einer Umgebungstemperatur, dem Kraftstofftyp oder beliebigen anderen ermittelbaren Faktoren moduliert werden, welche die Verbrennung und die resultierende Stabilität beeinflussen. Ferner kann von mehreren Kraftstoffdrücken ausgewählt werden, wobei jeder Kraftstoffdruck basierend auf dem Motorbetrieb und den Rußemissionen Drehzahl- und Last-Betriebsbereichen des Motors zugeordnet ist. Die mehreren Kraftstoffdrücke können einen hohen Druck, einen niedrigen Druck und einen dazwischenliegenden Druck oder mehrere dazwischenliegende Drücke umfassen. Ferner kann der gewünschte Kraftstoffdruck ein Bereich mit niedrigem Kraftstoffdruck sein, der in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und der Motorlast zwischen einem hohen und einem niedrigen Wert skaliert wird. 23 stellt eine beispielhafte Einspritzungsdruckstrategie gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch dar, bei welcher der Einspritzungsdruck über einen Bereich von Motordrehzahlen und Motorlasten moduliert wird. Die Motorlast ist als eine verbrannte Kraftstoffmasse pro Verbrennungszyklus dargestellt. Die Datenlinien in der Graphik stellen einen gewünschten Kraftstoffdruck dar, der für eine Motordrehzahl und eine Motorlast befohlen werden kann. Der Kraftstoffdruck wird bei einem niedrigen Druck in einem definierten Bereich mit niedriger Motordrehzahl und niedriger Motorlast betrieben. Wenn die Motordrehzahlen und -lasten zunehmen, nimmt auch der gewünschte Einspritzungsdruck zu, wodurch die Rußerzeugung bei höheren Lasten vermieden wird. Eine solche Kurve kann in einem Steuermodul durch eine Nachschlagetabelle, eine programmierte Logik oder in einem fahrzeugeigenen Modell verkörpert werden, das zum Voraussagen des Motorbetriebs ausreicht. Wie oben beschrieben wurde, sind die Kraftstoffdrücke und die speziellen Betriebsbereiche in Abhängigkeit von der speziellen Motorausbildung variabel. Die Werte und Bereiche können experimentell, empirisch, voraussagend, durch Modellierung oder durch andere Techniken entwickelt werden, die für eine genaue Voraussage des Motorbetriebs geeignet sind, und eine Vielzahl von Kalibrierungskurven könnte durch denselben Motor für jeden Zylinder und für verschiedene Motoreinstellungen, Motorzustände und Motorbetriebsbereiche verwendet werden.

Claims (14)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Viertakt-Verbrennungsmotors (10), der eine Verbrennungskammer (20) mit variablem Volumen, die durch einen in einem Zylinder zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt hin- und hergehenden Kolben (11) definiert ist, Einlass- und Auslassdurchgänge (17, 19), Einlass- und Auslassventile (21, 23), die während sich wiederholender, aufeinander folgender Auslass-, Einlass-, Kompressions- und Ausdehnungsphasen eines Verbrennungszyklus gesteuert werden, ein Kraftstoffsystem (12) mit Direkteinspritzung und ein Funkenzündungssystem (14) aufweist, umfassend, dass: ein Motorbetriebszustand überwacht wird, der eine Motordrehzahl und eine Motorlast umfasst; und der Motor (10) basierend auf der Motordrehzahl und der Motorlast selektiv in einem Verbrennungsmodus mit Mehrfacheinspritzung und Mehrfachzündung betrieben wird, der drei Einspritzungsereignisse umfasst, wobei das Betreiben umfasst, dass: ein erstes Einspritzungsereignis während einer Rekompressionsdauer des Verbrennungszyklus gesteuert wird; ein zweites Einspritzungsereignis gesteuert wird, das bewirkt, dass eine homogene Kraftstoffladung vor einer Hauptverbrennung hergestellt wird; ein drittes Einspritzungsereignis spät in der Kompressionsphase des Verbrennungszyklus basierend auf einer erforderlichen Verbrennungsstabilität gesteuert wird, ein erster Zündfunkenzeitpunkt für das erste Einspritzungsereignis kalibriert wird, um die Auslösung einer Kraftstoffreformierung zu unterstützen; und ein zweiter Zündfunkenzeitpunkt anhand des Zeitpunkts des dritten Einspritzungsereignisses derart ausgewählt wird, dass der zweite Zündfunkenzeitpunkt eine optimale Separation bezüglich des Zeitpunkts des dritten Einspritzungsereignisses aufweist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das dritte Einspritzungsereignis und das erste Einspritzungsereignis basierend auf vorausgesagten NOx-Emissionen und einer vorausgesagten Verbrennungsstabilität ausgewählt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste Einspritzungsereignis basierend auf einem gewünschten Betrag der Kraftstoffreformierung gesteuert wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Steuern des dritten Einspritzungsereignisses umfasst, dass eine flammeninduzierte Kompression der homogenen Kraftstoffladung während der Hauptverbrennung gesteuert wird, um eine Selbstzündung der homogenen Kraftstoffladung auszulösen.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Steuern des zweiten Einspritzungsereignisses umfasst, dass zumindest ein Einspritzungspuls basierend auf dem ersten Einspritzungsereignis, dem dritten Einspritzungsereignis und einer gewünschten Motorarbeitsabgabe gesteuert wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das selektive Betreiben des Motors (10) in dem Verbrennungsmodus mit Mehrfacheinspritzung und Mehrfachzündung basierend auf der Motordrehzahl und der Motorlast umfasst, dass der Motor (10) in dem Verbrennungsmodus mit Mehrfacheinspritzung und Mehrfachzündung betrieben wird, wenn die Motordrehzahl und die Motorlast Motorbedingungen angeben, die für ein Aufrechterhalten einer Selbstzündung in einem Modus mit homogener Kompressionszündung bei einzelner Einspritzung nicht ausreichend sind.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass: ein gewünschter Kraftstoffdruck basierend auf der Drehzahl des Motors (10) und der Last des Motors (10) ermittelt wird; und der gewünschte Kraftstoffdruck verwendet wird, um die Kraftstoffeinspritzung in den Motor (10) zu steuern; und wobei der gewünschte Kraftstoffdruck bei niedrigeren Kraftstoffdrücken basierend auf einer erhöhten Stabilität des Motors (10) und bei höheren Kraftstoffdrücken basierend auf geringeren Rußemissionen aus dem Motor (10) für die Drehzahl und die Last kalibriert wird.
  8. Verfahren zum Betreiben eines Viertakt-Verbrennungsmotors (10), der einen Hubkolben (11) in einem Zylinder, Einlass- und Auslassventile (21, 23), die während sich wiederholender, aufeinander folgender Auslass-, Einlass-, Kompressions- und Ausdehnungsphasen eines Verbrennungszyklus gesteuert werden, ein Kraftstoffsystem (12) mit Direkteinspritzung und ein Funkenzündungssystem (14) aufweist, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein Motorbetriebszustand überwacht wird, der eine Motordrehzahl und eine Motorlast umfasst; und der Motor (10) dann, wenn der Motorbetriebszustand Motorbedingungen angibt, die für ein Aufrechterhalten einer Selbstzündung in einem Modus mit homogener Kompressionszündung bei einzelner Einspritzung nicht ausreichend sind, in einem Verbrennungsmodus mit Mehrfacheinspritzung und Mehrfachzündung betrieben wird, der drei Einspritzungsereignisse umfasst, umfassend, dass: ein Anteil eines strahlgeführten Funkenzündungsbetriebs moduliert wird, wobei ein drittes Einspritzungsereignis spät in der Kompressionsphase des Verbrennungszyklus vorgesehen ist und einer zweiter Zündfunkenzeitpunkt derart für das dritte Einspritzungsereignis derart ausgewählt wird, dass der zweite Zündfunkenzeitpunkt eine optimale Separation bezüglich des Zeitpunkts des dritten Einspritzungsereignisses aufweist; ein Zeitpunkt eines ersten Einspritzungsereignisses und ein erster Zündfunkenzeitpunkt während einer Rekompressionsdauer des Verbrennungszyklus gemäß einem gewünschten Reformierungsbetrag moduliert werden, wobei der erste Zündfunkenzeitpunkt für das erste Einspritzungsereignis ausgewählt wird, um die Auslösung einer Kraftstoffreformierung zu unterstützen; und ein zweites Einspritzungsereignis moduliert wird, das bewirkt, dass eine homogene Kraftstoffladung vor einer Hauptverbrennung hergestellt wird und eine gewünschte Motorarbeitsabgabe erreicht wird, wobei das zweite Einspritzungsereignis den Beginn eines Kompressionszündungsereignisses bewirkt.
  9. System zum Betreiben eines Viertakt-Verbrennungsmotors (10), der eine Verbrennungskammer (20) mit variablem Volumen, die durch einen in einem Zylinder zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt hin- und hergehenden Kolben (11) definiert wird, Einlass- und Auslassdurchgänge (17, 19) sowie Einlass- und Auslassventile (21, 23), die während sich wiederholender, aufeinander folgender Auslass-, Einlass-, Kompressions- und Ausdehnungsphasen eines Verbrennungszyklus gesteuert werden, ein Kraftstoffsystem (12) mit Direkteinspritzung und ein Funkenzündungssystem (14) aufweist, wobei das System umfasst: die Einlass- und Auslassventile (21, 23); das Kraftstoffsystem (12) mit Direkteinspritzung; das Funkenzündungssystem (14); und ein Steuermodul (25) zum Betreiben des Motors (10) in einem Verbrennungsmodus mit Mehrfacheinspritzung und Mehrfachzündung, der drei Einspritzungsereignisse und zwei Zündfunkenzeitpunkte umfasst, wobei das Steuermodul (25) ausgebildet ist, um den Motor (10) derart zu betreiben, dass: ein erstes Einspritzungsereignis während einer Rekompressionsdauer des Verbrennungszyklus des Motors (10) gesteuert wird; ein zweites Einspritzungsereignis gesteuert wird, das bewirkt, dass eine homogene Kraftstoffladung vor einer Hauptverbrennung hergestellt wird; ein drittes Einspritzungsereignis spät in der Kompressionsphase des Verbrennungszyklus basierend auf der erforderlichen Verbrennungsstabilität gesteuert wird, ein erster Zündfunkenzeitpunkt für das erste Einspritzungsereignis kalibriert wird, um die Auslösung einer Kraftstoffreformierung zu unterstützen; und ein zweiter Zündfunkenzeitpunkt anhand des Zeitpunkts des dritten Einspritzungsereignisses derart ausgewählt wird, dass der zweite Zündfunkenzeitpunkt eine optimale Separation bezüglich des Zeitpunkts des dritten Einspritzungsereignisses aufweist.
  10. System nach Anspruch 9, wobei das Steuermodul (25) ferner eine Drehzahl des Motors überwacht, eine Last des Motors (10) überwacht und den Motor (10) steuert, um basierend auf der Drehzahl des Motors und der Last des Motors in einem von mehreren diskreten Verbrennungsmodi mit Mehrfacheinspritzung und Mehrfachzündung zu arbeiten.
  11. System nach Anspruch 10, wobei das den Motor (10) basierend auf der Drehzahl des Motors (10) und der Last des Motors (10) steuernde Steuermodul (25) umfasst, dass das Steuermodul (25) die Drehzahl des Motors (10) und die Last des Motors (10) mit Werten in einer Nachschlagetabelle vergleicht und einen bevorzugten Verbrennungsmodus basierend auf dem Vergleich mit der Nachschlagetabelle identifiziert.
  12. System nach Anspruch 10, wobei die mehreren diskreten Verbrennungsmodi mit Mehrfacheinspritzung und Mehrfachzündung umfassen: einen ersten Verbrennungsmodus, wobei Zeitpunkte eines Einspritzungsereignisses und einer Zündung während einer Rekompressionsdauer des Verbrennungszyklus für einen gewünschten Betrag einer Kraftstoffreformierung gesteuert werden und Zeitpunkte eines Einspritzungsereignisses und einer Zündung in der Kompressionsphase des Verbrennungszyklus gesteuert werden, um eine gewünschte Verbrennungsstabilität durch eine strahlgeführte Funkenzündung zu erreichen, wobei der erste Verbrennungsmodus ein bevorzugter Verbrennungsmodus ist, wenn die Drehzahl des Motors (10) und die Last des Motors (10) niedrig sind.
  13. System nach Anspruch 12, wobei die mehreren diskreten Verbrennungsmodi mit Mehrfacheinspritzung und Mehrfachzündung ferner umfassen: einen zweiten Verbrennungsmodus, wobei Zeitpunkte des Einspritzungsereignisses und der Zündung in der Hauptkompression gesteuert werden, um die strahlgeführte Funkenzündung basierend auf einer minimalen Verbrennungsstabilität zu begrenzen.
  14. System nach Anspruch 13, wobei die mehreren diskreten Verbrennungsmodi mit Mehrfacheinspritzung und Mehrfachzündung ferner umfassen: einen dritten Verbrennungsmodus, der basierend auf einer Verringerung einer NOx-Emission und einer Rußemission sowie einer Erhöhung der Verbrennungsstabilität eine Strategie mit einer engen Separation des dreifachen Einspritzungsereignisses umfasst, wobei der dritte Verbrennungsmodus der bevorzugte Verbrennungsmodus ist, wenn die Drehzahl des Motors (10) und die Last des Motors (10) hoch sind.
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Families Citing this family (85)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7742868B2 (en) * 2007-03-27 2010-06-22 Gm Global Technology Operations, Inc. Method and apparatus for controlling fuel reforming under low-load operating conditions using exhaust recompression in a homogeneous charge compression ignition engine
CN101903628B (zh) * 2007-12-18 2014-09-24 通用汽车环球科技运作公司 利用汽缸压力测量来加强轻载hcci燃烧控制的方法
US8347860B2 (en) * 2008-02-15 2013-01-08 GM Global Technology Operations LLC Control strategy for a homogeneous-charge compression-ignition engine
WO2009134854A2 (en) * 2008-05-02 2009-11-05 Gm Global Technology Operations, Inc. Extension of the application of multiple injection hcci combustion strategy from idle to medium load
US8316819B2 (en) * 2008-09-26 2012-11-27 Mazda Motor Corporation Control of spark ignited internal combustion engine
US7899601B2 (en) * 2009-03-02 2011-03-01 GM Global Technology Operations LLC Methodology for extending the high load limit of HCCI operation by adjusting injection timing and spark timing
US7845335B2 (en) * 2009-03-23 2010-12-07 Gm Global Technology Operations, Inc. Operating strategy for HCCI combustion during engine warm-up
JP2010236496A (ja) * 2009-03-31 2010-10-21 Mazda Motor Corp 内燃機関を制御する方法及び装置
US8967089B2 (en) * 2009-06-29 2015-03-03 Monsanto Technology Llc Reformed ethanol engines
KR101189229B1 (ko) * 2009-11-12 2012-10-09 현대자동차주식회사 압축 착화 가솔린 엔진
DE102010000747A1 (de) * 2010-01-08 2011-07-14 Robert Bosch GmbH, 70469 Verfahren zum Regeln einer HCCI-Verbrennung in einem Reaktor einer Brennkraftmaschine
US8235012B2 (en) * 2010-01-13 2012-08-07 GM Global Technology Operations LLC Method for controlling combustion mode transitions in an internal combustion engine
US8434450B2 (en) * 2010-01-27 2013-05-07 GM Global Technology Operations LLC Method for operating a direct-injection spark-assisted compression-ignition engine
US8095294B1 (en) * 2010-08-19 2012-01-10 Westport Power Inc. Method for determining fuel injection on-time in a gaseous-fuelled internal combustion engine
US20130213349A1 (en) * 2010-10-26 2013-08-22 Delphi Technologies, Inc High-Efficiency Internal Combustion Engine and Method for Operating Employing Full-Time Low-Temperature Partially-Premixed Compression Ignition with Low Emissions
WO2012057761A1 (en) * 2010-10-28 2012-05-03 International Engine Intellectual Property Company, Llc Controlling variable valve actuation system
CN102971516A (zh) * 2010-12-28 2013-03-13 丰田自动车株式会社 气缸内喷射式内燃机
JP5500104B2 (ja) * 2011-02-24 2014-05-21 マツダ株式会社 火花点火式ガソリンエンジンの制御装置
WO2012148418A1 (en) * 2011-04-29 2012-11-01 International Engine Intellectual Property Company, Llc Method of compensating for injector aging
US9169789B2 (en) * 2011-08-15 2015-10-27 GM Global Technology Operations LLC System and method for adjusting fuel mass for minimum fuel injector pulse widths in multiple fuel system engines
US9097224B2 (en) 2011-08-15 2015-08-04 GM Global Technology Operations LLC Multi-fuel vehicle fuel control systems and methods
US9677493B2 (en) 2011-09-19 2017-06-13 Honeywell Spol, S.R.O. Coordinated engine and emissions control system
US8826871B2 (en) * 2011-10-06 2014-09-09 GM Global Technology Operations LLC Method for combustion mode transition
KR101283127B1 (ko) * 2011-10-18 2013-07-05 현대자동차주식회사 하이브리드 차량의 엔진운영방법
US9650934B2 (en) 2011-11-04 2017-05-16 Honeywell spol.s.r.o. Engine and aftertreatment optimization system
US20130111905A1 (en) 2011-11-04 2013-05-09 Honeywell Spol. S.R.O. Integrated optimization and control of an engine and aftertreatment system
US9243580B2 (en) * 2011-12-07 2016-01-26 Ford Global Technologies, Llc Method and system for reducing soot formed by an engine
JP6123175B2 (ja) * 2012-06-29 2017-05-10 マツダ株式会社 直噴エンジンの燃料噴射装置
US20140032081A1 (en) * 2012-07-27 2014-01-30 Caterpillar Inc. Dual Mode Engine Using Two or More Fuels and Method for Operating Such Engine
CN104364506B (zh) * 2012-08-29 2017-03-01 马自达汽车株式会社 火花点火直喷式发动机
JP5915472B2 (ja) * 2012-09-07 2016-05-11 マツダ株式会社 火花点火式直噴エンジン
US8978603B2 (en) * 2012-12-12 2015-03-17 Caterpillar Inc. Six-stroke internal combustion engine valve activation system and method for operating such engine
CN103867322B (zh) * 2012-12-13 2019-07-05 周氏（北京）汽车技术有限公司 汽车及内燃机的一种控制方法
DE102014200057A1 (de) * 2013-01-11 2014-07-17 Ford Global Technologies, Llc Verfahren zur Verringerung der Partikelrohemission einerfremdgezündeten Brennkraftmaschine
US9708991B2 (en) 2013-02-20 2017-07-18 Robert Bosch Gmbh Real-time residual mass estimation with adaptive scaling
JP6229598B2 (ja) * 2014-06-11 2017-11-15 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
US9803580B2 (en) * 2014-07-16 2017-10-31 GM Global Technology Operations LLC Method and apparatus for controlling operation of an internal combustion engine
JP6269410B2 (ja) * 2014-09-18 2018-01-31 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
EP3051367B1 (de) 2015-01-28 2020-11-25 Honeywell spol s.r.o. Ansatz und system zur handhabung von einschränkungen für gemessene störungen mit unsicherer vorschau
US9495182B2 (en) * 2015-02-03 2016-11-15 GM Global Technology Operations LLC Apparatus of reconfigurable software mode management using runtime execution engine
EP3056706A1 (de) 2015-02-16 2016-08-17 Honeywell International Inc. Ansatz zur nachbehandlungssystemmodellierung und modellidentifizierung
JP6225938B2 (ja) * 2015-04-03 2017-11-08 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
EP3091212A1 (de) 2015-05-06 2016-11-09 Honeywell International Inc. Identifikationsansatz für verbrennungsmotor-mittelwertmodelle
FR3039214B1 (fr) * 2015-07-22 2019-04-05 Continental Automotive France Procede de gestion de l'injection dans un moteur a combustion interne
EP3125052B1 (de) 2015-07-31 2020-09-02 Garrett Transportation I Inc. Quadratischer programmlöser für mpc mit variabler anordnung
US10272779B2 (en) 2015-08-05 2019-04-30 Garrett Transportation I Inc. System and approach for dynamic vehicle speed optimization
KR102394575B1 (ko) 2017-11-20 2022-05-04 현대자동차 주식회사 연속 가변 밸브 듀레이션 장치 및 이를 포함하는 엔진
KR101807030B1 (ko) 2015-12-09 2017-12-08 현대자동차 주식회사 연속 가변 밸브 듀레이션 엔진의 밸브 타이밍 제어 시스템 및 방법
KR101807034B1 (ko) 2015-12-09 2017-12-08 현대자동차 주식회사 연속 가변 밸브 듀레이션 엔진의 밸브 타이밍 제어 시스템 및 방법
US10393037B2 (en) 2015-12-09 2019-08-27 Hyundai Motor Company Method for controlling of valve timing of continuous variable valve duration engine
US10415488B2 (en) 2015-12-09 2019-09-17 Hyundai Motor Company System and method for controlling valve timing of continuous variable valve duration engine
KR101807031B1 (ko) 2015-12-10 2017-12-08 현대자동차 주식회사 연속 가변 밸브 듀레이션 엔진의 밸브 타이밍 제어 시스템 및 방법
US10415485B2 (en) 2015-12-10 2019-09-17 Hyundai Motor Company Method for controlling of valve timing of continuous variable valve duration engine
KR101807023B1 (ko) 2015-12-11 2017-12-08 현대자동차 주식회사 연속 가변 밸브 듀레이션 엔진의 밸브 타이밍 제어 시스템 및 방법
US10323585B2 (en) 2015-12-11 2019-06-18 Hyundai Motor Company Method for controlling of valve timing of continuous variable valve duration engine
US10634067B2 (en) 2015-12-11 2020-04-28 Hyundai Motor Company System and method for controlling valve timing of continuous variable valve duration engine
KR101776743B1 (ko) * 2015-12-11 2017-09-08 현대자동차 주식회사 연속 가변 밸브 듀레이션 엔진의 밸브 타이밍 제어 시스템 및 방법
US10920679B2 (en) 2015-12-11 2021-02-16 Hyundai Motor Company Method for controlling of valve timing of continuous variable valve duration engine
US10428747B2 (en) 2015-12-11 2019-10-01 Hyundai Motor Company System and method for controlling valve timing of continuous variable valve duration engine
KR101807036B1 (ko) * 2015-12-11 2017-12-08 현대자동차 주식회사 연속 가변 밸브 듀레이션 엔진의 밸브 타이밍 제어 시스템 및 방법
US10415492B2 (en) 2016-01-29 2019-09-17 Garrett Transportation I Inc. Engine system with inferential sensor
US10634066B2 (en) * 2016-03-16 2020-04-28 Hyundai Motor Company System and method for controlling valve timing of continuous variable valve duration engine
KR101807037B1 (ko) 2016-03-16 2017-12-08 현대자동차 주식회사 연속 가변 밸브 듀레이션 엔진의 밸브 타이밍 제어 시스템 및 방법
JP6332320B2 (ja) 2016-04-11 2018-05-30 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
US10036338B2 (en) 2016-04-26 2018-07-31 Honeywell International Inc. Condition-based powertrain control system
US10124750B2 (en) 2016-04-26 2018-11-13 Honeywell International Inc. Vehicle security module system
US10345208B2 (en) * 2016-07-12 2019-07-09 Deka Products Limited Partnership System and method for applying force to a device
US11199120B2 (en) 2016-11-29 2021-12-14 Garrett Transportation I, Inc. Inferential flow sensor
DE112018003420T8 (de) * 2017-07-03 2020-04-09 Tula Technology, Inc. Dynamischer ladungskompressionszündmotor mit mehreren nachbehandlungssystemen
US10760464B2 (en) * 2017-08-07 2020-09-01 GM Global Technology Operations LLC Methods for monitoring and regenerating selective catalytic reduction filter devices
US10947920B2 (en) * 2017-09-25 2021-03-16 Ford Global Technologies, Llc Method and system for monitoring soot production
US11057213B2 (en) 2017-10-13 2021-07-06 Garrett Transportation I, Inc. Authentication system for electronic control unit on a bus
JP7024585B2 (ja) * 2018-05-02 2022-02-24 マツダ株式会社 圧縮着火式エンジンの制御装置
JP7052535B2 (ja) * 2018-05-02 2022-04-12 マツダ株式会社 圧縮着火式エンジンの制御装置
JP7024586B2 (ja) 2018-05-02 2022-02-24 マツダ株式会社 圧縮着火式エンジンの制御装置
CN110645111B (zh) * 2018-06-27 2022-04-22 上海汽车集团股份有限公司 发动机怠速稳定性控制方法及控制***
SE543587C2 (sv) * 2018-12-14 2021-04-06 Hedman Ericsson Patent Ab Förfarande för att åstadkomma en hög avgastemperatur vid motordellast i en dieselmotor samt anordning för utförande av förfarandet
US10823131B2 (en) * 2019-02-28 2020-11-03 Caterpillar Inc. Dual fuel combustion control based on covaried spark production and pilot shot delivery
US10837396B1 (en) * 2019-05-14 2020-11-17 Science Applications International Corporation Torque-slewing diesel engine operation
JP2020186716A (ja) * 2019-05-17 2020-11-19 マツダ株式会社 圧縮着火式エンジンの制御装置
JP2020186717A (ja) * 2019-05-17 2020-11-19 マツダ株式会社 圧縮着火式エンジンの制御装置
JP2021021339A (ja) * 2019-07-24 2021-02-18 マツダ株式会社 エンジンの燃料噴射制御装置
JP2022076784A (ja) * 2020-11-10 2022-05-20 マツダ株式会社 エンジンの制御方法及びエンジンシステム
JP7468307B2 (ja) * 2020-11-13 2024-04-16 マツダ株式会社 エンジンシステム
CN115306604B (zh) * 2022-07-31 2023-09-22 哈尔滨工程大学 单一燃料低温重整装置及其控制方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10350798A1 (de) 2003-10-29 2005-05-25 Daimlerchrysler Ag Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine
DE102006035139A1 (de) 2005-11-08 2007-05-10 Daimlerchrysler Ag Verfahren zum Kaltlauf-Betrieb einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine
US20070113822A1 (en) 2005-11-18 2007-05-24 Yong-Wha Kim Controlled port oxidation of direct injection spark ignition engines
DE102007001301A1 (de) 2006-01-12 2007-07-19 Ford Global Technologies, LLC, Dearborn System und Verfahren zum Steuern von Selbstzündung
WO2007140138A2 (en) 2006-05-25 2007-12-06 Gm Global Technology Operations, Inc. Homogeneous charge compression-ignition engine

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5327864A (en) * 1993-03-08 1994-07-12 Chrysler Corporation Stratified-charge internal combustion engine with fuel injection and dual ignition
DE60022918T2 (de) * 1999-01-13 2006-07-20 Delphi Technologies, Inc., Troy Steuerungsverfahren für eine selbstzündende Brennkraftmaschine
IT1308412B1 (it) * 1999-03-05 2001-12-17 Fiat Ricerche Metodo di controllo della combustione di un motore diesel ad iniezionediretta tramite l'attuazione di iniezioni multiple mediante un sistema
JP2001152992A (ja) * 1999-11-30 2001-06-05 Unisia Jecs Corp エンジンの燃料圧力制御装置
US6705277B1 (en) * 2000-07-13 2004-03-16 Caterpillar Inc Method and apparatus for delivering multiple fuel injections to the cylinder of an engine wherein the pilot fuel injection occurs during the intake stroke
US6467452B1 (en) * 2000-07-13 2002-10-22 Caterpillar Inc Method and apparatus for delivering multiple fuel injections to the cylinder of an internal combustion engine
GB2372583A (en) * 2001-02-21 2002-08-28 Delphi Tech Inc High pressure fuel injected engine limp home control system
JP2003286879A (ja) * 2002-03-27 2003-10-10 Mazda Motor Corp ディーゼルエンジンの燃焼制御装置
US6912989B2 (en) 2003-04-30 2005-07-05 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel injection control device for a direct fuel injection engine
DE10334401B3 (de) * 2003-07-28 2004-11-25 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung des Übergangs zwischen dem Normalbetrieb und dem Betrieb mit Schubabschaltung eines mit Kraftstoff-Direkteinspritzung betriebenen Ottomotors
DE10341070B4 (de) * 2003-09-05 2006-07-27 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung des Übergangs von einer ersten Betriebsart eines mit Kraftstoff-Direkteinspritzung betriebenen Ottomotors auf eine zweite Betriebsart
US7021276B2 (en) * 2004-03-25 2006-04-04 International Engine Intellectual Property Company, Llc Control strategy for HCCI-CD combustion in a diesel engine using two fuel injection phases
JP4428160B2 (ja) * 2004-07-08 2010-03-10 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の燃料噴射制御装置
CN101451474A (zh) * 2004-10-07 2009-06-10 丰田自动车株式会社 用于内燃机的燃料供应设备
EP1681452A1 (de) * 2005-01-13 2006-07-19 Ford Global Technologies, LLC Brennkraftmaschine und Verfahren für selbstgezündeten Betrieb dieser Brennkraftmaschine
JP2006274981A (ja) 2005-03-30 2006-10-12 Mitsubishi Fuso Truck & Bus Corp ディーゼル機関の制御装置
JP4538851B2 (ja) * 2006-02-15 2010-09-08 株式会社デンソー 筒内噴射式の内燃機関の燃圧制御装置
DE102006033024A1 (de) * 2006-07-17 2008-01-24 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine
EP1953375A1 (de) * 2007-01-30 2008-08-06 Mazda Motor Corporation Verfahren und Computerprogrammprodukt zum Betreiben eines Verbrennungsmotors und Motorbetriebssystem
US7717088B2 (en) * 2007-05-07 2010-05-18 Ford Global Technologies, Llc Method of detecting and compensating for injector variability with a direct injection system
CN100470028C (zh) * 2007-07-06 2009-03-18 清华大学 一种双模式直喷汽油机的全工况空燃比控制方法
US8195375B2 (en) * 2007-08-17 2012-06-05 GM Global Technology Operations LLC Method for controlling combustion mode transitions in an internal combustion engine
CN101903628B (zh) * 2007-12-18 2014-09-24 通用汽车环球科技运作公司 利用汽缸压力测量来加强轻载hcci燃烧控制的方法
WO2009102744A1 (en) 2008-02-15 2009-08-20 Gm Global Technology Operations, Inc. Method for controlling a spark-ignition direct-injection internal combustion engine at low loads
WO2009134854A2 (en) 2008-05-02 2009-11-05 Gm Global Technology Operations, Inc. Extension of the application of multiple injection hcci combustion strategy from idle to medium load

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10350798A1 (de) 2003-10-29 2005-05-25 Daimlerchrysler Ag Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine
DE102006035139A1 (de) 2005-11-08 2007-05-10 Daimlerchrysler Ag Verfahren zum Kaltlauf-Betrieb einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine
US20070113822A1 (en) 2005-11-18 2007-05-24 Yong-Wha Kim Controlled port oxidation of direct injection spark ignition engines
DE102007001301A1 (de) 2006-01-12 2007-07-19 Ford Global Technologies, LLC, Dearborn System und Verfahren zum Steuern von Selbstzündung
WO2007140138A2 (en) 2006-05-25 2007-12-06 Gm Global Technology Operations, Inc. Homogeneous charge compression-ignition engine

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